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JP7632269B2 - Gas engine control device and program - Google Patents
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JP7632269B2 - Gas engine control device and program - Google Patents

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Description

この明細書における開示は、ガスエンジンの制御装置、及びプログラムに関する。 The disclosure in this specification relates to a control device and a program for a gas engine.

圧縮天然ガス(CNG)や水素等のガス燃料を用いるガスエンジンにおいて、燃料噴射弁から燃焼室内にガス燃料を噴射する技術として、吸気行程と圧縮行程とでガス燃料を噴射する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。この場合、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射することにより、燃焼室内の充填効率を上げることができる。 In gas engines that use gas fuels such as compressed natural gas (CNG) and hydrogen, a technique for injecting gas fuel from a fuel injection valve into the combustion chamber is known in which the gas fuel is injected during the intake stroke and the compression stroke (see, for example, Patent Document 1). In this case, the filling efficiency of the combustion chamber can be increased by injecting the gas fuel during the compression stroke as much as possible.

特許第4196733号公報Patent No. 4196733

しかしながら、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射しようとすると、混合気形成の時間が減り、燃焼室内での混合気の均質性低下が懸念される。また、燃焼室内での混合気の均質性低下の原因としては、燃焼室内への新気の流入により生じる筒内流動が考えられる。混合気の均質性が低下すると、未燃損失の増加による熱効率の低下や排気エミッションの悪化が懸念される。そのため、混合気の均質性向上の技術が望まれる。 However, if gas fuel is injected as early as possible during the compression stroke, the time for mixture formation is reduced, raising concerns that the homogeneity of the mixture in the combustion chamber may decrease. Also, one possible cause of the decrease in homogeneity of the mixture in the combustion chamber is the in-cylinder flow caused by the inflow of fresh air into the combustion chamber. If the homogeneity of the mixture decreases, there are concerns that it may lead to a decrease in thermal efficiency due to increased unburned losses and a worsening of exhaust emissions. Therefore, technology to improve the homogeneity of the mixture is desirable.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃焼室内での混合気の均質性の向上を図ることができるガスエンジンの制御装置、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a control device and program for a gas engine that can improve the homogeneity of the mixture in the combustion chamber.

上記課題を解決すべく、本発明におけるガスエンジンの制御装置は、
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the control device for a gas engine according to the present invention comprises:
The present invention is applied to a gas engine including a piston that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber, the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit;
The present invention is characterized by comprising:

ガスエンジンでは、燃焼室内においてガス燃料と空気とからなる混合気の均質度に応じて燃焼状態が変動する。また、混合気の均質度は、燃料噴射時期や燃圧といった噴射条件に応じて変動する。この点に着目し、燃焼室内において燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出し、その均質度推定値に基づいて、燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御するようにした。この場合、燃料噴射時期や燃圧の制御により、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。 In a gas engine, the combustion state varies depending on the homogeneity of the mixture of gas fuel and air in the combustion chamber. The homogeneity of the mixture also varies depending on injection conditions such as fuel injection timing and fuel pressure. Focusing on this point, the homogeneity indicating the degree of homogeneity of the mixture of gas fuel and air injected from a fuel injection valve in the combustion chamber is calculated as a homogeneity estimate value, and at least one of the fuel injection timing and fuel pressure of the fuel injection valve is controlled based on the homogeneity estimate value. In this case, by controlling the fuel injection timing and fuel pressure, the degree of swirl and the mixing time of the gas fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber when it swirls up from the top surface of the piston are appropriately changed, and the homogeneity in the combustion chamber can be optimized. This allows the gas fuel to be burned appropriately in the gas engine.

なお、混合気の均質度は、燃焼室内において混合のばらつきに応じたものでもあり、燃焼室内での混合のばらつきが小さいほど均質度が高いものとなっている。また、混合気の均質度は、燃焼室内でのガス燃料の濃度分布のばらつきに応じたものでもあり、燃焼室内での濃度分布のばらつきが小さいほど均質度が高いものとなっている。 The homogeneity of the mixture also depends on the variation in the mixture within the combustion chamber, and the smaller the variation in the mixture within the combustion chamber, the higher the homogeneity. The homogeneity of the mixture also depends on the variation in the concentration distribution of the gas fuel within the combustion chamber, and the smaller the variation in the concentration distribution within the combustion chamber, the higher the homogeneity.

また、ガスエンジンの制御装置に関する別の発明は、
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備えることを特徴とする。
Another invention relating to a gas engine control device is:
The present invention is applied to a gas engine including a piston that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber, the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
a homogeneity determination unit that determines whether the interior of the combustion chamber is in a predetermined low homogeneity state, which is a state in which a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve is reduced;
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve in order to increase the degree of homogeneity when it is determined that the low homogeneity state has occurred;
The present invention is characterized by comprising:

上記構成では、燃焼室内が、燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、均質度を高めるべく燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施するようにした。この場合、燃料噴射時期や燃圧の制御により、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。 In the above configuration, it is determined whether the inside of the combustion chamber will enter a predetermined low homogeneity state in which the degree of homogeneity of the mixture of gas fuel injected from the fuel injection valve and air decreases, and if it is determined that the low homogeneity state will occur, at least one of the fuel injection timing and fuel pressure of the fuel injection valve is controlled to increase the homogeneity. In this case, by controlling the fuel injection timing and fuel pressure, the degree of swirl and mixing time of the gas fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber when it swirls up from the top surface of the piston are appropriately changed, and the homogeneity in the combustion chamber can be optimized. This allows the gas fuel to be burned appropriately in the gas engine.

また、燃料噴射弁に関する発明は、
気筒内を往復動するピストンを備える4サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように設けられており、
前記燃焼室内において前記各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるように、前記吸気ポート及び前記排気ポートの各位置と前記各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、当該各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められている、ことを特徴とする。
In addition, the invention relating to the fuel injection valve is as follows:
A fuel injection valve for gas fuel that is used in a four-stroke reciprocating engine having a piston that reciprocates in a cylinder and that directly injects gas fuel into a combustion chamber, comprising:
the engine has an intake port and an exhaust port, and generates an in-cylinder flow including a vertical swirl component in the combustion chamber by air flowing in from the intake port during an intake stroke;
The tip of the injection valve is provided with an injection part for injecting gas fuel,
the injection portion has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes are provided so as to inject fuel in a direction away from a central axis of the injection valve,
The present invention is characterized in that the state of the jet of gas fuel injected from each of the nozzle holes is determined according to the positions of the intake port and the exhaust port and the direction of injection of the gas fuel from each of the nozzle holes so that the penetration force of the jet of gas fuel injected from each of the nozzle holes in the combustion chamber is equal to each other.

エンジンにおいて、CNGや水素等のガス燃料を用いる場合には、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射することにより燃焼室内の充填効率を上げることができる。しかし、圧縮行程噴射とすることで、混合気形成の時間が減少し均質性の低下が懸念される。また、吸気行程での吸気ポートからの新気の流入により筒内流動が生じると、燃焼室内において吸気ポート側の領域と排気ポート側の領域とで異なる態様の筒内流動が生じ、それに起因して、やはり均質性の低下が生じることが考えられる。具体的には、燃焼室内において、排気ポート側の領域では下向き(ヘッド側からピストン上面側への向き)で縦旋回成分の筒内流動が生じるとともに、吸気ポート側の領域では上向き(ピストン上面側からヘッド側への向き)で縦旋回成分の筒内流動が生じ、これにより、燃焼室内において混合気の均質性にばらつきが生じることが考えられる。 When gas fuels such as CNG or hydrogen are used in engines, the efficiency of filling the combustion chamber can be increased by injecting the gas fuel during the compression stroke as much as possible. However, by injecting during the compression stroke, the time for mixture formation is reduced, which raises concerns about reduced homogeneity. In addition, when fresh air flows into the combustion chamber from the intake port during the intake stroke, different types of in-cylinder flows occur in the intake port side area and the exhaust port side area in the combustion chamber, which may also result in reduced homogeneity. Specifically, in the combustion chamber, a vertical swirl component of in-cylinder flow occurs downward (from the head side to the top of the piston) in the exhaust port side area, and a vertical swirl component of in-cylinder flow occurs upward (from the top of the piston to the head side) in the intake port side area, which may cause variations in the homogeneity of the mixture in the combustion chamber.

この点、上記構成では、噴射弁先端部の噴射部において、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように複数の噴孔が設けられているため、高分散となる状態でのガス燃料の噴射が可能となっている。また、吸気ポート及び排気ポートの各位置と各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態を定め、燃焼室内で生じる筒内流動にかかわらず、燃焼室内において各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるようにした。これらにより、燃焼室内における混合気の均質性向上を実現することができる。 In this regard, in the above configuration, multiple nozzle holes are provided in the injection section at the tip of the injection valve so that fuel is injected in a direction away from the central axis of the injection valve, making it possible to inject gas fuel in a highly dispersed state. In addition, the state of the gas fuel jet injected from each nozzle hole is determined according to the positions of the intake port and exhaust port and the direction of gas fuel injection from each nozzle hole, so that the penetration force of the gas fuel jets injected from each nozzle hole in the combustion chamber is equal to each other regardless of the in-cylinder flow occurring in the combustion chamber. As a result, it is possible to improve the homogeneity of the mixture in the combustion chamber.

また、燃料噴射弁に関する別の発明は、
気筒内を往復動するピストンを備える4サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置され、当該燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、前記燃焼室において上面中央部となる位置に点火プラグが設けられており、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料を噴射させるように設けられており、
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第1領域、前記吸気ポート側の領域を第2領域とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第1領域側及び前記第2領域側のうち前記第1領域側に向けてガス燃料を噴射する第1噴孔と、前記第2領域側に向けてガス燃料を噴射する第2噴孔とを有しており、
前記第1噴孔と前記第2噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギの状態が相違しており、前記第1噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第2噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっているとともに、前記燃焼室内において前記第1噴孔及び前記第2噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、当該各噴孔から前記点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなっている、ことを特徴とする。
Another invention relating to a fuel injection valve is:
A fuel injection valve for gas fuel used in a four-stroke reciprocating engine having a piston that reciprocates in a cylinder, the fuel injection valve being disposed at a position offset to an intake side or an exhaust side in a combustion chamber and directly injecting gas fuel into the combustion chamber,
The engine has an intake port and an exhaust port, and generates an in-cylinder flow including a vertical swirl component in the combustion chamber by air flowing in from the intake port during an intake stroke, and an ignition plug is provided at a position that is a center of an upper surface of the combustion chamber,
The tip of the injection valve is provided with an injection part for injecting gas fuel,
the injection portion has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes are provided so as to inject fuel in a direction away from a central axis of the injection valve,
when the inside of the combustion chamber is divided into two regions, an area on the exhaust port side being a first region and an area on the intake port side being a second region, the plurality of injection holes include a first injection hole which injects gas fuel toward the first region side of the first region side and a second injection hole which injects gas fuel toward the second region side,
The first and second nozzle holes have different injection energy states of the gas fuel injected, the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole is stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole, and the penetration force of the jets of gas fuel injected from the first and second nozzle holes in the combustion chamber is proportional to the travel distance of the gas fuel from each nozzle hole to the spark plug.

燃焼室において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置された燃料噴射弁では、混合気の均質性向上を図るべく、各噴孔からの噴流が筒内流動の影響を受けることに加え、各噴孔からの噴流がピストン上面に衝突して巻き上がった後に点火プラグに到達するまでの所要時間が相違することを考慮することが望ましい。この点、第1噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第2噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くするとともに、燃焼室内において第1噴孔及び第2噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、これら各噴孔から点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなるようにした。これにより、各噴孔からの噴流が筒内流動の影響を受けることと、各噴孔からの噴流が点火プラグに到達するまでの所要時間が相違することとを考慮しつつ、燃焼室内における混合気の均質性向上を実現することができる。 In a fuel injection valve arranged at an offset position toward the intake side or exhaust side in the combustion chamber, in order to improve the homogeneity of the mixture, it is desirable to consider that the jet from each nozzle hole is affected by the flow in the cylinder, and that the time required for the jet from each nozzle hole to reach the ignition plug differs after it hits the upper surface of the piston and rolls up. In this regard, the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole is made stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole, and the penetration force of the jet of gas fuel injected from the first nozzle hole and the second nozzle hole in the combustion chamber is made proportional to the travel distance of the gas fuel from each nozzle hole to the ignition plug. In this way, it is possible to improve the homogeneity of the mixture in the combustion chamber while considering that the jet from each nozzle hole is affected by the flow in the cylinder and that the time required for the jet from each nozzle hole to reach the ignition plug differs.

エンジンシステムの概要を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an overview of an engine system. シリンダヘッドにおける開口部や燃料噴射弁等の配置を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of openings, fuel injection valves, and the like in a cylinder head. 燃料噴射弁の断面図。FIG. 燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control. 筒内流動について説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining a flow inside a cylinder. 筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。4 is a diagram for explaining the effect of an in-cylinder flow on a jet of gas fuel; 各噴孔の構成を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of each nozzle hole. 筒内流動によらずガス燃料の噴流の貫徹力が等しくなった状態を示す図。13 is a diagram showing a state in which the penetration force of the jet of gas fuel is equal regardless of the flow inside the cylinder. FIG. 各噴孔の構成を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of each nozzle hole. 第1実施形態の変形例において各噴孔の構成を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of each injection hole in a modified example of the first embodiment. 第2実施形態において筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。13A and 13B are diagrams for explaining the influence of an in-cylinder flow on a jet of gas fuel in the second embodiment. 各噴孔の構成を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of each nozzle hole. 第3実施形態において燃焼室内の噴流の軌跡を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the trajectory of a jet in a combustion chamber in the third embodiment. 筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。4 is a diagram for explaining the effect of an in-cylinder flow on a jet of gas fuel; 筒内流動によらずガス燃料の噴流の貫徹力が等しくなった状態を示す図。13 is a diagram showing a state in which the penetration force of the jet of gas fuel is equal regardless of the flow inside the cylinder. FIG. 第4実施形態における制御システムの構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a control system according to a fourth embodiment. 均質度推定値の算出手法を説明するためのブロック図。FIG. 13 is a block diagram for explaining a method for calculating a homogeneity estimate value. 均質度推定値を算出するための関係図。FIG. 13 is a relationship diagram for calculating a homogeneity estimate value. 均質度推定値を算出するための関係図。FIG. 13 is a relationship diagram for calculating a homogeneity estimate value. 均質度推定値を算出するための関係図。FIG. 13 is a relationship diagram for calculating a homogeneity estimate value. 燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control. 燃料噴射時期を説明するためのタイムチャート。4 is a time chart for explaining fuel injection timing. 噴射開始時期と充填効率との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the injection start timing and the filling efficiency. 噴射開始時期に対応する均質度推定値を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an estimated homogeneity value corresponding to the injection start timing. 第5実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。13 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control in the fifth embodiment. 燃圧に対応する均質度推定値を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an estimated homogeneity value corresponding to fuel pressure. 第6実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。13 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control in the sixth embodiment. 噴射開始時期に対応する均質度推定値を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an estimated homogeneity value corresponding to the injection start timing. 第7実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。13 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control in the seventh embodiment. 変形例における燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of fuel injection control in a modified example. 変形例における燃料噴射の形態を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining a form of fuel injection in a modified example.

(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車載エンジンシステムにおいて、エンジンとして、ガス燃料である水素又はCNGを燃料として使用するガスエンジンを用いる構成としている。本システムの全体概略図を図1に示す。
First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a gas engine that uses hydrogen or CNG as a gas fuel is used as an engine in an on-board engine system. An overall schematic diagram of this system is shown in FIG.

図1に示すエンジンシステムにおいて、エンジン10は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を1燃焼サイクルとする筒内噴射式の4サイクル多気筒エンジンである。エンジン10は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12とを有しており、シリンダブロック11に形成された各気筒11a内にピストン13が収容されている。また、シリンダ内壁とシリンダヘッド12とピストン13とにより燃焼室14が区画形成されている。シリンダヘッド12には、燃焼室14に開口する吸気ポート15と排気ポート16とが形成されている。これら吸気ポート15及び排気ポート16は、それぞれ図示しないカムによって駆動される吸気弁21と排気弁22とにより開閉されるようになっている。吸気ポート15には外気を吸入するための吸気管23が接続され、排気ポート16には、排気を排出するための排気管24が接続されている。 In the engine system shown in FIG. 1, the engine 10 is a four-stroke, direct-injection, multi-cylinder engine with one combustion cycle consisting of an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke. The engine 10 has a cylinder block 11 and a cylinder head 12, and a piston 13 is housed in each cylinder 11a formed in the cylinder block 11. A combustion chamber 14 is defined by the cylinder inner wall, the cylinder head 12, and the piston 13. The cylinder head 12 is formed with an intake port 15 and an exhaust port 16 that open into the combustion chamber 14. The intake port 15 and the exhaust port 16 are opened and closed by an intake valve 21 and an exhaust valve 22, respectively, which are driven by a cam (not shown). An intake pipe 23 for drawing in outside air is connected to the intake port 15, and an exhaust pipe 24 for discharging exhaust gas is connected to the exhaust port 16.

吸気管23にはサージタンク25が設けられ、このサージタンク25に、吸気管内の圧力を検知する吸気圧センサ26が設けられている。吸気管23においてサージタンク25よりも上流側にはスロットルバルブ27が設けられている。排気管24には、排気中のCO,HC,NOx等を浄化するための三元触媒等の触媒が設けられている。 The intake pipe 23 is provided with a surge tank 25, which is provided with an intake pressure sensor 26 that detects the pressure inside the intake pipe. A throttle valve 27 is provided upstream of the surge tank 25 in the intake pipe 23. The exhaust pipe 24 is provided with a catalyst such as a three-way catalyst for purifying CO, HC, NOx, etc. in the exhaust.

シリンダヘッド12には、気筒11aごとに燃料噴射弁31と点火プラグ32とが取り付けられている。燃料噴射弁31は、燃料供給装置40から供給される燃料を燃焼室14内に直接噴射する。燃焼室14では、燃料噴射弁31から噴射された燃料が点火プラグ32の火花放電により着火され、燃焼に供される。 A fuel injection valve 31 and an ignition plug 32 are attached to the cylinder head 12 for each cylinder 11a. The fuel injection valve 31 injects fuel supplied from a fuel supply device 40 directly into the combustion chamber 14. In the combustion chamber 14, the fuel injected from the fuel injection valve 31 is ignited by spark discharge from the ignition plug 32 and is used for combustion.

図2は、シリンダヘッド12における開口部や燃料噴射弁31等の配置を示す図である。シリンダヘッド12には、吸気ポート15における燃焼室14側の開口部として2つの吸気口15aが設けられるとともに、排気ポート16における燃焼室14側の開口部として2つの排気口16aが設けられている。つまり、シリンダヘッド12には、燃焼室14に通じる4つの開口部が設けられている。そして、燃焼室14の上面中央部に、燃料噴射弁31及び点火プラグ32が設けられている。 Figure 2 is a diagram showing the arrangement of openings, fuel injection valves 31, etc. in the cylinder head 12. The cylinder head 12 is provided with two intake ports 15a as openings on the combustion chamber 14 side of the intake port 15, and two exhaust ports 16a as openings on the combustion chamber 14 side of the exhaust port 16. In other words, the cylinder head 12 is provided with four openings that lead to the combustion chamber 14. The fuel injection valve 31 and the spark plug 32 are provided in the center of the top surface of the combustion chamber 14.

図1の説明に戻り、燃料噴射弁31には、燃料配管35を介して燃料容器36が接続されている。燃料容器36には、ガス燃料が高圧状態で貯蔵されている。燃料配管35には、減圧弁や主止弁、遮断弁など、燃料容器36からの燃料供給を調節する調節弁37と、燃料噴射弁31に供給されるガス燃料の圧力(燃圧)を調節する燃圧レギュレータ33とが設けられている。減圧弁は、燃料容器36から供給されるガス燃料が異常高圧となった場合に燃圧を所定の設定圧(例えば3.0MPa)まで減圧する。主止弁及び遮断弁は、燃料配管35におけるガス燃料の流通の許容及び遮断を行う。燃圧レギュレータ33は、例えば1~3MPaの範囲内で燃圧を調節する。 Returning to the explanation of FIG. 1, the fuel injection valve 31 is connected to a fuel container 36 via a fuel pipe 35. Gas fuel is stored in the fuel container 36 under high pressure. The fuel pipe 35 is provided with an adjustment valve 37, such as a pressure reducing valve, a main stop valve, and a shutoff valve, that adjusts the fuel supply from the fuel container 36, and a fuel pressure regulator 33 that adjusts the pressure (fuel pressure) of the gas fuel supplied to the fuel injection valve 31. The pressure reducing valve reduces the fuel pressure to a predetermined set pressure (e.g., 3.0 MPa) when the gas fuel supplied from the fuel container 36 becomes abnormally high pressure. The main stop valve and the shutoff valve allow and shut off the flow of gas fuel in the fuel pipe 35. The fuel pressure regulator 33 adjusts the fuel pressure, for example, within a range of 1 to 3 MPa.

ECU80は、周知の通りCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であり、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン10の各種制御を実施する。具体的には、ECU80は、吸気圧センサ26や不図示の回転速度センサ等から各種検出信号を入力し、その検出信号に基づいて燃料噴射弁31及び点火プラグ32の動作を制御する。 As is well known, the ECU 80 is an electronic control device mainly composed of a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, etc., and performs various controls of the engine 10 according to the engine operating state at each time by executing various control programs stored in the ROM. Specifically, the ECU 80 inputs various detection signals from the intake pressure sensor 26 and a rotation speed sensor (not shown), etc., and controls the operation of the fuel injection valve 31 and the spark plug 32 based on the detection signals.

次に、燃料噴射弁31の構成を説明する。図3は燃料噴射弁31の断面図である。 Next, the configuration of the fuel injection valve 31 will be described. Figure 3 is a cross-sectional view of the fuel injection valve 31.

図3に示すように、燃料噴射弁31は、第1ニードル41と、第2ニードル42と、これら各ニードル41,42を収容するボディ43とを有する。第1ニードル41には可動コア44が固定されており、第1ニードル41及び可動コア44はスプリング45により図の下方に付勢されている。この場合、第1ニードル41は、ボディ43に形成された第1弁座43aに当接する向き、すなわち第1ニードル41によりボディ43内の燃料通路46を遮断する向きに付勢されている。また、燃料噴射弁31はソレノイドコイル48を有しており、ソレノイドコイル48の通電により、第1ニードル41及び可動コア44がスプリング45の付勢力に抗して図の上方に移動可能となっている。 As shown in FIG. 3, the fuel injection valve 31 has a first needle 41, a second needle 42, and a body 43 that houses the needles 41, 42. A movable core 44 is fixed to the first needle 41, and the first needle 41 and the movable core 44 are biased downward in the figure by a spring 45. In this case, the first needle 41 is biased in a direction to abut against a first valve seat 43a formed in the body 43, that is, in a direction to block the fuel passage 46 in the body 43 by the first needle 41. The fuel injection valve 31 also has a solenoid coil 48, and when the solenoid coil 48 is energized, the first needle 41 and the movable core 44 can move upward in the figure against the biasing force of the spring 45.

また、ボディ43の先端部には、円筒状の筒体51が固定されており、ボディ43において第1ニードル41と筒体51との間に第2ニードル42が収容されている。第2ニードル42は、スプリング52により図の上方、すなわちボディ43に形成された第2弁座43bに当接する向きに付勢されている。第1ニードル41及び第2ニードル42は、軸方向に互いに離間した状態で設けられており、それら各ニードル41,42の間には中間室53が形成されている。 A cylindrical tube 51 is fixed to the tip of the body 43, and the second needle 42 is housed in the body 43 between the first needle 41 and the tube 51. The second needle 42 is biased by a spring 52 toward the upper side of the figure, that is, in a direction in which it abuts against a second valve seat 43b formed on the body 43. The first needle 41 and the second needle 42 are provided spaced apart from each other in the axial direction, and an intermediate chamber 53 is formed between the needles 41, 42.

また、ボディ43の先端部には、筒体51内の通路51aを塞ぐ位置に噴射部としてのキャップ61が取り付けられている。キャップ61は、略半球状に膨出した膨出部61aを有し、その膨出部61aに複数の噴孔62が設けられている。これにより、燃料噴射弁31が多孔構造となっている。各噴孔62は、燃料噴射弁31の中心軸Jから離反する向きに燃料が噴射されるように、すなわち放射状となる向きに燃料が噴射されるように設けられている。 A cap 61 is attached to the tip of the body 43 at a position that blocks the passage 51a inside the cylinder 51, as an injection part. The cap 61 has a bulging part 61a that bulges out in a substantially hemispherical shape, and multiple injection holes 62 are provided in the bulging part 61a. This gives the fuel injection valve 31 a multi-hole structure. Each injection hole 62 is provided so that fuel is injected in a direction away from the central axis J of the fuel injection valve 31, that is, so that fuel is injected in a radial direction.

ソレノイドコイル48の非通電時には、第1ニードル41が第1弁座43aに着座し、燃料通路46が遮断されている。第2ニードル42は第2弁座43bに着座した状態で保持されている。これにより、燃料噴射弁31は、燃料噴射を停止した状態で保持される。一方、ソレノイドコイル48の通電時には、第1ニードル41が第1弁座43aから離座することで燃料が中間室53に流入する。この場合、中間室53に流入した燃料の圧力により第2ニードル42が図の下方に移動することで、第2ニードル42が第2弁座43bから離座し、燃料が第2ニードル42の下流側に流れる。これにより、キャップ61の噴孔62から燃料が噴射される。 When the solenoid coil 48 is not energized, the first needle 41 is seated on the first valve seat 43a and the fuel passage 46 is blocked. The second needle 42 is held in a seated state on the second valve seat 43b. As a result, the fuel injection valve 31 is held in a state where fuel injection is stopped. On the other hand, when the solenoid coil 48 is energized, the first needle 41 is lifted off the first valve seat 43a and fuel flows into the intermediate chamber 53. In this case, the pressure of the fuel that has flowed into the intermediate chamber 53 causes the second needle 42 to move downward in the figure, so that the second needle 42 is lifted off the second valve seat 43b and fuel flows downstream of the second needle 42. As a result, fuel is injected from the nozzle hole 62 of the cap 61.

ここで、ECU80により実施される燃料噴射制御の概要を図4のフローチャートを用いて説明する。 Here, an overview of the fuel injection control performed by the ECU 80 will be explained using the flowchart in Figure 4.

図4において、ステップS11では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度や要求トルクに基づいて燃料噴射量を決定する。ステップS12では、燃料噴射量と、燃料噴射弁31に供給されるガス燃料の圧力とに基づいて、噴射期間(燃料噴射弁31の通電期間)を決定する。ステップS13では、噴射開始時期を決定する。このとき、噴射開始時期に対する充填効率の感度を加味しつつ、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側の時期を噴射開始時期とする。ステップS14では、噴射終了時期を決定する。このとき、所定の上限噴射終了時期以内の範囲において、ステップS12,S13で決定した噴射期間と噴射開始時期とに基づいて噴射終了時期を決定する。なお、上限噴射終了時期は、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期であり、筒内圧と噴射圧とにより設定されるとよい。 In FIG. 4, in step S11, the fuel injection amount is determined based on the engine speed and the required torque using the injection amount map. In step S12, the injection period (the period during which the fuel injection valve 31 is energized) is determined based on the fuel injection amount and the pressure of the gas fuel supplied to the fuel injection valve 31. In step S13, the injection start time is determined. At this time, the injection start time is set to a more advanced time within the range where the filling efficiency is equal to or greater than a predetermined value, taking into account the sensitivity of the filling efficiency to the injection start time. In step S14, the injection end time is determined. At this time, the injection end time is determined based on the injection period and injection start time determined in steps S12 and S13 within a range within a predetermined upper limit injection end time. The upper limit injection end time is the most retarded injection end time determined from the limit at which injection is possible with respect to the rise in cylinder pressure during the compression stroke, and is preferably set based on the cylinder pressure and injection pressure.

その後、ステップS15では、燃料噴射弁31から実際に噴射された実噴射量が、ステップS11で算出した燃料噴射量(目標噴射量)に一致しているか否かを判定する。具体的には、排気管24に設けられたA/Fセンサの検出値や燃料配管35に設けられた燃料流量計の計測値に基づいて実噴射量を算出し、その実噴射量と目標噴射量との差が所定値以下であるか否かに応じて、実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定する。このとき、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、ステップS20に進む。また、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、ステップS16に進み、噴射時期の再設定を実施する。 Then, in step S15, it is determined whether the actual injection amount actually injected from the fuel injection valve 31 matches the fuel injection amount (target injection amount) calculated in step S11. Specifically, the actual injection amount is calculated based on the detection value of the A/F sensor provided in the exhaust pipe 24 and the measurement value of the fuel flow meter provided in the fuel pipe 35, and it is determined whether the actual injection amount matches the target injection amount depending on whether the difference between the actual injection amount and the target injection amount is equal to or less than a predetermined value. At this time, if the actual injection amount matches the target injection amount, the process proceeds to step S20. On the other hand, if the actual injection amount does not match the target injection amount, the process proceeds to step S16, where the injection timing is reset.

ステップS16では、目標噴射量に対して実噴射量が不足している状態、又は目標噴射量に対して実噴射量が超過している状態を解消するための噴射終了時期の補正値を算出する。具体的には、実噴射量と目標噴射量との差に基づいて、噴射終了時期を遅角側又は進角側に補正するための補正値を算出する。このとき、実噴射量と目標噴射量との差が大きいほど、補正値として大きい値が算出されるとよい。また、燃料圧力に基づいて補正値を算出する構成としてもよく、燃料圧力が高いほど補正値を小さい値にするとよい。なお、補正値はあらかじめ定めた固定値であってもよい。 In step S16, a correction value for the injection end timing is calculated to resolve a state in which the actual injection amount is insufficient relative to the target injection amount, or a state in which the actual injection amount exceeds the target injection amount. Specifically, a correction value for correcting the injection end timing to the retard or advance side is calculated based on the difference between the actual injection amount and the target injection amount. At this time, the larger the difference between the actual injection amount and the target injection amount, the larger the correction value that is calculated. The correction value may also be calculated based on the fuel pressure, and the higher the fuel pressure, the smaller the correction value. The correction value may be a predetermined fixed value.

ステップS17では、ステップS16で算出した補正値による補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えるものであるか否かを判定する。そして、補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えていれば、ステップS18に進み、上限噴射終了時期を今回の燃料噴射での噴射終了時期とする。また、補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えていなければ、ステップS19に進み、補正後の噴射終了時期を今回の燃料噴射での噴射終了時期とする。 In step S17, it is determined whether the injection end time corrected using the correction value calculated in step S16 exceeds the upper limit injection end time. If the corrected injection end time exceeds the upper limit injection end time, the process proceeds to step S18, where the upper limit injection end time is set as the injection end time for the current fuel injection. If the corrected injection end time does not exceed the upper limit injection end time, the process proceeds to step S19, where the corrected injection end time is set as the injection end time for the current fuel injection.

ステップS20では、上記のごとく決定された噴射開始時期及び噴射終了時期に基づいて燃料噴射弁31を通電し、燃料噴射を実施する。 In step S20, the fuel injection valve 31 is energized based on the injection start and end times determined as described above, and fuel injection is performed.

ところで、ガス燃料を燃料として使用するガスエンジンでは、可能な限り圧縮行程で燃料噴射を行い燃焼室14内の充填効率を上げることが望ましい。ただし、圧縮行程での燃料噴射を想定すると、混合気形成の時間が短くなることや、吸気行程での新気の流入により筒内流動が生じることに起因して、均質性の低下が生じることが考えられる。そこで、本実施形態の燃料噴射弁31では、吸気ポート15及び排気ポート16の各位置と各噴孔62からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められた構成とし、これにより、各噴孔62から噴射されたガス燃料による燃焼室14内での噴流の貫徹力を互いに等しくし、ひいては混合気の均質性向上が可能になるものとしている。以下、燃焼室14内での筒内流動と、その筒内流動を考慮してなされた燃料噴射弁31の新規な構成とを詳しく説明する。なお、噴流の貫徹力とは外乱(筒内流動)の影響を加味したものを意味している。 In a gas engine that uses gas fuel as fuel, it is desirable to inject fuel during the compression stroke as much as possible to increase the filling efficiency in the combustion chamber 14. However, when fuel is injected during the compression stroke, it is considered that the homogeneity may decrease due to the shortening of the time for mixture formation and the inflow of fresh air during the intake stroke, which causes in-cylinder flow. Therefore, in the fuel injection valve 31 of this embodiment, the state of the jet of gas fuel injected from each injection hole 62 is determined according to the positions of the intake port 15 and the exhaust port 16 and the direction of injection of gas fuel from each injection hole 62, and this makes the penetration force of the jet of gas fuel injected from each injection hole 62 in the combustion chamber 14 equal to each other, thereby making it possible to improve the homogeneity of the mixture. Below, the in-cylinder flow in the combustion chamber 14 and the new configuration of the fuel injection valve 31 that takes the in-cylinder flow into consideration will be described in detail. Note that the penetration force of the jet means the force that takes into account the influence of external disturbances (in-cylinder flow).

まずは図5より筒内流動について説明する。以下の説明では、燃焼室14内を二分し、排気ポート16側の領域を第1領域R1、吸気ポート15側の領域を第2領域R2としている。 First, the flow inside the cylinder will be explained with reference to Figure 5. In the following explanation, the combustion chamber 14 is divided into two, with the area on the exhaust port 16 side being the first area R1 and the area on the intake port 15 side being the second area R2.

図5(a)に示すように、吸気行程では、吸気弁21の開弁により吸気ポート15から燃焼室14内に新気が流入する。このとき、新気は、ピストン13の下動に伴い吸気ポート15から吸気弁21の開弁による隙間を通って燃焼室14内に流入し、燃焼室14の第1領域R1の内壁に沿って図の下方に流れる。 As shown in FIG. 5(a), during the intake stroke, fresh air flows from the intake port 15 into the combustion chamber 14 as the intake valve 21 opens. At this time, the fresh air flows from the intake port 15 into the combustion chamber 14 through the gap created by the open intake valve 21 as the piston 13 moves downward, and flows downward in the figure along the inner wall of the first region R1 of the combustion chamber 14.

また、図5(b)に示すように、圧縮行程では、吸気弁21及び排気弁22が閉弁した状態でのピストン13の上動により、吸気行程で生じた図の下方への筒内流動がピストン上面で押し上げられ、縦旋回の筒内流動が生成される。なお、図5には、筒内流動のうち縦旋回成分のみを示したが、筒内流動には横旋回成分の流動、つまり気筒の周方向の旋回成分も含まれている。 Also, as shown in FIG. 5(b), during the compression stroke, the upward movement of the piston 13 with the intake valve 21 and exhaust valve 22 closed causes the in-cylinder flow that occurs during the intake stroke to move downward in the figure to be pushed up by the upper surface of the piston, generating a vertically swirling in-cylinder flow. Note that FIG. 5 only shows the vertically swirling component of the in-cylinder flow, but the in-cylinder flow also includes a horizontally swirling component, that is, a swirling component in the circumferential direction of the cylinder.

次に、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を具体的に説明する。図6(a)は、圧縮行程前半において、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を示す図であり、図6(b)は、圧縮行程後半において、筒内流動による混合気形成への影響を示す図である。なお、図6(a),(b)では、燃料噴射弁31において複数の噴孔62がいずれも同じ形態で設けられ、かつ各噴孔62から放射状となる向きで燃料噴射が行われることを想定している。 Next, the effect of the in-cylinder flow on the gas fuel jet will be specifically described. Figure 6(a) shows the effect of the in-cylinder flow on the gas fuel jet in the first half of the compression stroke, and Figure 6(b) shows the effect of the in-cylinder flow on mixture formation in the second half of the compression stroke. Note that Figures 6(a) and (b) assume that the fuel injection valve 31 has multiple injection holes 62 all of the same shape, and that fuel is injected radially from each injection hole 62.

図6(a)に示すように、燃料噴射弁31の各噴孔62から放射状となる向きでガス燃料が噴射されることにより、燃焼室14内でのガス燃料の高分散化が図られている。ただし、ガス燃料の高分散化により各噴孔62における噴流の貫徹力が減少され、さらに筒内流動の影響を受けることで第1領域R1及び第2領域R2で噴流の貫徹力に差が生じる。詳しくは、燃焼室14内において、第1領域R1では下向き(ヘッド側からピストン上面側への向き)で縦旋回成分の筒内流動が生じるとともに、第2領域R2では上向き(ピストン上面側からヘッド側への向き)で縦旋回成分の筒内流動が生じている。そのため、第1領域R1では噴流の貫徹力が弱化される一方、第2領域R2では噴流の貫徹力が強化され、ピストン衝突後の各噴流の巻き上がりがアンバランスになる。 6A, the gas fuel is injected from each nozzle hole 62 of the fuel injection valve 31 in a radial direction, thereby dispersing the gas fuel in the combustion chamber 14. However, the high dispersion of the gas fuel reduces the penetration force of the jet in each nozzle hole 62, and the jet is further affected by the flow in the cylinder, resulting in a difference in the penetration force of the jet in the first region R1 and the second region R2. In detail, in the combustion chamber 14, a vertical swirling component of the flow in the cylinder occurs downward (from the head side to the piston top side) in the first region R1, and an upward (from the piston top side to the head side) in the second region R2. Therefore, the penetration force of the jet is weakened in the first region R1, while the penetration force of the jet is strengthened in the second region R2, resulting in an unbalanced roll-up of each jet after the piston collision.

したがって、図6(b)に示すように、燃焼室14内で混合気形成に際して混合気の均質性にばらつきが生じる。 As a result, as shown in FIG. 6(b), there is variation in the homogeneity of the mixture when it is formed in the combustion chamber 14.

本実施形態では、燃焼室14内で生じる筒内流動を考慮して各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを適宜設定するものとしており、その具体的な構成を図7にて説明する。 In this embodiment, the injection energy of the gas fuel injected from each nozzle hole 62 is appropriately set taking into account the in-cylinder flow occurring in the combustion chamber 14, and the specific configuration is described in FIG. 7.

図7において、(a)は、噴射弁先端のキャップ61における各噴孔62の配置を示す図であり、(b)は、キャップ61の縦断面図である。これら各図において、キャップ61には4つの噴孔62が周方向に均等配置されており、それら各噴孔62のうち、燃焼室14内の第1領域R1に向けてガス燃料を噴射する噴孔62を第1噴孔62A、第2領域R2に向けてガス燃料を噴射する噴孔62を第2噴孔62Bとしている。また、第1噴孔62A及び第2噴孔62B以外の噴孔62を第3噴孔62Cとしている。なお、各噴孔62は、いずれもその軸方向に直交する向きの開口形状が真円をなしている。ただし、各噴孔62の開口形状は、噴射弁先端の径方向に長い楕円形状、又は周方向に長い楕円形状であってもよい。 7, (a) is a diagram showing the arrangement of each nozzle hole 62 in the cap 61 at the tip of the injection valve, and (b) is a vertical cross-sectional view of the cap 61. In each of these figures, the cap 61 has four nozzle holes 62 arranged evenly in the circumferential direction, and among these nozzle holes 62, the nozzle hole 62 that injects gas fuel toward the first region R1 in the combustion chamber 14 is called the first nozzle hole 62A, and the nozzle hole 62 that injects gas fuel toward the second region R2 is called the second nozzle hole 62B. In addition, the nozzle hole 62 other than the first nozzle hole 62A and the second nozzle hole 62B is called the third nozzle hole 62C. Note that the opening shape of each nozzle hole 62 in the direction perpendicular to the axial direction is a perfect circle. However, the opening shape of each nozzle hole 62 may be an ellipse that is long in the radial direction of the injection valve tip, or an ellipse that is long in the circumferential direction.

図7に示す構成では、第1噴孔62A及び第2噴孔62Bは、それぞれ入口側から出口側にかけて開口面積が均一であり、かつその開口面積の関係が、第1噴孔62Aの開口面積>第2噴孔62Bの開口面積となっている。これにより、第1噴孔62Aでは、第2噴孔62Bに比べて単位時間当たりの噴射量が多くなっている。この場合、各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは物体の質量と速さの二乗に比例するため、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。 In the configuration shown in FIG. 7, the first nozzle hole 62A and the second nozzle hole 62B each have a uniform opening area from the inlet side to the outlet side, and the opening area relationship is such that the opening area of the first nozzle hole 62A is greater than the opening area of the second nozzle hole 62B. As a result, the first nozzle hole 62A has a larger injection amount per unit time than the second nozzle hole 62B. In this case, since the injection energy of the gas fuel injected from each nozzle hole 62 is proportional to the mass and the square of the speed of the object, the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A is stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B.

第3噴孔62Cは、燃焼室14内における第1領域R1及び第2領域R2の境界部に沿った方向に向けて燃料を噴射するための噴孔62である。第3噴孔62Cは、入口側から出口側にかけて開口面積が均一であり、かつその開口面積の関係が、第1噴孔62Aの開口面積>第3噴孔62Cの開口面積>第2噴孔62Bの開口面積となっている。これにより、第3噴孔62Cから噴射されるガス燃料の噴射エネルギは、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱く、かつ第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。 The third nozzle hole 62C is a nozzle hole 62 for injecting fuel in a direction along the boundary between the first region R1 and the second region R2 in the combustion chamber 14. The third nozzle hole 62C has a uniform opening area from the inlet side to the outlet side, and the relationship of the opening areas is opening area of the first nozzle hole 62A > opening area of the third nozzle hole 62C > opening area of the second nozzle hole 62B. As a result, the injection energy of the gas fuel injected from the third nozzle hole 62C is weaker than the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A, and stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B.

エンジン10のシリンダヘッド12には、第1噴孔62Aが排気ポート16側の第1領域R1に向けてガス燃料を噴射し、第2噴孔62Bが吸気ポート15側の第2領域R2に向けてガス燃料を噴射し、さらに第3噴孔62Cが第1領域R1及び第2領域R2の境界部に沿う向きにガス燃料を噴射するようにして、燃料噴射弁31が組み付けられる。 The fuel injection valve 31 is assembled in the cylinder head 12 of the engine 10 so that the first nozzle hole 62A injects gas fuel toward the first region R1 on the exhaust port 16 side, the second nozzle hole 62B injects gas fuel toward the second region R2 on the intake port 15 side, and the third nozzle hole 62C injects gas fuel in a direction along the boundary between the first region R1 and the second region R2.

図7に示す構成を有する燃料噴射弁31によれば、図8(a),(b)に示すように、燃焼室14内において、各噴孔62から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなり、均質性の高い混合気形成が可能になっている。この場合、第1噴孔62Aの噴射エネルギを強くし、かつ第2噴孔62Bの噴射エネルギを弱くしていることにより、第1噴孔62Aからの噴流の貫徹力F1と第2噴孔62Bからの噴流の貫徹力F2とが等しくなっている。 According to the fuel injection valve 31 having the configuration shown in FIG. 7, as shown in FIGS. 8(a) and (b), the penetration force of the jets of gas fuel injected from each nozzle hole 62 in the combustion chamber 14 is equal to each other, making it possible to form a highly homogeneous mixture. In this case, by increasing the injection energy of the first nozzle hole 62A and decreasing the injection energy of the second nozzle hole 62B, the penetration force F1 of the jet from the first nozzle hole 62A and the penetration force F2 of the jet from the second nozzle hole 62B are equal.

各噴孔62の構成を、図7の構成から図9の構成に変更することも可能である。図9の構成においても、噴孔数を4つとしており、第1噴孔62Aが第1領域R1に向けてガス燃料を噴射し、第2噴孔62Bが第2領域R2に向けてガス燃料を噴射し、さらに第3噴孔62Cが各領域R1,R2の境界部に沿う向きにガス燃料を噴射するものとしている。 The configuration of each nozzle hole 62 can be changed from that shown in FIG. 7 to that shown in FIG. 9. In the configuration shown in FIG. 9, there are four nozzle holes, and the first nozzle hole 62A injects gas fuel toward the first region R1, the second nozzle hole 62B injects gas fuel toward the second region R2, and the third nozzle hole 62C injects gas fuel in a direction along the boundary between the regions R1 and R2.

図9に示す構成では、第1噴孔62A及び第2噴孔62Bは、それぞれテーパ構造になっており、そのうち第1噴孔62Aは、入口側から出口側に向けて縮径された逆テーパ型となり、第2噴孔62Bは、入口側から出口側に向けて拡径されたテーパ型となっている。これにより、第1噴孔62Aでは、第2噴孔62Bに比べて、ガス燃料が噴出される際の噴射速度が大きくなる。この場合、各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは物体の質量と速さの二乗に比例するため、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。 In the configuration shown in FIG. 9, the first nozzle hole 62A and the second nozzle hole 62B each have a tapered structure, and the first nozzle hole 62A is an inverse tapered type that is narrowed from the inlet side to the outlet side, and the second nozzle hole 62B is a tapered type that is widened from the inlet side to the outlet side. As a result, the injection speed of the gas fuel is higher in the first nozzle hole 62A than in the second nozzle hole 62B. In this case, since the injection energy of the gas fuel injected from each nozzle hole 62 is proportional to the mass and the square of the speed of the object, the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A is stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B.

なお、第3噴孔62Cは、入口側から出口側にかけて開口面積が均一な非テーパ構造となっている。これにより、第3噴孔62Cから噴射されるガス燃料の噴射エネルギは、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱く、かつ第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。
ている。
The third nozzle hole 62C has a non-tapered structure in which the opening area is uniform from the inlet side to the outlet side, so that the injection energy of the gas fuel injected from the third nozzle hole 62C is weaker than the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A and is stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B.
is.

図9に示す構成では、破線で示すように、キャップ61(膨出部61a)の厚さ方向の1/2の中間位置で、第1噴孔62A及び第2噴孔62Bの開口面積が等しくなっているとよい。この中間位置での各噴孔62A,62Bの開口面積は、第3噴孔62Cの開口面積と同じであるとよい。ただし、第1噴孔62A及び第2噴孔62Bにおいて出口側の開口面積を互いに等しくする構成であってもよい。 In the configuration shown in FIG. 9, as shown by the dashed line, it is preferable that the opening areas of the first injection hole 62A and the second injection hole 62B are equal at the intermediate position of 1/2 in the thickness direction of the cap 61 (bulge portion 61a). It is preferable that the opening areas of each injection hole 62A, 62B at this intermediate position are the same as the opening area of the third injection hole 62C. However, it is also possible to configure the opening areas of the outlet side of the first injection hole 62A and the second injection hole 62B to be equal to each other.

図9に示す構成を有する燃料噴射弁31においても、図8(a),(b)に示すように、燃焼室14内において、各噴孔62から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力を互いに等しくすることができ、均質性の高い混合気形成が可能になっている。 Even in the fuel injection valve 31 having the configuration shown in Figure 9, as shown in Figures 8(a) and (b), the penetration force of the gas fuel jets injected from each nozzle hole 62 in the combustion chamber 14 can be made equal to each other, making it possible to form a highly homogeneous mixture.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 The present embodiment described above provides the following excellent effects:

噴射弁先端部のキャップ61(噴射部)において、噴射弁中心軸Jから離反する向きに燃料が噴射されるように複数の噴孔62を設けたため、高分散となる状態でのガス燃料の噴射が可能となっている。また、吸気ポート15及び排気ポート16の各位置と各噴孔62からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴流の状態を定め、燃焼室14内で生じる筒内流動にかかわらず、燃焼室14内において各噴孔62から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるようにした。これらにより、燃焼室14内における混合気の均質性向上を実現することができ、ひいては未燃損失の増加による熱効率の低下や排気エミッションの悪化を抑制することができる。 The cap 61 (injection part) at the tip of the injection valve is provided with multiple injection holes 62 so that fuel is injected in a direction away from the injection valve central axis J, making it possible to inject gas fuel in a highly dispersed state. In addition, the state of the gas fuel jet injected from each injection hole 62 is determined according to the positions of the intake port 15 and exhaust port 16 and the direction of gas fuel injection from each injection hole 62, so that the penetration force of the gas fuel jet injected from each injection hole 62 in the combustion chamber 14 is equal to each other regardless of the in-cylinder flow occurring in the combustion chamber 14. This makes it possible to improve the homogeneity of the mixture in the combustion chamber 14, and thus suppresses the decrease in thermal efficiency and the deterioration of exhaust emissions due to an increase in unburned loss.

排気ポート16側の第1領域R1に向けてガス燃料を噴射する第1噴孔62Aでは、噴流の勢いが筒内流動の縦旋回成分により減衰され、吸気ポート15側の第2領域R2に向けてガス燃料を噴射する第2噴孔62Bでは、噴流の勢いが筒内流動の縦旋回成分により増幅される。これを考慮し、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くした。これにより、混合気の均質性を高めることができる。 In the first nozzle hole 62A that injects gas fuel toward the first region R1 on the exhaust port 16 side, the momentum of the jet is attenuated by the vertical swirl component of the in-cylinder flow, while in the second nozzle hole 62B that injects gas fuel toward the second region R2 on the intake port 15 side, the momentum of the jet is amplified by the vertical swirl component of the in-cylinder flow. Taking this into consideration, the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A is made stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B. This makes it possible to improve the homogeneity of the mixture.

第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第3噴孔62Cから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くする一方、第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第3噴孔62Cから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱くした。これにより、キャップ61において多孔化による高分散性の向上を図りつつ、各噴孔62A~62Cの噴流の噴射エネルギをそれぞれ適正に設定することができる。 The injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A is made stronger than that of the gas fuel injected from the third nozzle hole 62C, while the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B is made weaker than that of the gas fuel injected from the third nozzle hole 62C. This makes it possible to appropriately set the injection energy of the jet from each of the nozzle holes 62A to 62C while improving the high dispersion by making the cap 61 more porous.

ガス燃料として水素を用いる場合には、CNGに比べて密度が小さく噴流の噴射エネルギが小さくなるため、筒内流動の影響をより受けやすいと考えられる。この点、ガス燃料として水素を用いる場合にあっても、燃焼室14内において混合気の均質性向上を図ることができる。 When hydrogen is used as the gas fuel, its density is smaller than that of CNG, and the injection energy of the jet is smaller, so it is thought to be more susceptible to the effects of in-cylinder flow. In this regard, even when hydrogen is used as the gas fuel, it is possible to improve the homogeneity of the mixture in the combustion chamber 14.

(第1実施形態の変形例)
各噴孔62を、図10(a)~(d)に示す構成としてもよい。これら各図は、噴射弁先端のキャップ61における各噴孔62の配置を示す図である。
(Modification of the first embodiment)
The nozzle holes 62 may be configured as shown in Figures 10(a) to 10(d), which show the arrangement of the nozzle holes 62 in a cap 61 at the tip of the injection valve.

図10(a)に示す構成では、第1~第3噴孔62A~62Cのうち第1噴孔62Aについて、他の噴孔62B,62Cよりも開口面積を大きくすることにより噴射エネルギを強くしている。第1噴孔62Aについて、逆テーパ型にすることにより噴射速度を大きくし、噴射エネルギを強くすることも可能である。なお、噴孔62B,62Cは、いずれも非テーパ構造であり、かつ噴射エネルギが互いに同じものであるとよい。 In the configuration shown in FIG. 10(a), the first nozzle hole 62A of the first to third nozzle holes 62A to 62C has a larger opening area than the other nozzle holes 62B and 62C, thereby increasing the injection energy. The first nozzle hole 62A can also be made inverted tapered to increase the injection speed and increase the injection energy. It is preferable that the nozzle holes 62B and 62C both have a non-tapered structure and have the same injection energy.

図10(b)に示す構成では、第1~第3噴孔62A~62Cのうち第2噴孔62Bについて、他の噴孔62A,62Cよりも開口面積を小さくすることにより噴射エネルギを弱くしている。第2噴孔62Bについて、テーパ型にすることにより噴射速度を小さくし、噴射エネルギを弱くすることも可能である。なお、噴孔62A,62Cは、いずれも非テーパ構造であり、かつ噴射エネルギが互いに同じものであるとよい。 In the configuration shown in FIG. 10(b), the second nozzle hole 62B of the first to third nozzle holes 62A to 62C has a smaller opening area than the other nozzle holes 62A, 62C, thereby weakening the injection energy. The second nozzle hole 62B can also be tapered to reduce the injection speed and weaken the injection energy. Note that both nozzle holes 62A, 62C have a non-tapered structure and preferably have the same injection energy.

図10(c)に示す構成では、噴孔数を6つとしており、内訳は第1噴孔62A、第2噴孔62B、第3噴孔62Cをそれぞれ2つにしている。また、これら各噴孔62A~62Cの噴射エネルギを、上記同様、第1噴孔62Aの噴射エネルギ>第3噴孔62Cの噴射エネルギ>第2噴孔62Bの噴射エネルギとしている。 In the configuration shown in FIG. 10(c), there are six nozzle holes, with two each of the first nozzle hole 62A, the second nozzle hole 62B, and the third nozzle hole 62C. As described above, the injection energy of each of these nozzle holes 62A to 62C is as follows: injection energy of first nozzle hole 62A > injection energy of third nozzle hole 62C > injection energy of second nozzle hole 62B.

図10(d)に示す構成では、複数の噴孔62として第1噴孔62Aと第2噴孔62Bとが設けられている。これら各噴孔62A,62Bの数は例えば1つずつとすればよいが、それぞれ2つ以上設けることも可能である。そして、これら各噴孔62A,62Bの噴射エネルギを、第1噴孔62Aの噴射エネルギ>第2噴孔62Bの噴射エネルギとしている。 In the configuration shown in FIG. 10(d), a first nozzle hole 62A and a second nozzle hole 62B are provided as the multiple nozzle holes 62. The number of each of these nozzle holes 62A and 62B may be, for example, one each, but it is also possible to provide two or more of each. The injection energy of each of these injection holes 62A and 62B is set so that the injection energy of the first nozzle hole 62A is greater than the injection energy of the second nozzle hole 62B.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態は、燃焼室14内において、排気ポート16側の第1領域R1と吸気ポート15側の第2領域R2とでは筒内流動の縦旋回成分の向きが異なるが、これら各領域R1,R2の境界となる境界部では、その境界部に沿った方向において筒内流動の縦旋回成分の差が小さくなることに着目したものである。これを、図11を用いて説明する。
Second Embodiment
Next, the second embodiment will be described, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the direction of the vertical swirling component of the in-cylinder flow is different between the first region R1 on the exhaust port 16 side and the second region R2 on the intake port 15 side in the combustion chamber 14, but at the boundary between these regions R1 and R2, the difference in the vertical swirling component of the in-cylinder flow in the direction along the boundary is small. This will be described with reference to FIG. 11.

図11(a)は、気筒11aの構成を模式的に示す斜視図であり、その気筒11aにおいて、2つの吸気口15aの間の中央位置と2つの排気口16aの間の中央位置とを通る縦断面が断面A1、吸気側と排気側とを二分しかつ断面A1に直交する縦断面が断面A2となっている。そして、図11(b)には、断面A1での筒内流動を示し、図11(c)には、断面A2での筒内流動を示している。 Figure 11(a) is a perspective view showing the configuration of cylinder 11a, in which a vertical section passing through the center position between two intake ports 15a and the center position between two exhaust ports 16a is cross section A1, and a vertical section dividing the intake side and exhaust side and perpendicular to cross section A1 is cross section A2. Figure 11(b) shows the in-cylinder flow at cross section A1, and Figure 11(c) shows the in-cylinder flow at cross section A2.

ここで、図11(b)に示すように、断面A1に相当する部位で、図示のB1,B2のように燃料噴射が行われる場合を想定する。この場合、これらB1,B2は筒内流動の縦旋回の影響を受け、その一方が減衰、他方が強化される。これに対して、図11(c)に示すように、断面A2に相当する部位で、図示のC1,C2のように燃料噴射が行われる場合には、これらC1,C2に対する筒内流動の縦旋回の影響はいずれも略同じとなる。つまり、断面A2は、断面A1に直交する縦断面であり、その断面A2の延びる方向は、第1領域R1及び第2領域R2の境界部に沿った方向である。そのため、断面A2では、断面A1とは異なり、互いに向きの異なる縦旋回の筒内流動によるC1,C2への影響が生じないものとなっている。 As shown in FIG. 11(b), it is assumed that fuel injection is performed at the location corresponding to cross section A1 as shown in B1 and B2. In this case, B1 and B2 are affected by the vertical swirl of the in-cylinder flow, one of which is attenuated and the other is strengthened. In contrast, as shown in FIG. 11(c), when fuel injection is performed at the location corresponding to cross section A2 as shown in C1 and C2, the influence of the vertical swirl of the in-cylinder flow on C1 and C2 is approximately the same. In other words, cross section A2 is a vertical cross section perpendicular to cross section A1, and the direction in which cross section A2 extends is along the boundary between the first region R1 and the second region R2. Therefore, unlike cross section A1, cross section A2 does not affect C1 and C2 due to the in-cylinder flow with vertical swirls in different directions.

そこで本実施形態では、図12に示すように、キャップ61に、第1領域R1及び第2領域R2の境界部に沿った方向にガス燃料を噴射する噴孔62のみを設ける構成としている。これにより、図11(c)に示す形態で、各噴孔62からガス燃料が噴射される。本実施形態において、各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは互いに同等である。本実施形態の構成によれば、筒内流動に起因する混合気の均質性がばらつくことが抑制できるものとなっている。 In this embodiment, as shown in FIG. 12, the cap 61 is configured to have only injection holes 62 that inject gas fuel in a direction along the boundary between the first region R1 and the second region R2. As a result, gas fuel is injected from each injection hole 62 in the form shown in FIG. 11(c). In this embodiment, the injection energy of the gas fuel injected from each injection hole 62 is equal to each other. The configuration of this embodiment makes it possible to suppress variations in the homogeneity of the mixture caused by the flow inside the cylinder.

なお、図11(c)の左右それぞれにガス燃料を噴射する噴孔62は、各々複数個ずつ設けられていてもよい。噴孔62は、非テーパ構造、テーパ構造のいずれであってもよい。テーパ構造とする場合、逆テーパ型、テーパ型のいずれであってもよい。 In addition, multiple injection holes 62 for injecting gas fuel may be provided on each of the left and right sides of FIG. 11(c). The injection holes 62 may have either a non-tapered structure or a tapered structure. If they have a tapered structure, they may be either an inverted tapered type or a tapered type.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。上記第1実施形態では、燃焼室14において上面中央部の位置に燃料噴射弁31を設けた構成としたが、本実施形態では、燃焼室14において上面中央部から吸気側にオフセットした位置に燃料噴射弁31を設けた構成としている。
Third Embodiment
Next, the third embodiment will be described, focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, the fuel injection valve 31 is provided at the center of the top surface of the combustion chamber 14, but in this embodiment, the fuel injection valve 31 is provided at a position offset from the center of the top surface of the combustion chamber 14 toward the intake side.

図13は、燃焼室14内の噴流の軌跡を示す図である。図13において、図の左側が吸気側、右側が排気側であり、燃焼室14において上面中央部となる位置に点火プラグ32が設けられ、吸気側にオフセットした位置に燃料噴射弁31(キャップ61)が設けられている。この構成では、各噴孔62からの噴流が筒内流動の影響を受けることに加えて、各噴孔62からの噴流がピストン上面に衝突して巻き上がった後に、点火プラグ32に到達するまでの移動距離が相違することが考えられる。移動距離は、詳しくは、噴流がピストン上面を経由して、シリンダ内壁とシリンダヘッド12を沿って点火プラグ32の位置まで到達するまでの距離である。図13では、第1噴孔62Aからの噴流の軌跡をT1、第2噴孔62Bからの噴流の軌跡をT2としており、これら各軌跡T1,T2を比べると、第1噴孔62Aの方が、第2噴孔62Bよりも点火プラグ32までのガス燃料の移動距離が長いことが分かる。これらの要因により、混合気の均質性低下が懸念される。 Figure 13 is a diagram showing the trajectory of the jet in the combustion chamber 14. In Figure 13, the left side of the figure is the intake side, and the right side is the exhaust side. The spark plug 32 is provided at the center of the top surface of the combustion chamber 14, and the fuel injection valve 31 (cap 61) is provided at a position offset to the intake side. In this configuration, in addition to the fact that the jet from each nozzle hole 62 is affected by the flow inside the cylinder, it is considered that the travel distance from the jet from each nozzle hole 62 to the spark plug 32 after it collides with the top surface of the piston and rolls up is different. The travel distance is, in detail, the distance that the jet travels via the top surface of the piston, along the inner wall of the cylinder and the cylinder head 12, to the position of the spark plug 32. In FIG. 13, the trajectory of the jet from the first nozzle hole 62A is T1, and the trajectory of the jet from the second nozzle hole 62B is T2. Comparing these trajectories T1 and T2, it can be seen that the gas fuel travels a longer distance to the spark plug 32 from the first nozzle hole 62A than from the second nozzle hole 62B. These factors raise concerns about a decrease in the homogeneity of the mixture.

図14(a)は、圧縮行程前半において、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を示す図であり、図14(b)は、圧縮行程後半において、筒内流動による混合気形成への影響を示す図である。なお、図14(a),(b)では、燃料噴射弁31において複数の噴孔62がいずれも同じ形態で設けられ、かつ排気ポート16側の領域である第1領域R1側と吸気ポート15側の領域である第2領域R2側とに向けて各噴孔62からそれぞれ燃料噴射が行われることを想定している。 Figure 14(a) shows the effect of the in-cylinder flow on the gas fuel jet in the first half of the compression stroke, and Figure 14(b) shows the effect of the in-cylinder flow on the mixture formation in the second half of the compression stroke. Note that Figures 14(a) and (b) assume that the fuel injection valve 31 has multiple injection holes 62 all of the same shape, and that fuel is injected from each injection hole 62 toward the first region R1, which is the region on the exhaust port 16 side, and the second region R2, which is the region on the intake port 15 side.

図14(a)に示すように、燃焼室14内では、上述したとおり筒内流動の影響を受けることにより第1領域R1及び第2領域R2で噴流の貫徹力に差が生じており、ピストン衝突後の各噴流の巻き上がりがアンバランスになる。したがって、図14(b)に示すように、燃焼室14内で混合気形成に際して混合気の均質性にばらつきが生じる。 As shown in FIG. 14(a), in the combustion chamber 14, due to the influence of the in-cylinder flow as described above, there is a difference in the penetration force of the jets in the first region R1 and the second region R2, and the roll-up of each jet after the piston collision becomes unbalanced. Therefore, as shown in FIG. 14(b), there is variation in the homogeneity of the mixture when it is formed in the combustion chamber 14.

本実施形態では、燃焼室14内で生じる筒内流動を考慮して各噴孔62から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを適宜設定するものとしており、その具体的な構成は、既述の図7又は図9の構成に準ずるものとなっている。 In this embodiment, the injection energy of the gas fuel injected from each nozzle hole 62 is appropriately set taking into account the in-cylinder flow occurring in the combustion chamber 14, and the specific configuration is similar to the configuration shown in Figure 7 or Figure 9 described above.

すなわち、キャップ61に設けられた第1噴孔62A及び第2噴孔62Bは、その開口面積が互いに大小異なること、又は、テーパ構造が互いに異なることにより、第1噴孔62Aから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第2噴孔62Bから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。また、第3噴孔62Cを含めた構成で言えば、各噴孔62A~62Cから噴射されるガス燃料の噴射エネルギの関係は、第1噴孔62Aの噴射エネルギ>第3噴孔62Cの噴射エネルギ>第2噴孔62Bの噴射エネルギとなっている。 That is, the first nozzle hole 62A and the second nozzle hole 62B provided in the cap 61 have different opening areas or different taper structures, so that the injection energy of the gas fuel injected from the first nozzle hole 62A is stronger than the injection energy of the gas fuel injected from the second nozzle hole 62B. In addition, in terms of the configuration including the third nozzle hole 62C, the relationship of the injection energy of the gas fuel injected from each of the nozzle holes 62A to 62C is injection energy of the first nozzle hole 62A > injection energy of the third nozzle hole 62C > injection energy of the second nozzle hole 62B.

また、第1噴孔62Aからの噴流と第2噴孔62Bからの噴流とを比べると、それら各噴流は、ピストン上面に衝突して巻き上がった後に点火プラグ32に到達するまでの移動距離が相違している。そのため、本実施形態では、各噴孔62A,62Bから点火プラグ32までのガス燃料の移動距離の違いを併せ考慮して、各噴孔62A,62Bの噴射エネルギを定めることとしている。この場合、各噴孔62A,62Bからの噴流の貫徹力が、各噴孔62A,62Bから点火プラグ32までのガス燃料の移動距離に比例するようにして、各噴孔62A,62Bの噴射エネルギが定められているとよい。 Comparing the jet from the first nozzle hole 62A and the jet from the second nozzle hole 62B, the distance traveled by each jet after colliding with the upper surface of the piston and rolling up to reach the ignition plug 32 is different. Therefore, in this embodiment, the injection energy of each nozzle hole 62A, 62B is determined taking into consideration the difference in the travel distance of the gas fuel from each nozzle hole 62A, 62B to the ignition plug 32. In this case, it is preferable that the injection energy of each nozzle hole 62A, 62B is determined so that the penetration force of the jet from each nozzle hole 62A, 62B is proportional to the travel distance of the gas fuel from each nozzle hole 62A, 62B to the ignition plug 32.

本実施形態の燃料噴射弁31によれば、図15(a),(b)に示すように、第1噴孔62Aの噴射エネルギを強くし、かつ第2噴孔62Bの噴射エネルギを弱くしていることにより、第1噴孔62Aからの噴流の貫徹力F1と第2噴孔62Bからの噴流の貫徹力F2とが調整されている。この場合特に、第1噴孔62Aの方が、第2噴孔62Bよりも点火プラグ32までのガス燃料の移動距離が長くなることから、第1噴孔62Aからの噴流の貫徹力F1が、第2噴孔62Bからの噴流の貫徹力F2よりも強くなっている。これにより、燃焼室14内において均質性の高い混合気形成が可能になっている。 According to the fuel injection valve 31 of this embodiment, as shown in Figures 15(a) and (b), the injection energy of the first injection hole 62A is made stronger and the injection energy of the second injection hole 62B is made weaker, so that the penetration force F1 of the jet from the first injection hole 62A and the penetration force F2 of the jet from the second injection hole 62B are adjusted. In this case, the gas fuel travels a longer distance to the ignition plug 32 from the first injection hole 62A than from the second injection hole 62B, so the penetration force F1 of the jet from the first injection hole 62A is stronger than the penetration force F2 of the jet from the second injection hole 62B. This makes it possible to form a highly homogeneous mixture in the combustion chamber 14.

第3実施形態の変形例として、燃焼室14において上面中央部から排気側にオフセットした位置に燃料噴射弁31(キャップ61)が設けられている構成としてもよい。この場合、上述したとおり筒内流動の影響を加味しつつ、第1噴孔62Aの方が、第2噴孔62Bよりも点火プラグ32までのガス燃料の移動距離が短くなることに基づいて、各噴孔62A,62Bの噴射エネルギが定められるとよい。 As a modified example of the third embodiment, the fuel injection valve 31 (cap 61) may be provided in the combustion chamber 14 at a position offset from the center of the upper surface toward the exhaust side. In this case, the injection energy of each injection hole 62A, 62B may be determined based on the fact that the travel distance of the gas fuel to the ignition plug 32 is shorter for the first injection hole 62A than for the second injection hole 62B, while taking into account the influence of the flow inside the cylinder as described above.

(第1実施形態~第3実施形態の変形例)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
(Modifications of the First to Third Embodiments)
The above embodiment may be modified, for example, as follows.

・上記実施形態では、燃料噴射弁31の構成として、ボディ43内に第1ニードル41と第2ニードル42とを軸方向に並べて配置する構成を採用したが、その構成に限られない。例えば、ボディ43内に単一のニードルを設け、そのニードルの開弁に伴いボディ43内の燃料通路46が開通されて各噴孔62からガス燃料が噴射される構成であってもよい。 - In the above embodiment, the fuel injection valve 31 is configured such that the first needle 41 and the second needle 42 are arranged axially side by side in the body 43, but is not limited to this configuration. For example, a single needle may be provided in the body 43, and when the needle opens, the fuel passage 46 in the body 43 opens and gas fuel is injected from each nozzle hole 62.

・上記実施形態では、エンジン10において燃焼室14内に横旋回成分と縦旋回成分とを含む筒内流動を生じさせる構成としたが、横旋回成分が生じない又は生じても微小のものとなる構成としてもよい。 - In the above embodiment, the engine 10 is configured to generate an in-cylinder flow in the combustion chamber 14 that includes a lateral swirl component and a vertical swirl component, but the engine 10 may be configured so that no lateral swirl component is generated, or if any is generated, it is very small.

(第4実施形態)
本実施形態では、燃料噴射弁31から燃焼室14内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を高めるべく実施される燃料噴射制御について説明する。つまり、本実施形態は、エンジン10の燃焼室14内においてガス燃料と空気とからなる混合気の均質性に応じて燃焼状態が変動することに着目してなされたものであり、燃料噴射弁31から燃焼室14内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を、均質度推定値Xとして算出し、その均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31の燃料噴射時期を制御することとしている。なお本実施形態では、図1に示すエンジンシステムを流用することとしている。図1において不図示としているが、エンジンシステムは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ等の過給機や、吸排気弁の開閉タイミングを調整する可変動弁装置を有するものであってもよい。
Fourth Embodiment
In this embodiment, fuel injection control is performed to increase the homogeneity of the mixture of gas fuel and air injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 14. That is, this embodiment is made with attention paid to the fact that the combustion state varies depending on the homogeneity of the mixture of gas fuel and air in the combustion chamber 14 of the engine 10, and the homogeneity of the mixture of gas fuel and air injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 14 is calculated as a homogeneity estimation value X, and the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is controlled based on the homogeneity estimation value X. In this embodiment, the engine system shown in FIG. 1 is used. Although not shown in FIG. 1, the engine system may have a turbocharger such as a turbocharger or a supercharger, or a variable valve mechanism that adjusts the opening and closing timing of the intake and exhaust valves.

図16は、本実施形態における制御システムの構成図である。ECU80には、回転速度センサ71、エアフロセンサ72、燃圧センサ73、筒内圧センサ74等を含む各種センサから検出信号が逐次入力される。回転速度センサ71はエンジン回転速度NEを検出し、エアフロセンサ72は、エンジン負荷として吸気量Qinを検出する。燃圧センサ73は、燃料配管35において燃圧レギュレータ33と燃料噴射弁31との間に設けられ、燃料噴射弁31に供給される燃料の圧力である燃圧Pfを検出する。筒内圧センサ74は、シリンダヘッド12に設けられ、燃焼室14内の圧力である筒内圧Pcを検出する。 Figure 16 is a diagram showing the configuration of the control system in this embodiment. Detection signals are sequentially input to the ECU 80 from various sensors including a rotation speed sensor 71, an air flow sensor 72, a fuel pressure sensor 73, and an in-cylinder pressure sensor 74. The rotation speed sensor 71 detects the engine rotation speed NE, and the air flow sensor 72 detects the intake air amount Qin as the engine load. The fuel pressure sensor 73 is provided in the fuel piping 35 between the fuel pressure regulator 33 and the fuel injection valve 31, and detects the fuel pressure Pf, which is the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve 31. The in-cylinder pressure sensor 74 is provided in the cylinder head 12, and detects the in-cylinder pressure Pc, which is the pressure inside the combustion chamber 14.

ECU80は、上記各センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁31、点火プラグ32、燃圧レギュレータ33の動作を制御する。ECU80は、燃料噴射制御として、エンジン回転速度NEやエンジン負荷(要求トルク又は吸気量Qin)に基づいて燃料噴射量Qfを算出するとともに、燃料噴射量Qfと燃圧Pfとに基づいて燃料噴射弁31の噴射期間Tdを算出し、その噴射期間Tdに基づいて燃料噴射弁31による燃料噴射を実施する。本実施形態では、主に圧縮行程にて燃料噴射が行われる。なお、噴射期間Tdの始まりが噴射開始時期SOIであり、噴射期間Tdの終わりが噴射終了時期EOIである。噴射開始時期SOI及び噴射終了時期EOIがそれぞれ「燃料噴射時期」に相当する。 The ECU 80 controls the operation of the fuel injection valve 31, the spark plug 32, and the fuel pressure regulator 33 based on the detection signals of the above sensors. As fuel injection control, the ECU 80 calculates the fuel injection amount Qf based on the engine speed NE and the engine load (required torque or intake amount Qin), calculates the injection period Td of the fuel injection valve 31 based on the fuel injection amount Qf and the fuel pressure Pf, and performs fuel injection by the fuel injection valve 31 based on the injection period Td. In this embodiment, fuel injection is mainly performed during the compression stroke. The start of the injection period Td is the injection start time SOI, and the end of the injection period Td is the injection end time EOI. The injection start time SOI and the injection end time EOI each correspond to the "fuel injection timing".

また、ECU80は、燃圧レギュレータ33による燃圧制御として、エンジン回転速度NE及びエンジン負荷に基づいて目標燃圧Ptgを設定するとともに、燃圧センサ73により検出された燃圧Pf(実燃圧)が目標燃圧Ptgに一致するように燃圧フィードバック制御を実施する。この場合、例えば1~3MPaの範囲内で燃圧Pfが制御される。 The ECU 80 also controls the fuel pressure using the fuel pressure regulator 33 by setting a target fuel pressure Ptg based on the engine speed NE and the engine load, and performs fuel pressure feedback control so that the fuel pressure Pf (actual fuel pressure) detected by the fuel pressure sensor 73 matches the target fuel pressure Ptg. In this case, the fuel pressure Pf is controlled within a range of 1 to 3 MPa, for example.

本実施形態では、燃料噴射弁31として図3に示す構成を有するものを用いることとしており、燃料噴射弁31は、その先端部に複数の噴孔62を有する多孔構造を具備している。噴孔62の数は例えば4つであり、各噴孔62はいずれも同じ大きさを有するものとなっている。各噴孔62は、燃料噴射弁31の中心軸Jから離反し、すなわち放射状となり、かつピストン上面に向かう向きで燃料が噴射されるように設けられている。 In this embodiment, the fuel injection valve 31 has the configuration shown in FIG. 3, and the fuel injection valve 31 has a porous structure with multiple injection holes 62 at its tip. The number of injection holes 62 is, for example, four, and each injection hole 62 has the same size. Each injection hole 62 is arranged so that fuel is injected in a direction away from the central axis J of the fuel injection valve 31, i.e., radially, and toward the top surface of the piston.

ところで、本願発明者らの知見によれば、ガスエンジンにおける混合気の均質度に寄与する主要要素には、燃料噴射弁31による燃料噴射直後のガス燃料のペネトレーション(貫徹力)である噴流ペネトレーションと、燃焼室14内においてピストン上面からガス燃料が巻き上がる際の噴流巻き上がりと、燃焼室14内でのガス燃料と空気との混合時間とが含まれることが見出された。なお、噴流ペネトレーションは、燃料噴射弁31による圧縮行程噴射が行われる際において、噴射開始からガス燃料がピストン上面に到達するまでの期間における均質度の寄与要素である。噴流巻き上がりは、ガス燃料がピストン上面の到達後にシリンダ内壁に沿って巻き上がる際の巻き上がりの度合を示すものであり、ピストン上面の到達から燃料噴射終了時期までの期間における均質度の寄与要素である。混合時間は、燃料噴射終了時期から点火時期(又はTDC)までの期間における均質度の寄与要素である。 According to the findings of the present inventors, the main factors that contribute to the homogeneity of the mixture in a gas engine include the jet penetration, which is the penetration (penetration force) of the gas fuel immediately after fuel injection by the fuel injection valve 31, the jet roll-up when the gas fuel rolls up from the top surface of the piston in the combustion chamber 14, and the mixing time of the gas fuel and air in the combustion chamber 14. The jet penetration is a contributing factor to the homogeneity in the period from the start of injection to the arrival of the gas fuel at the top surface of the piston when the compression stroke injection is performed by the fuel injection valve 31. The jet roll-up indicates the degree of roll-up when the gas fuel rolls up along the inner wall of the cylinder after reaching the top surface of the piston, and is a contributing factor to the homogeneity in the period from the arrival of the top surface of the piston to the end of fuel injection. The mixing time is a contributing factor to the homogeneity in the period from the end of fuel injection to the ignition timing (or TDC).

本実施形態では、ECU80は、混合気の均質度に寄与する3つの要素、すなわち噴流ペネトレーション、噴流巻き上がり、及び混合時間についてこれら各々の推定値(噴流ペネトレーション推定値A、巻き上がり推定値B、及び混合時間推定値C)を算出するとともに、これら各推定値に基づいて均質度推定値Xを算出する。そして、ECU80は、均質度推定値Xに基づいて燃料噴射弁31の燃料噴射時期の制御を行う。 In this embodiment, the ECU 80 calculates estimated values for each of the three elements that contribute to the homogeneity of the mixture, namely, jet penetration, jet roll-up, and mixing time (jet penetration estimated value A, roll-up estimated value B, and mixing time estimated value C), and calculates a homogeneity estimated value X based on each of these estimated values. The ECU 80 then controls the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 based on the homogeneity estimated value X.

均質度推定値Xの算出手法を図17により説明する。図17は、ECU80により実施される均質度推定値Xの算出に関する機能ブロック図である。図17に示すように、ECU80は、噴流ペネトレーション推定値Aを算出する第1算出部M1と、巻き上がり推定値Bを算出する第2算出部M2と、混合時間推定値Cを算出する第3算出部M3とを有しており、これら各推定値A,B,Cの和により均質度推定値Xを算出する(X=A+B+C)。 The calculation method of the homogeneity estimation value X is explained with reference to FIG. 17. FIG. 17 is a functional block diagram related to the calculation of the homogeneity estimation value X performed by the ECU 80. As shown in FIG. 17, the ECU 80 has a first calculation unit M1 that calculates the jet penetration estimation value A, a second calculation unit M2 that calculates the roll-up estimation value B, and a third calculation unit M3 that calculates the mixing time estimation value C, and calculates the homogeneity estimation value X by adding up these respective estimation values A, B, and C (X=A+B+C).

第1算出部M1は、燃焼室14内(筒内)におけるガス燃料の噴流の大きさを示す噴流体積a1と、燃料噴射開始時における筒内容積a2とに基づいて、噴流ペネトレーション推定値Aを算出する。具体的には、下記の式1により噴流ペネトレーション推定値Aを算出する。
A=k1×(a1/a2) (式1)
式2において、k1は所定の係数である(下記のk2~k8も同様)。
The first calculation unit M1 calculates an estimated jet penetration value A based on a jet volume a1 indicating the size of the jet of gas fuel in the combustion chamber 14 (in the cylinder) and an in-cylinder volume a2 at the start of fuel injection. Specifically, the estimated jet penetration value A is calculated by the following formula 1.
A=k1×(a1/a2) (Formula 1)
In Equation 2, k1 is a predetermined coefficient (the same applies to k2 to k8 below).

噴流体積a1は、燃圧Pf及び燃料噴射量Qfをパラメータとして基づいて算出される。例えば図18(a)に示す関係に基づいて、燃圧Pf及び燃料噴射量Qfにより噴流体積a1が算出される。噴流体積a1は、燃圧Pf及び燃料噴射量Qfの少なくともいずれかが大きいほど、大きい値として算出される。 The jet volume a1 is calculated based on the fuel pressure Pf and the fuel injection amount Qf as parameters. For example, the jet volume a1 is calculated from the fuel pressure Pf and the fuel injection amount Qf based on the relationship shown in FIG. 18(a). The jet volume a1 is calculated to be a larger value the greater at least one of the fuel pressure Pf and the fuel injection amount Qf is.

筒内容積a2は、例えば図18(b)に示す関係に基づいて、噴射開始時期SOIにより算出される。筒内容積a2は、噴射開始時期SOIがTDCに対して進角側になるほど、大きい値として算出される。 The in-cylinder volume a2 is calculated from the injection start timing SOI, for example, based on the relationship shown in FIG. 18(b). The in-cylinder volume a2 is calculated to be a larger value as the injection start timing SOI advances relative to TDC.

噴流ペネトレーション推定値Aは、燃焼室14内における噴流の大きさ、すなわち筒内容積に対する噴流の占める割合を示すものであり、燃圧Pfが高いほど(上記式1の分子項が大きいほど)、又は噴射開始時期SOIがTDCに近づく遅角側になるほど(上記式1の分母項が小さいほど)、大きい値として算出される。 The estimated jet penetration value A indicates the size of the jet in the combustion chamber 14, i.e., the proportion of the in-cylinder volume that the jet occupies, and is calculated to be a larger value the higher the fuel pressure Pf (the larger the numerator term in the above formula 1) or the more retarded the injection start timing SOI is toward TDC (the smaller the denominator term in the above formula 1).

第2算出部M2は、噴流巻き上がりに寄与する噴流の状態に関する項である噴流項b1と、噴流巻き上がりに寄与する筒内の環境に関する項である筒内環境項b2とを加算することにより、巻き上がり推定値Bを算出する。具体的には、下記の式2により巻き上がり推定値Bを算出する。
B=b1+b2 (式2)
つまり、噴流巻き上がりの度合は、噴流自体の状態に応じて変わり得るとともに、筒内環境に応じても変わり得るため、噴流項b1と筒内環境項b2とを各々算出するとともに、これら各項を加算して巻き上がり推定値Bを算出する。
The second calculation unit M2 calculates the roll-up estimated value B by adding a jet term b1, which is a term related to the state of the jet that contributes to the roll-up of the jet, and an in-cylinder environment term b2, which is a term related to the environment inside the cylinder that contributes to the roll-up of the jet. Specifically, the second calculation unit M2 calculates the roll-up estimated value B by the following formula 2.
B=b1+b2 (Formula 2)
In other words, since the degree of jet curl can change depending on the state of the jet itself and can also change depending on the in-cylinder environment, the jet term b1 and the in-cylinder environment term b2 are calculated separately, and these terms are added together to calculate the curl-up estimated value B.

噴流項b1は、
・噴流巻き上がりに対する噴流速度の寄与度を示す噴流速度寄与度b11と、
・噴流巻き上がりに対する噴流押し出しの寄与度を示す押出し寄与度b12と、
に基づいて、下記の式3により算出される。
b1=k2×b11+k3×b12 (式3)
噴流速度寄与度b11は、例えば図19(a)に示す関係に基づいて、燃圧Pfにより算出される。噴流速度寄与度b11は、燃圧Pfが高いほど、噴流速度が大きくなることから大きい値として算出される。
The jet term b1 is
A jet velocity contribution b11 indicating the contribution of the jet velocity to the jet roll-up;
- Extrusion contribution b12 indicating the contribution of the jet extrusion to the jet roll-up;
Based on this, it is calculated by the following formula 3.
b1=k2×b11+k3×b12 (Formula 3)
The jet velocity contribution ratio b11 is calculated from the fuel pressure Pf based on the relationship shown in Fig. 19A, for example. The jet velocity contribution ratio b11 is calculated to be a larger value as the fuel pressure Pf increases, because the jet velocity increases as the fuel pressure Pf increases.

押出し寄与度b12は、例えば図19(b)に示す関係に基づいて、噴射期間Tdにより算出される。押出し寄与度b12は、噴射期間Tdが長くなるほど、大きい値として算出される。 The pushing contribution b12 is calculated based on the injection period Td, for example, based on the relationship shown in FIG. 19(b). The pushing contribution b12 is calculated to be a larger value as the injection period Td becomes longer.

また、筒内環境項b2は、
・噴流巻き上がりに対する噴流移動距離の寄与度を示す移動距離寄与度b21と、
・噴流巻き上がりに対する筒内流動の寄与度を示す筒内流動寄与度b22と、
・噴流巻き上がりに対するピストン上昇速度の寄与度を示すピストンアップ寄与度b23と、
・噴流巻き上がりに対する燃料噴射時の筒内圧の寄与度を示す筒内圧寄与度b24と、
に基づいて、下記の式4により算出される。
b2=k4×b21+k5×b22+k6×b23+k7×b24 (式4)
燃焼室14内での噴流移動距離は、噴流がピストン上面及びシリンダ内壁を経て点火プラグ32の位置に到達するまでに要する距離であり、その噴流移動距離が短いほど噴流の勢いが強いため、均質度の寄与度が大きくなる。なお、噴流移動距離は、噴射開始時期SOIに応じて変わり、噴射開始時期SOIがTDCに近いほど(遅角側であるほど)、噴流移動距離が短くなる。移動距離寄与度b21は、例えば図20(a)に示す関係に基づいて、噴射開始時期SOIにより算出される。移動距離寄与度b21は、噴射開始時期SOIがTDCに近いほど(遅角側であるほど)、大きい値として算出される。
Moreover, the in-cylinder environment term b2 is expressed as follows:
A travel distance contribution b21 indicating the contribution of the jet travel distance to the jet roll-up;
- A degree of contribution of the in-cylinder flow to the jet roll-up b22;
Piston up contribution b23 indicating the contribution of the piston up speed to the jet roll-up;
- A degree of contribution of the in-cylinder pressure b24 indicating the degree of contribution of the in-cylinder pressure at the time of fuel injection to the jet roll-up;
Based on this, it is calculated by the following formula 4.
b2=k4×b21+k5×b22+k6×b23+k7×b24 (Formula 4)
The jet travel distance in the combustion chamber 14 is the distance required for the jet to travel through the upper surface of the piston and the inner wall of the cylinder to reach the position of the spark plug 32, and the shorter the jet travel distance, the stronger the momentum of the jet, and therefore the greater the contribution to homogeneity. The jet travel distance varies depending on the injection start timing SOI, and the closer the injection start timing SOI is to TDC (the more retarded the timing is), the shorter the jet travel distance. The travel distance contribution b21 is calculated from the injection start timing SOI, for example, based on the relationship shown in Figure 20(a). The closer the injection start timing SOI is to TDC (the more retarded the timing is), the greater the travel distance contribution b21 is calculated to be.

筒内流動寄与度b22は、例えば図20(b)に示す関係に基づいて、筒内流動の強弱に応じて算出される。筒内流動は、エンジン回転状態やエンジン負荷に応じて変動するものであり、例えばエンジン回転速度NE及び吸気量Qinに基づいて筒内流動の強弱の度合が判定される。この場合、エンジン回転速度NEが大きいほど、又は吸気量Qinが多いほど、強流動であると判定される。また、燃料噴射弁31が多孔構造である場合には、筒内流動が弱いほど均質度の寄与度が大きく、筒内流動が強いほど均質度の寄与度が小さくなると考えられる。これらを考慮し、筒内流動寄与度b22は、筒内流動が弱いほど大きい値として算出され、筒内流動が強いほど小さい値として算出される。 The in-cylinder flow contribution b22 is calculated according to the strength of the in-cylinder flow, for example, based on the relationship shown in FIG. 20(b). The in-cylinder flow varies according to the engine rotation state and engine load, and the degree of strength of the in-cylinder flow is determined, for example, based on the engine rotation speed NE and the intake air amount Qin. In this case, the stronger the flow, the higher the engine rotation speed NE or the greater the intake air amount Qin. In addition, if the fuel injection valve 31 has a porous structure, it is considered that the weaker the in-cylinder flow, the greater the contribution of the homogeneity, and the stronger the in-cylinder flow, the smaller the contribution of the homogeneity. Taking these factors into consideration, the in-cylinder flow contribution b22 is calculated to be a larger value the weaker the in-cylinder flow, and a smaller value the stronger the in-cylinder flow.

なお、燃料噴射弁31の噴孔が一つである場合、すなわち単孔である場合には、筒内流動の強弱に関係なく、筒内流動寄与度b22は一定値として算出される。 When the fuel injection valve 31 has one nozzle hole, i.e., a single hole, the in-cylinder flow contribution b22 is calculated as a constant value regardless of the strength of the in-cylinder flow.

圧縮行程においてピストン13が上昇移動する際には、ピストン上昇速度が大きいほど均質度の寄与度が大きくなる。また、エンジン回転速度NEが高いほど、ピストン上昇速度が大きくなる。これらを考慮し、ピストンアップ寄与度b23は、例えば図20(c)の関係に基づいて、エンジン回転速度NEにより算出される。ピストンアップ寄与度b23は、エンジン回転速度NEが高いほど、大きい値として算出される。 When the piston 13 moves upward during the compression stroke, the greater the piston rising speed, the greater the contribution of homogeneity. Also, the higher the engine speed NE, the greater the piston rising speed. Taking these factors into consideration, the piston up contribution b23 is calculated from the engine speed NE, for example, based on the relationship in FIG. 20(c). The higher the engine speed NE, the greater the piston up contribution b23 is calculated to be.

筒内圧寄与度b24は、例えば図20(d)の関係に基づいて、筒内圧Pcにより算出される。筒内圧寄与度b24は、筒内圧Pcが高いほど、噴流が移動可能な距離が短くなるため、小さい値として算出される。ここで用いる筒内圧Pcは、燃料噴射中における燃焼室14内の圧力であり、筒内圧センサ74により検出される。ただし、筒内圧センサ74を具備していない構成であれば、吸気量Pinや吸気温、吸気弁21の閉じタイミング等により筒内圧Pcが推定されるとよい。 The in-cylinder pressure contribution b24 is calculated from the in-cylinder pressure Pc, for example, based on the relationship in FIG. 20(d). The higher the in-cylinder pressure Pc, the shorter the distance the jet can travel, so the in-cylinder pressure contribution b24 is calculated as a smaller value. The in-cylinder pressure Pc used here is the pressure inside the combustion chamber 14 during fuel injection, and is detected by the in-cylinder pressure sensor 74. However, if the configuration does not include the in-cylinder pressure sensor 74, the in-cylinder pressure Pc can be estimated from the intake air volume Pin, the intake temperature, the closing timing of the intake valve 21, etc.

第3算出部M3は、下記の式5を用い、点火時期IG、噴射終了時期EOI、エンジン回転速度NEに基づいて混合時間推定値Cを算出する。
C=((IG[CA]-EOI[CA])×60[sec])/(NE[rpm]×360[CA]) (式5)
混合時間推定値Cは、噴射終了時期EOIが進角側であるほど、大きい値として算出される。なお、式5において、噴射終了時期EOIから点火時期IGまでの角度期間に代えて、噴射終了時期EOIからTDCまでの角度期間を用いて、混合時間推定値Cを算出することも可能である。
The third calculation unit M3 calculates a mixing time estimate C based on the ignition timing IG, the injection end timing EOI, and the engine speed NE, using the following equation 5.
C=((IG[CA]-EOI[CA])×60[sec])/(NE[rpm]×360[CA]) (Formula 5)
The more advanced the injection end timing EOI is, the larger the calculated mixing time estimate C. In addition, in Equation 5, it is also possible to calculate the mixing time estimate C by using the angle period from the injection end timing EOI to TDC instead of the angle period from the injection end timing EOI to the ignition timing IG.

ECU80は、上記のごとく算出される均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31の燃料噴射時期を制御する。この場合、ECU80は、燃料噴射弁31の燃料噴射制御の指令値として、均質度推定値Xが所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期を設定し、その燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁31による燃料噴射を行わせる。 The ECU 80 controls the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 based on the homogeneity estimation value X calculated as described above. In this case, the ECU 80 sets the fuel injection timing at which the homogeneity estimation value X becomes greater than a predetermined threshold as a command value for fuel injection control of the fuel injection valve 31, and causes the fuel injection valve 31 to inject fuel based on that fuel injection timing.

図21に示したフローチャートを用い、均質度推定値Xに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ECU80により所定周期で繰り返し実施される。 The fuel injection control based on the homogeneity estimation value X will be explained using the flowchart shown in FIG. 21. This process is repeatedly performed by the ECU 80 at a predetermined interval.

ステップS21では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度NEやエンジン負荷情報(要求トルク等)、燃圧Pf、筒内圧Pcを取得する。 In step S21, various information such as operating conditions and sensor detection signals are acquired. Specifically, the engine speed NE, engine load information (required torque, etc.), fuel pressure Pf, and in-cylinder pressure Pc are acquired.

ステップS22では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度NEや要求トルクに基づいて燃料噴射量Qfを決定する。ステップS23では、燃料噴射量Qfと燃圧Pfとに基づいて噴射期間Tdを決定する。 In step S22, the fuel injection amount Qf is determined based on the engine speed NE and the required torque using an injection amount map. In step S23, the injection period Td is determined based on the fuel injection amount Qf and the fuel pressure Pf.

ステップS24では、噴射開始時期SOIの設定が可能となるSOI設定範囲を決定する。このSOI設定範囲について、図22のタイムチャートを用いて説明する。図22では、噴射開始時期SOIについて進角限界(最進角時期)を下限噴射開始時期SOImin、遅角限界(最遅角時期)を上限噴射開始時期SOImaxとしており、そのSOImin~SOImaxのSOI設定範囲内で、燃料噴射弁31の噴射開始時期SOIが設定される。図22において「IVC」は吸気弁21の閉じタイミングである。 In step S24, the SOI setting range within which the injection start timing SOI can be set is determined. This SOI setting range is explained using the time chart in FIG. 22. In FIG. 22, the advance limit (most advanced timing) for the injection start timing SOI is set to the lower limit injection start timing SOImin, and the retard limit (most retarded timing) is set to the upper limit injection start timing SOImax, and the injection start timing SOI of the fuel injection valve 31 is set within the SOI setting range from SOImin to SOImax. In FIG. 22, "IVC" is the closing timing of the intake valve 21.

ここで、燃焼室14内へのガス燃料の充填効率は噴射開始時期SOIに応じて変動し、噴射開始時期SOIに対する充填効率が図23に示す関係となることが考えられる。この場合、図23の関係に基づいて、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側となる噴射開始時期SOIが下限噴射開始時期SOIminとして設定される。 Here, the efficiency of gas fuel filling the combustion chamber 14 varies depending on the injection start timing SOI, and it is considered that the filling efficiency with respect to the injection start timing SOI has the relationship shown in Figure 23. In this case, based on the relationship in Figure 23, the injection start timing SOI that is more advanced within the range in which the filling efficiency is equal to or greater than a predetermined value is set as the lower limit injection start timing SOImin.

また、図22では、噴射終了時期EOIの遅角限界(最遅角時期)を上限噴射終了時期EOImaxとしており、その上限噴射終了時期EOImaxと噴射期間Tdとに基づいて上限噴射開始時期SOImaxが設定される。上限噴射終了時期EOImaxは、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期であり、燃圧Pf及び筒内圧Pcにより算出されるとよい。ただし、上限噴射終了時期EOImaxは、固定値として定められていてもよい。 In addition, in FIG. 22, the retard limit (most retarded timing) of the injection end timing EOI is set to the upper limit injection end timing EOImax, and the upper limit injection start timing SOImax is set based on the upper limit injection end timing EOImax and the injection period Td. The upper limit injection end timing EOImax is the most retarded injection end timing determined from the limit at which injection is possible with respect to the increase in the in-cylinder pressure during the compression stroke, and may be calculated from the fuel pressure Pf and the in-cylinder pressure Pc. However, the upper limit injection end timing EOImax may be determined as a fixed value.

なお、噴射開始時期SOIの進角限界である下限噴射開始時期SOImin、遅角限界である上限噴射開始時期SOImaxの設定手法は上記手法に限られない。例えば、SOImin,SOImaxを、予め定めた固定値として設定することも可能である。 The method for setting the lower injection start timing SOImin, which is the advance limit of the injection start timing SOI, and the upper injection start timing SOImax, which is the retard limit, is not limited to the above method. For example, SOImin and SOImax can also be set to predetermined fixed values.

ステップS25では、SOI設定範囲(SOImin~SOImax)内において、複数の噴射開始時期SOIに対応する均質度推定値Xを算出する。すなわち、SOI設定範囲内において噴射開始時期SOIの複数(n個)の候補値をSOI候補値T1~Tnとして定め、それらSOI候補値T1~Tnごとに図17の算出手法により均質度推定値Xを算出する。SOI候補値T1~Tnの数は任意であるが、例えばSOI設定範囲(SOImin~SOImax)内で10[CA]刻みでSOI候補値T1~Tnが定められているとよい。 In step S25, homogeneity estimates X corresponding to multiple injection start timings SOI are calculated within the SOI setting range (SOImin to SOImax). That is, multiple (n) candidate values for the injection start timing SOI within the SOI setting range are defined as SOI candidate values T1 to Tn, and homogeneity estimates X are calculated for each of the SOI candidate values T1 to Tn using the calculation method of FIG. 17. The number of SOI candidate values T1 to Tn is arbitrary, but it is preferable that the SOI candidate values T1 to Tn are defined in increments of 10 [CA] within the SOI setting range (SOImin to SOImax), for example.

ステップS26では、ステップS25で算出した複数の均質度推定値X、すなわち複数のSOI候補値T1~Tnに対応する各均質度推定値Xについて目標値Xtg以上のものがあるか否かを判定する。目標値Xtgは、燃焼室14内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。 In step S26, it is determined whether any of the homogeneity estimation values X calculated in step S25, i.e., the homogeneity estimation values X corresponding to the SOI candidate values T1 to Tn, is equal to or greater than the target value Xtg. The target value Xtg is a threshold value for determining whether the mixture in the combustion chamber 14 is in a low homogeneity state.

均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていれば、ステップS27に進み、均質度推定値Xが目標値Xtg以上となるSOI候補値T1~Tnのうち最進角側の噴射開始時期SOIを、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定する。また、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていなければ、ステップS28に進み、各均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応する噴射開始時期SOIを、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定する。 If the homogeneity estimate X includes any value that is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S27, where the most advanced injection start timing SOI among the SOI candidate values T1 to Tn at which the homogeneity estimate X is equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the injection start timing SOI. If the homogeneity estimate X does not include any value that is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S28, where the injection start timing SOI corresponding to the largest homogeneity estimate X among the homogeneity estimate values X is set as the control command value for the injection start timing SOI.

図24(a),(b)を用いて、SOI候補値T1~Tnごとの複数の均質度推定値Xから噴射開始時期SOIを設定する処理を補足説明する。図24(a)では、SOI候補値T1~Tnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれている。この場合、目標値Xtg以上の均質度推定値Xに対応するSOI候補値T1~Tnのうち最進角側のSOI候補値T1(下限噴射開始時期SOImin)が、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定される。均質度推定値Xが目標値Xtg以上になる条件でかつ、最進角側で噴射開始時期SOIが設定されることにより、断熱圧縮での筒内圧上昇による熱効率の向上が可能となる。 Using Figures 24(a) and (b), a supplementary explanation is given of the process of setting the injection start timing SOI from multiple homogeneity estimate values X for each SOI candidate value T1 to Tn. In Figure 24(a), the homogeneity estimate values X for each SOI candidate value T1 to Tn include those that are equal to or greater than the target value Xtg. In this case, the most advanced SOI candidate value T1 (lower limit injection start timing SOImin) among the SOI candidate values T1 to Tn corresponding to the homogeneity estimate value X equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the injection start timing SOI. By setting the injection start timing SOI on the most advanced side under the condition that the homogeneity estimate value X is equal to or greater than the target value Xtg, it is possible to improve thermal efficiency by increasing the in-cylinder pressure during adiabatic compression.

また、図24(b)では、SOI候補値T1~Tnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Xが目標値Xtg未満となっている。この場合、各均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応するSOI候補値Txが、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定される。 In addition, in FIG. 24(b), the homogeneity estimation value X for each of the SOI candidate values T1 to Tn does not include any that is equal to or greater than the target value Xtg. In other words, all of the homogeneity estimation values X are less than the target value Xtg. In this case, the SOI candidate value Tx corresponding to the largest homogeneity estimation value X among the homogeneity estimation values X is set as the control command value for the injection start timing SOI.

ステップS29では、ステップS27,S28で設定した噴射開始時期SOIと、噴射期間Tdとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期EOIを決定する。 In step S29, the injection end timing EOI of the fuel injection control is determined based on the injection start timing SOI and the injection period Td set in steps S27 and S28.

その後、ステップS30~S35では、燃料噴射量の過不足が生じているか否かに応じた補正を適宜行いつつ燃料噴射を実施する。すなわち、燃料噴射弁31から実際に噴射された実噴射量が目標噴射量(燃料噴射量Qf)に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期SOI及び噴射終了時期EOIに基づいて燃料噴射弁31の燃料噴射を実施し(ステップS35)、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する(ステップS31~S35)。なお、ステップS30~S35の処理は、第1実施形態における図4のステップS15~S20と同様の処理であり、ここでは詳細な説明を割愛する。 Then, in steps S30 to S35, fuel injection is performed while making an appropriate correction according to whether or not there is an excess or deficiency in the fuel injection amount. That is, it is determined whether or not the actual injection amount actually injected from the fuel injection valve 31 matches the target injection amount (fuel injection amount Qf), and if the actual injection amount matches the target injection amount, fuel injection from the fuel injection valve 31 is performed based on the injection start timing SOI and injection end timing EOI determined as described above (step S35). If the actual injection amount does not match the target injection amount, fuel injection is performed after resetting the injection timing (steps S31 to S35). Note that the processing of steps S30 to S35 is the same as the processing of steps S15 to S20 in FIG. 4 in the first embodiment, and detailed explanations are omitted here.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 The present embodiment described above provides the following excellent effects:

燃焼室14内における混合気の均質度を均質度推定値Xとして算出し、その均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31の燃料噴射時期を制御するようにした。この場合、燃料噴射時期の制御により、燃料噴射弁31から燃焼室14内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室14内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。 The homogeneity of the mixture in the combustion chamber 14 is calculated as a homogeneity estimate value X, and the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is controlled based on the homogeneity estimate value X. In this case, by controlling the fuel injection timing, the degree of swirl of the gas fuel injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 14 when it swirls up from the top surface of the piston and the mixing time are appropriately changed, and the homogeneity in the combustion chamber 14 can be optimized. This allows the gas fuel to be burned appropriately in the gas engine.

燃料噴射弁31の燃料噴射制御の指令値として、均質度推定値Xが目標値Xtgよりも大きくなる噴射開始時期SOI(燃料噴射時期)を設定し、その噴射開始時期SOIに基づいて、燃料噴射弁31による燃料噴射を行わせるようにした。こうした燃料噴射制御により、燃焼室14内において所望とする均質度を実現することができる。 As a command value for fuel injection control of the fuel injection valve 31, the injection start time SOI (fuel injection time) at which the homogeneity estimate value X becomes greater than the target value Xtg is set, and fuel injection by the fuel injection valve 31 is performed based on the injection start time SOI. By such fuel injection control, the desired homogeneity can be achieved in the combustion chamber 14.

噴射開始時期SOIの候補値として複数のSOI候補値T1~Tnを定め、それらSOI候補値T1~Tnごとに均質度推定値Xを算出するとともに、それら各均質度推定値Xのうち目標値Xtgよりも大きい均質度推定値Xに対応するSOI候補値に基づいて、制御指令値としての噴射開始時期SOIを設定するようにした。この場合、噴射開始時期SOIを変更することで均質度に影響が及ぶことを加味しつつ、均質度向上を可能とする噴射開始時期SOIを適正に把握することができる。 A number of SOI candidate values T1 to Tn are set as candidate values for the injection start timing SOI, a homogeneity estimate value X is calculated for each of the SOI candidate values T1 to Tn, and the injection start timing SOI is set as a control command value based on the SOI candidate value corresponding to the homogeneity estimate value X that is greater than the target value Xtg among the homogeneity estimate values X. In this case, it is possible to properly grasp the injection start timing SOI that enables improvement in homogeneity while taking into account the effect that changing the injection start timing SOI has on the homogeneity.

噴射開始時期SOIの進角限界(SOImin)と遅角限界(SOImax)との間であるSOI設定範囲内で複数のSOI候補値T1~Tnを定め、それらSOI候補値T1~Tnごとに均質度推定値Xを算出するとともに、それら各均質度推定値Xのうち目標値Xtgよりも大きい均質度推定値Xに対応するSOI候補値であり、かつSOI設定範囲内で最も進角となるSOI候補値に基づいて、制御指令値としての噴射開始時期SOIを設定するようにした。この場合、均質度推定値Xを目標値Xtg以上とし、かつ最進角側となる噴射開始時期SOIが設定されることにより、断熱圧縮での筒内圧上昇による熱効率の向上を図ることができる。 A number of SOI candidate values T1 to Tn are determined within an SOI setting range between the advance limit (SOImin) and retard limit (SOImax) of the injection start timing SOI, and a homogeneity estimate value X is calculated for each of the SOI candidate values T1 to Tn. The injection start timing SOI is set as a control command value based on the SOI candidate value that corresponds to the homogeneity estimate value X that is greater than the target value Xtg and is the most advanced within the SOI setting range. In this case, the homogeneity estimate value X is set to be equal to or greater than the target value Xtg, and the injection start timing SOI is set to be the most advanced, thereby improving thermal efficiency by increasing the cylinder pressure during adiabatic compression.

SOI候補値T1~Tnごとに算出した均質度推定値Xが全て目標値Xtgよりも小さい場合に、それら均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応するSOI候補値に基づいて、制御指令値としての燃料噴射時期を設定するようにした。この場合、所望とする均質度レベルに達しない状況でも、その状況下で最良の均質度を実現できる。 When all of the homogeneity estimate values X calculated for the SOI candidate values T1 to Tn are smaller than the target value Xtg, the fuel injection timing is set as a control command value based on the SOI candidate value corresponding to the largest homogeneity estimate value X among those homogeneity estimate values X. In this case, even if the desired homogeneity level is not reached, the best homogeneity can be achieved under the circumstances.

ガスエンジンにおける混合気の均質度に寄与する主要要素には、燃料噴射弁31による燃料噴射直後のガス燃料のペネトレーション(貫徹力)である噴流ペネトレーションと、燃焼室14内においてピストン上面からガス燃料が巻き上がる際の噴流巻き上がりと、燃焼室14内でのガス燃料と空気との混合時間とが含まれると考えられる。また、これら各要素は、少なくとも燃料噴射弁31の燃料噴射時期(噴射開始時期SOI、噴射終了時期EOI)に応じて変動する。この点を考慮し、噴流ペネトレーション推定値Aと巻き上がり推定値Bと混合時間推定値Cとに基づいて均質度推定値Xを算出する構成とした。これにより、均質度推定値Xの算出を適正に行い、ひいては燃料噴射制御の適正化を図ることができる。 The main factors that contribute to the homogeneity of the mixture in a gas engine are considered to include the jet penetration, which is the penetration (penetration force) of the gas fuel immediately after fuel injection by the fuel injection valve 31, the jet roll-up when the gas fuel rolls up from the top surface of the piston in the combustion chamber 14, and the mixing time of the gas fuel and air in the combustion chamber 14. In addition, each of these factors varies depending on at least the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 (injection start timing SOI, injection end timing EOI). Taking this into consideration, the homogeneity estimate value X is calculated based on the jet penetration estimate value A, the roll-up estimate value B, and the mixing time estimate value C. This allows the homogeneity estimate value X to be calculated appropriately, and ultimately optimizes the fuel injection control.

燃焼室14内における混合気の均質度は、燃料噴射弁31の燃料噴射時期(噴射開始時期SOI、噴射終了時期EOI)や、燃圧Pf、エンジン回転速度NE、エンジン負荷(吸気量)、筒内圧Pcに応じて変動することが考えられる。この点、燃料噴射弁31の燃料噴射時期(噴射開始時期SOI、噴射終了時期EOI)、燃圧Pf、エンジン回転速度NE、エンジン負荷(吸気量)及び筒内圧Pcに基づいて均質度推定値Xを算出する構成にしたため、混合気の均質度を適正に把握することができる。 The homogeneity of the mixture in the combustion chamber 14 is considered to vary depending on the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 (injection start timing SOI, injection end timing EOI), the fuel pressure Pf, the engine speed NE, the engine load (intake amount), and the cylinder pressure Pc. In this regard, the homogeneity estimate value X is calculated based on the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 (injection start timing SOI, injection end timing EOI), the fuel pressure Pf, the engine speed NE, the engine load (intake amount), and the cylinder pressure Pc, so that the homogeneity of the mixture can be properly grasped.

(第5実施形態)
本実施形態では、均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31から噴射される燃料の圧力(燃圧)を制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Xの算出については第4実施形態の構成に準ずるものとしている。
Fifth Embodiment
In this embodiment, the pressure of the fuel injected from the fuel injection valve 31 (fuel pressure) is controlled based on the homogeneity estimation value X, and the details thereof will be described below. Note that the calculation of the homogeneity estimation value X is similar to the configuration of the fourth embodiment.

図25に示したフローチャートを用い、均質度推定値Xに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ECU80により所定周期で繰り返し実施される。 The fuel injection control based on the homogeneity estimation value X will be explained using the flowchart shown in FIG. 25. This process is repeatedly performed by the ECU 80 at a predetermined interval.

ステップS41では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度NEやエンジン負荷情報(要求トルク等)、燃圧Pf、筒内圧Pcを取得する。 In step S41, various information such as operating conditions and sensor detection signals are acquired. Specifically, the engine speed NE, engine load information (required torque, etc.), fuel pressure Pf, and in-cylinder pressure Pc are acquired.

ステップS42では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度NEや要求トルクに基づいて燃料噴射量Qfを決定する。ステップS43では、噴射開始時期SOIを決定する。この場合、例えば図23の関係に基づいて、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側となる噴射開始時期SOIを決定する。 In step S42, the fuel injection amount Qf is determined based on the engine speed NE and the required torque using an injection amount map. In step S43, the injection start timing SOI is determined. In this case, for example, based on the relationship in FIG. 23, the injection start timing SOI is determined to be more advanced within the range where the filling efficiency is equal to or greater than a predetermined value.

ステップS44では、所定の下限燃圧Pminから上限燃圧Pmaxまでの燃圧設定範囲内において複数の燃圧Pfに対応する噴射終了時期EOIを算出する。すなわち、燃圧設定範囲内において燃圧Pfの複数(n個)の候補値を燃圧候補値P1~Pnとして定め、それら燃圧候補値P1~Pnごとに噴射終了時期EOIを算出する。例えば、下限燃圧Pminは1.0[MPa]、上限燃圧Pmaxは3.0[MPa]である。燃圧候補値P1~Pnの数は任意であるが、例えば燃圧設定範囲(Pmin~Pmax)内で0.1~0.5[MPa]刻みで燃圧候補値P1~Pnが定められているとよい。噴射終了時期EOIは、燃圧Pfが高いほど進角側の値として算出される。 In step S44, the injection end timing EOI corresponding to multiple fuel pressures Pf within the fuel pressure setting range from a predetermined lower limit fuel pressure Pmin to an upper limit fuel pressure Pmax is calculated. That is, multiple (n) candidate values of the fuel pressure Pf within the fuel pressure setting range are set as fuel pressure candidate values P1 to Pn, and the injection end timing EOI is calculated for each of the fuel pressure candidate values P1 to Pn. For example, the lower limit fuel pressure Pmin is 1.0 [MPa], and the upper limit fuel pressure Pmax is 3.0 [MPa]. The number of fuel pressure candidate values P1 to Pn is arbitrary, but it is preferable that the fuel pressure candidate values P1 to Pn are set in increments of 0.1 to 0.5 [MPa] within the fuel pressure setting range (Pmin to Pmax). The injection end timing EOI is calculated as a value on the more advanced side as the fuel pressure Pf is higher.

なお、燃圧設定範囲内の燃圧候補値P1~Pnごとに、噴射終了時期EOIの遅角限界(最遅角時期)である上限噴射終了時期EOImaxを決定し、その上限噴射終了時期EOImaxよりも進角側となるようにして噴射終了時期EOIが算出されるとよい。上限噴射終了時期EOImaxは、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期EOIであり、燃圧Pfが高いほど遅角側に設定されるとよい。上限噴射終了時期EOImaxを燃圧Pfと筒内圧Pcとにより決定することも可能である。 For each fuel pressure candidate value P1 to Pn within the fuel pressure setting range, an upper limit injection end timing EOImax, which is the retard limit (most retarded timing) of the injection end timing EOI, is determined, and the injection end timing EOI is calculated so that it is more advanced than the upper limit injection end timing EOImax. The upper limit injection end timing EOImax is the most retarded injection end timing EOI determined from the limit at which injection is possible in response to the rise in in-cylinder pressure during the compression stroke, and is preferably set to the more retarded side the higher the fuel pressure Pf. The upper limit injection end timing EOImax can also be determined based on the fuel pressure Pf and the in-cylinder pressure Pc.

ステップS45では、燃圧設定範囲(Pmin~Pmax)内において、燃圧候補値P1~Pnごとに図17の算出手法により均質度推定値Xを算出する。このとき、燃圧候補値P1~Pnごとに、ステップS43,S44で算出した噴射開始時期SOIと噴射終了時期EOIとを用いて均質度推定値Xを算出する。 In step S45, within the fuel pressure setting range (Pmin to Pmax), the homogeneity estimation value X is calculated for each fuel pressure candidate value P1 to Pn using the calculation method in FIG. 17. At this time, for each fuel pressure candidate value P1 to Pn, the homogeneity estimation value X is calculated using the injection start timing SOI and injection end timing EOI calculated in steps S43 and S44.

ステップS46では、ステップS45で算出した複数の均質度推定値X、すなわち複数の燃圧候補値P1~Pnに対応する各均質度推定値Xについて目標値Xtg以上のものがあるか否かを判定する。目標値Xtgは、燃焼室14内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。 In step S46, it is determined whether any of the homogeneity estimation values X calculated in step S45, i.e., the homogeneity estimation values X corresponding to the multiple fuel pressure candidate values P1 to Pn, is equal to or greater than the target value Xtg. The target value Xtg is a threshold value for determining whether the mixture in the combustion chamber 14 is in a low homogeneity state.

均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていれば、ステップS47に進み、均質度推定値Xが目標値Xtg以上となる燃圧候補値P1~Pnのうち最も低い燃圧Pfを、燃圧Pfの制御指令値として設定する。また、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていなければ、ステップS48に進み、各均質度推定値Xのうち最大の均質度推定値Xに対応する燃圧Pfを、燃圧Pfの制御指令値として設定する。 If the homogeneity estimation value X includes any value that is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S47, where the lowest fuel pressure Pf among the fuel pressure candidate values P1 to Pn at which the homogeneity estimation value X is equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the fuel pressure Pf. If the homogeneity estimation value X does not include any value that is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S48, where the fuel pressure Pf corresponding to the maximum homogeneity estimation value X among the homogeneity estimation values X is set as the control command value for the fuel pressure Pf.

図26(a),(b)を用いて、燃圧候補値P1~Pnごとの複数の均質度推定値Xから燃圧Pfを設定する処理を補足説明する。図26(a)では、燃圧候補値P1~Pnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれている。この場合、目標値Xtg以上の均質度推定値Xに対応する燃圧候補値P1~Pnのうち最も低い燃圧候補値P3が、燃圧Pfの制御指令値として設定される。均質度推定値Xが目標値Xtg以上になる条件でかつ、最も低圧の燃圧Pfが設定されることにより、省エネを図りつつ均質度の向上が可能となる。 Using Figures 26(a) and (b), a supplementary explanation is given of the process of setting the fuel pressure Pf from multiple homogeneity estimation values X for each fuel pressure candidate value P1 to Pn. In Figure 26(a), the homogeneity estimation value X for each fuel pressure candidate value P1 to Pn includes values that are equal to or greater than the target value Xtg. In this case, the lowest fuel pressure candidate value P3 among the fuel pressure candidate values P1 to Pn that correspond to the homogeneity estimation value X equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the fuel pressure Pf. By setting the lowest fuel pressure Pf under the condition that the homogeneity estimation value X is equal to or greater than the target value Xtg, it is possible to improve homogeneity while saving energy.

また、図26(b)では、燃圧候補値P1~Pnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Xが目標値Xtg未満となっている。この場合、均質度推定値Xが最大となる燃圧候補値Pxが、燃圧Pfの制御指令値として設定される。 In addition, in FIG. 26(b), the homogeneity estimation value X for each of the fuel pressure candidate values P1 to Pn does not include any value that is equal to or greater than the target value Xtg. In other words, all of the homogeneity estimation values X are less than the target value Xtg. In this case, the fuel pressure candidate value Px that maximizes the homogeneity estimation value X is set as the control command value for the fuel pressure Pf.

ステップS49では、ステップS42で決定した燃料噴射量Qfと、ステップS43で決定した噴射開始時期SOIと、ステップS47,S48で設定した燃圧Pfとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期EOIを決定する。 In step S49, the injection end timing EOI of the fuel injection control is determined based on the fuel injection amount Qf determined in step S42, the injection start timing SOI determined in step S43, and the fuel pressure Pf set in steps S47 and S48.

その後、ステップS30~S35では、図21で説明したとおり、燃料噴射弁31の実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期SOI及び噴射終了時期EOIに基づいて燃料噴射弁31の燃料噴射を実施し(ステップS35)、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する(ステップS31~S35)。 Then, in steps S30 to S35, as explained in FIG. 21, it is determined whether the actual injection amount of the fuel injection valve 31 matches the target injection amount. If the actual injection amount matches the target injection amount, fuel injection from the fuel injection valve 31 is performed based on the injection start timing SOI and injection end timing EOI determined as described above (step S35). If the actual injection amount does not match the target injection amount, fuel injection is performed after resetting the injection timing (steps S31 to S35).

本実施形態では、複数の燃圧候補値P1~Pnを定め、それら燃圧候補値P1~Pnごとに均質度推定値Xを算出するとともに、それら各均質度推定値Xのうち目標値Xtgよりも大きくなる均質度推定値Xに対応する燃圧候補値に基づいて、制御指令値としての燃圧Pfを設定するようにした。これにより、均質性確保を図る上で適正な燃圧Pfを用いて燃料噴射制御を実施することができる。 In this embodiment, multiple fuel pressure candidate values P1 to Pn are determined, a homogeneity estimate value X is calculated for each of the fuel pressure candidate values P1 to Pn, and the fuel pressure Pf is set as a control command value based on the fuel pressure candidate value corresponding to the homogeneity estimate value X that is greater than the target value Xtg. This makes it possible to perform fuel injection control using an appropriate fuel pressure Pf to ensure homogeneity.

燃圧候補値P1~Pnごとに算出した均質度推定値Xが全て目標値Xtgよりも小さい場合に、それら均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応する燃圧候補値に基づいて、制御指令値としての燃圧Pfを設定するようにした。この場合、所望とする均質度レベルに達しない状況でも、その状況下で最良の均質度を実現できる。 When all of the homogeneity estimation values X calculated for each of the fuel pressure candidate values P1 to Pn are smaller than the target value Xtg, the fuel pressure Pf is set as the control command value based on the fuel pressure candidate value corresponding to the largest homogeneity estimation value X among those homogeneity estimation values X. In this case, even if the desired homogeneity level is not reached, the best homogeneity can be achieved under the circumstances.

(第6実施形態)
本実施形態では、均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31の燃料噴射時期と燃圧とを制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Xの算出については第4実施形態の構成に準ずるものとしている。
Sixth Embodiment
In this embodiment, the fuel injection timing and fuel pressure of the fuel injection valve 31 are controlled based on the homogeneity estimation value X. The details of this control will be described below. Note that the calculation of the homogeneity estimation value X is similar to the configuration of the fourth embodiment.

図27に示したフローチャートを用い、均質度推定値Xに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ECU80により所定周期で繰り返し実施される。 The fuel injection control based on the homogeneity estimation value X will be explained using the flowchart shown in FIG. 27. This process is repeatedly performed by the ECU 80 at a predetermined interval.

ステップS51では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度NEやエンジン負荷情報(要求トルク等)、燃圧Pf、筒内圧Pcを取得する。 In step S51, various information such as operating conditions and sensor detection signals are acquired. Specifically, the engine speed NE, engine load information (required torque, etc.), fuel pressure Pf, and in-cylinder pressure Pc are acquired.

ステップS52では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度NEや要求トルクに基づいて燃料噴射量Qfを決定する。ステップS53では、燃圧Pfを、本システムにおける下限燃圧Pmin(例えば1.0MPa)に設定する。 In step S52, the fuel injection amount Qf is determined based on the engine speed NE and the required torque using an injection amount map. In step S53, the fuel pressure Pf is set to the lower limit fuel pressure Pmin (e.g., 1.0 MPa) in this system.

ステップS54では、噴射開始時期SOIの設定が可能となるSOI設定範囲を決定する。このSOI設定範囲は、先に説明した図22に示すとおり、噴射開始時期SOIの進角限界(最進角時期)である下限噴射開始時期SOIminから、噴射開始時期SOIの遅角限界(最遅角時期)である上限噴射開始時期SOImaxまでの範囲で設定される。 In step S54, the SOI setting range within which the injection start timing SOI can be set is determined. As shown in FIG. 22 described above, this SOI setting range is set in the range from the lower limit injection start timing SOImin, which is the advance limit (most advanced timing) of the injection start timing SOI, to the upper limit injection start timing SOImax, which is the retard limit (most retarded timing) of the injection start timing SOI.

ステップS55では、SOI設定範囲(SOImin~SOImax)内において、複数の噴射開始時期SOIに対応する均質度推定値Xを算出する。すなわち、SOI設定範囲内において噴射開始時期SOIの複数(n個)の候補値をSOI候補値T1~Tnとして定め、それらSOI候補値T1~Tnごとに図17の算出手法により均質度推定値Xを算出する。SOI候補値T1~Tnの数は任意であるが、例えばSOI設定範囲(SOImin~SOImax)内で10[CA]刻みでSOI候補値T1~Tnが定められているとよい。 In step S55, homogeneity estimates X corresponding to multiple injection start timings SOI are calculated within the SOI setting range (SOImin to SOImax). That is, multiple (n) candidate values for the injection start timing SOI within the SOI setting range are defined as SOI candidate values T1 to Tn, and homogeneity estimates X are calculated for each of the SOI candidate values T1 to Tn using the calculation method of FIG. 17. The number of SOI candidate values T1 to Tn is arbitrary, but it is preferable that the SOI candidate values T1 to Tn are defined in increments of 10 [CA] within the SOI setting range (SOImin to SOImax), for example.

ステップS56では、ステップS55で算出した複数の均質度推定値X、すなわち複数のSOI候補値T1~Tnに対応する各均質度推定値Xについて目標値Xtg以上のものがあるか否かを判定する。目標値Xtgは、燃焼室14内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。 In step S56, it is determined whether any of the homogeneity estimation values X calculated in step S55, i.e., the homogeneity estimation values X corresponding to the SOI candidate values T1 to Tn, is equal to or greater than the target value Xtg. The target value Xtg is a threshold value for determining whether the mixture in the combustion chamber 14 is in a low homogeneity state.

均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていれば、ステップS57に進み、均質度推定値Xが目標値Xtg以上となるSOI候補値T1~Tnのうち最進角側の噴射開始時期SOIを、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定する。また、今回の均質度推定値Xの算出に用いた燃圧Pfを、燃圧Pfの制御指令値として設定する。 If any of the homogeneity estimates X is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S57, where the most advanced injection start timing SOI among the SOI candidate values T1 to Tn at which the homogeneity estimate X is equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the injection start timing SOI. In addition, the fuel pressure Pf used in calculating the current homogeneity estimate X is set as the control command value for the fuel pressure Pf.

また、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていなければ、ステップS58に進み、今回、均質度推定値Xの算出に用いた燃圧Pfが上限燃圧Pmax(例えば3.0MPa)であるか否かを判定する。そして、Pf<Pmaxであれば、ステップS59に進み、燃圧Pfを所定値だけ増加させる。 If the homogeneity estimation value X does not include any value that is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S58, where it is determined whether the fuel pressure Pf used to calculate the homogeneity estimation value X this time is the upper limit fuel pressure Pmax (e.g., 3.0 MPa). If Pf<Pmax, the process proceeds to step S59, where the fuel pressure Pf is increased by a predetermined value.

その後、ステップS55に戻り、増加側に変更した燃圧Pfを用い、SOI設定範囲(SOImin~SOImax)内において複数のSOI候補値T1~Tnごとに均質度推定値Xを算出するとともに、それら各均質度推定値Xについて目標値Xtg以上のものがあるか否かを判定する(ステップS55,S56)。そして、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていれば、ステップS57に進む一方、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていなければ、ステップS58に進む。ステップS58~S60によれば、Pf=Pmaxになるまで、燃圧Pfが所定値ずつ増加される。 Then, returning to step S55, the fuel pressure Pf changed to the increasing side is used to calculate homogeneity estimates X for multiple SOI candidate values T1 to Tn within the SOI setting range (SOImin to SOImax), and it is determined whether any of the homogeneity estimates X is equal to or greater than the target value Xtg (steps S55 and S56). If any of the homogeneity estimates X is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S57, whereas if no of the homogeneity estimates X is equal to or greater than the target value Xtg, the process proceeds to step S58. According to steps S58 to S60, the fuel pressure Pf is increased by a predetermined value until Pf=Pmax.

Pf=Pmaxになると、ステップS60に進み、上限燃圧Pmaxを用いて算出した各均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応する噴射開始時期SOIを、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定する。また、上限燃圧Pmaxを、燃圧Pfの制御指令値として設定する。 When Pf=Pmax, the process proceeds to step S60, where the injection start timing SOI corresponding to the largest homogeneity estimation value X among the homogeneity estimation values X calculated using the upper fuel pressure limit Pmax is set as the control command value for the injection start timing SOI. In addition, the upper fuel pressure limit Pmax is set as the control command value for the fuel pressure Pf.

図28(a)~(c)を用いて、ステップS55~S60にて行われる噴射開始時期SOIの設定処理を補足説明する。図28(a)では、SOI候補値T1~Tnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれている。この場合、目標値Xtg以上の均質度推定値Xに対応するSOI候補値T1~Tnのうち最進角側のSOI候補値T1(下限噴射開始時期SOImin)が、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定される。 The process of setting the injection start timing SOI performed in steps S55 to S60 will be further explained using Figures 28(a) to (c). In Figure 28(a), the homogeneity estimate value X for each SOI candidate value T1 to Tn includes values that are equal to or greater than the target value Xtg. In this case, the most advanced SOI candidate value T1 (lower limit injection start timing SOImin) among the SOI candidate values T1 to Tn corresponding to the homogeneity estimate value X equal to or greater than the target value Xtg is set as the control command value for the injection start timing SOI.

また、図28(b)では、SOI候補値T1~Tnごとの均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Xが目標値Xtg未満となっている。この場合、Pf<Pmaxとなる燃圧範囲内で燃圧Pfが所定値ずつ増加させられながら、SOI設定範囲内における複数のSOI候補値T1~Tnごとに均質度推定値Xが算出されるとともに、それら各均質度推定値Xと目標値Xtgとが大小判定される。燃圧Pfの増加により、均質度推定値Xが大きくなる。その結果、図28(c)に示ように、均質度推定値Xとして目標値Xtg以上となるものが含まれることになると、その均質度推定値X(Xtg以上の均質度推定値X)に対応するSOI候補値Txが、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定される。 In addition, in FIG. 28(b), the homogeneity estimation value X for each SOI candidate value T1 to Tn does not include any homogeneity estimation value X that is equal to or greater than the target value Xtg. In other words, all homogeneity estimation values X are less than the target value Xtg. In this case, the fuel pressure Pf is increased by a predetermined value within the fuel pressure range where Pf<Pmax, and the homogeneity estimation value X is calculated for each of the SOI candidate values T1 to Tn within the SOI setting range, and the homogeneity estimation value X and the target value Xtg are compared. The homogeneity estimation value X increases with an increase in the fuel pressure Pf. As a result, as shown in FIG. 28(c), when the homogeneity estimation value X includes any that is equal to or greater than the target value Xtg, the SOI candidate value Tx corresponding to that homogeneity estimation value X (the homogeneity estimation value X that is equal to or greater than Xtg) is set as the control command value for the injection start timing SOI.

その後、ステップS61では、ステップS57,S60で設定した噴射開始時期SOIと、燃料噴射量Qf及び燃圧Pfから算出した噴射期間Tdとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期EOIを決定する。 Then, in step S61, the injection end timing EOI of the fuel injection control is determined based on the injection start timing SOI set in steps S57 and S60 and the injection period Td calculated from the fuel injection amount Qf and the fuel pressure Pf.

その後、ステップS30~S35では、燃料噴射弁31の実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期SOI及び噴射終了時期EOIに基づいて燃料噴射弁31の燃料噴射を実施し(ステップS35)、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する(ステップS31~S35)。なお、ステップS30~S35の処理は、第1実施形態における図4のステップS15~S20と同様の処理であり、ここでは詳細な説明を割愛する。 Then, in steps S30 to S35, it is determined whether the actual injection amount of the fuel injection valve 31 matches the target injection amount. If the actual injection amount matches the target injection amount, the fuel injection valve 31 injects fuel based on the injection start timing SOI and injection end timing EOI determined as described above (step S35). If the actual injection amount does not match the target injection amount, the injection timing is reset and then fuel injection is performed (steps S31 to S35). Note that the processing of steps S30 to S35 is the same as the processing of steps S15 to S20 in FIG. 4 in the first embodiment, and detailed description will be omitted here.

本実施形態では、SOI候補値T1~Tnごとに算出した均質度推定値Xが全て目標値Xtgよりも小さい場合に、燃圧Pfを高い値に変えて再び均質度推定値Xを算出し、均質度推定値Xが目標値Xtgよりも大きくなる燃料噴射時期と燃圧Pfとを、制御指令値として設定するようにした。この場合、噴射開始時期SOIの調整だけでは所望の均質度レベルを実現できない状況でも、燃圧Pfの調整を付加的に行うことにより、所望の均質度レベルを実現することができる。 In this embodiment, if the homogeneity estimate value X calculated for each SOI candidate value T1 to Tn is all smaller than the target value Xtg, the fuel pressure Pf is increased and the homogeneity estimate value X is calculated again, and the fuel injection timing and fuel pressure Pf at which the homogeneity estimate value X is greater than the target value Xtg are set as the control command values. In this case, even in a situation where the desired homogeneity level cannot be achieved by adjusting the injection start timing SOI alone, the desired homogeneity level can be achieved by additionally adjusting the fuel pressure Pf.

(第7実施形態)
本実施形態では、燃焼室14内が、混合気の均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁31の燃料噴射時期の制御を実施することとしている。
Seventh Embodiment
In this embodiment, a determination is made as to whether the interior of the combustion chamber 14 will enter a predetermined low-homogeneity state in which the homogeneity of the mixture decreases, and if it is determined that the low-homogeneity state will occur, control is performed on the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 in order to increase the homogeneity of the mixture.

また、混合気の均質度が低下する要因としては、燃焼室14内におけるガス燃料の巻き上がりが不足することと、ガス燃料の噴射後における混合時間が不足することとが考えられ、これら要因のうち巻き上がり不足は、例えば噴射開始時期SOIが早すぎることに起因して生じるのに対し、混合時間の不足は、例えば噴射開始時期SOIが遅すぎることに起因して生じる。つまり、上記2つの要因は互いにトレードオフの関係にあると言える。そこで本実施形態では、低均質状態となる場合の要因に基づいて、燃料噴射時期の制御を行うこととしている。 Factors that may reduce the homogeneity of the mixture include insufficient swirling of the gas fuel in the combustion chamber 14 and insufficient mixing time after the injection of the gas fuel. Of these factors, insufficient swirling is caused, for example, by the injection start time SOI being too early, whereas insufficient mixing time is caused, for example, by the injection start time SOI being too late. In other words, the above two factors are in a trade-off relationship. Therefore, in this embodiment, the fuel injection timing is controlled based on the factors that cause the low homogeneity state.

図29に示したフローチャートを用い、均質度推定値Xに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ECU80により所定周期で繰り返し実施される。 The fuel injection control based on the homogeneity estimation value X will be explained using the flowchart shown in FIG. 29. This process is repeatedly performed by the ECU 80 at a predetermined interval.

ステップS71では、予め定めたマップやテーブル等を用い、燃料噴射量Qf、噴射期間Td、噴射開始時期SOI、噴射終了時期EOIを決定する。続くステップS72では、図17の算出手法により均質度推定値Xを算出する。このとき、噴流ペネトレーション推定値Aと巻き上がり推定値Bと混合時間推定値Cとの加算により均質度推定値Xが算出される。 In step S71, a predetermined map or table is used to determine the fuel injection amount Qf, the injection period Td, the injection start timing SOI, and the injection end timing EOI. In the following step S72, the homogeneity estimate value X is calculated using the calculation method of FIG. 17. At this time, the homogeneity estimate value X is calculated by adding the jet penetration estimate value A, the roll-up estimate value B, and the mixing time estimate value C.

ステップS73では、均質度推定値Xが所定の閾値Th1よりも低くなる低均質状態であるか否かを判定する。均質度推定値Xが閾値Th1よりも高く、低均質状態でなければ、ステップS77に進み、ステップS71で算出した噴射条件に基づいて燃料噴射弁31による燃料噴射を実施する。 In step S73, it is determined whether the homogeneity estimation value X is lower than a predetermined threshold value Th1, indicating a low homogeneity state. If the homogeneity estimation value X is higher than the threshold value Th1 and the homogeneity state is not low, the process proceeds to step S77, where fuel injection is performed by the fuel injection valve 31 based on the injection conditions calculated in step S71.

また、低均質状態であれば、ステップS74に進み、その均質度低下の要因が、燃料噴射弁31から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの不足に起因する第1要因であるか、燃料噴射弁31からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間の不足に起因する第2要因であるかを判定する。具体的には、巻き上がり推定値Bが所定の閾値Th2よりも小さいか否かを判定し、巻き上がり推定値Bが閾値Th2よりも小さければ、巻き上がりの不足に起因する第1要因であるとし、巻き上がり推定値Bが閾値Th2よりも小さくなければ、混合時間の不足に起因する第2要因であるとする。 If the state is low homogeneity, the process proceeds to step S74, where it is determined whether the cause of the decrease in homogeneity is a first cause caused by insufficient rolling up of the gas fuel injected from the fuel injection valve 31 when it rolls up from the top surface of the piston, or a second cause caused by insufficient mixing time for mixture formation after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve 31. Specifically, it is determined whether the roll-up estimated value B is smaller than a predetermined threshold value Th2, and if the roll-up estimated value B is smaller than the threshold value Th2, it is determined that the first cause is caused by insufficient rolling up, and if the roll-up estimated value B is not smaller than the threshold value Th2, it is determined that the second cause is caused by insufficient mixing time.

なお、ステップS74において、巻き上がり推定値Bが閾値Th2よりも小さいか否かを判定する処理に代えて、混合時間推定値Cが閾値Th3よりも小さいか否かを判定する処理を実施することも可能である。この場合、混合時間推定値Cが閾値Th3よりも小さければ、均質度低下の要因が第2要因であるとし、混合時間推定値Cが閾値Th3よりも小さくなければ、均質度低下の要因が第1要因であるとするとよい。 In step S74, instead of the process of determining whether the roll-up estimated value B is smaller than the threshold value Th2, it is also possible to perform a process of determining whether the mixing time estimated value C is smaller than the threshold value Th3. In this case, if the mixing time estimated value C is smaller than the threshold value Th3, it is determined that the cause of the decrease in homogeneity is the second cause, and if the mixing time estimated value C is not smaller than the threshold value Th3, it is determined that the cause of the decrease in homogeneity is the first cause.

均質度低下の要因が第1要因であると判定された場合、ステップS75に進み、燃料噴射時期の遅角化を実施すべく、噴射開始時期SOIと噴射終了時期EOIとをそれぞれ所定値だけ遅角側にシフトさせる。また、均質度低下の要因が第2要因であると判定された場合、ステップS76に進み、燃料噴射時期の進角化を実施すべく、噴射開始時期SOIと噴射終了時期EOIとをそれぞれ所定値だけ進角側にシフトさせる。これにより、混合気の均質度が高められる。 If it is determined that the cause of the decrease in homogeneity is the first cause, the process proceeds to step S75, where the injection start time SOI and the injection end time EOI are each shifted to the retard side by a predetermined value in order to retard the fuel injection timing. If it is determined that the cause of the decrease in homogeneity is the second cause, the process proceeds to step S76, where the injection start time SOI and the injection end time EOI are each shifted to the advance side by a predetermined value in order to advance the fuel injection timing. This increases the homogeneity of the mixture.

その後、ステップS77では、ステップS71,S75,S76で算出した噴射条件に基づいて燃料噴射弁31による燃料噴射を実施する。 Then, in step S77, fuel injection is performed by the fuel injection valve 31 based on the injection conditions calculated in steps S71, S75, and S76.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 The present embodiment described above provides the following excellent effects:

燃焼室14内が所定の低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁31の燃料噴射時期の制御を実施するようにした。この場合、燃料噴射弁31の燃料噴射時期の制御によれば、燃料噴射弁31から燃焼室14内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間を調整することができ、ひいては混合気の均質度を高めることができる。 When it is determined that the inside of the combustion chamber 14 is in a predetermined low homogeneity state, the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is controlled to increase the homogeneity of the mixture. In this case, by controlling the fuel injection timing of the fuel injection valve 31, the degree of swirl of the gas fuel injected from the fuel injection valve 31 into the combustion chamber 14 when it swirls up from the top surface of the piston and the mixing time can be adjusted, and thus the homogeneity of the mixture can be increased.

混合気の均質度低下の要因が第1要因(ガス燃料の巻き上がり不足に起因する要因)であれば、燃料噴射弁31の燃料噴射時期の遅角化を実施し、第2要因(ガス燃料の混合時間の不足に起因する要因)であれば、燃料噴射弁31の燃料噴射時期の進角化を実施するようにした。これにより、均質度低下の要因を考慮しつつ、均質度向上の制御を適正に実施することができる。 If the cause of the decrease in homogeneity of the mixture is the first cause (a cause due to insufficient gas fuel swirl), the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is retarded, and if the cause is the second cause (a cause due to insufficient gas fuel mixing time), the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is advanced. This makes it possible to appropriately control the improvement of homogeneity while taking into account the cause of the decrease in homogeneity.

燃料噴射弁31の燃料噴射時期(噴射開始時期SOI、噴射終了時期EOI)をパラメータとして用いて、巻き上がり推定値Bと混合時間推定値Cとを算出するとともに、それら各推定値B,Cに基づいて均質度推定値Xを算出する構成において、巻き上がり推定値B又は混合時間推定値Cに基づいて、均質度低下の要因が第1要因であるか第2要因であるかを判定するようにした。これにより、混合気の均質度低下の要因が第1要因か第2要因かを適正に把握し、ひいては燃料噴射時期の遅角又は進角を適正に実施することができる。 The fuel injection timing of the fuel injection valve 31 (injection start timing SOI, injection end timing EOI) is used as a parameter to calculate the wind-up estimate B and the mixing time estimate C, and the homogeneity estimate X is calculated based on these estimates B and C. In this configuration, it is determined whether the cause of the decrease in homogeneity is the first cause or the second cause based on the wind-up estimate B or the mixing time estimate C. This makes it possible to properly determine whether the cause of the decrease in homogeneity of the mixture is the first cause or the second cause, and thus to properly retard or advance the fuel injection timing.

(第4実施形態~第7実施形態の変形例)
・均質度推定値Xの算出手法を、図17の手法から変更することが可能である。例えば、上記実施形態では、燃圧Pf、燃料噴射量Qf及び噴射開始時期SOIをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Aを算出する構成としたが、これに代えて、燃圧Pf及び噴射開始時期SOIをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Aを算出する構成にしてもよい。
(Modifications of the fourth to seventh embodiments)
The method of calculating the homogeneity estimation value X can be changed from the method shown in Fig. 17. For example, in the above embodiment, the jet penetration estimation value A is calculated using the fuel pressure Pf, the fuel injection amount Qf, and the injection start timing SOI as parameters, but instead, the jet penetration estimation value A may be calculated using the fuel pressure Pf and the injection start timing SOI as parameters.

上記実施形態では、燃圧Pf、噴射期間Td、噴射開始時期SOI、筒内流動、エンジン回転速度NE、筒内圧Pcをパラメータとして巻き上がり推定値Bを算出する構成としたが(図19(a),(b)、図20(a)~(d))、これらのパラメータのうち少なくとも燃圧Pf、噴射期間Td、噴射開始時期SOI、及び筒内流動をパラメータとして巻き上がり推定値Bを算出する構成としてもよい(図19(a),(b)、図20(a),(b))。 In the above embodiment, the estimated wind-up value B is calculated using the parameters fuel pressure Pf, injection period Td, injection start timing SOI, in-cylinder flow, engine speed NE, and in-cylinder pressure Pc (Figures 19(a) and (b), and 20(a) to (d)). However, the estimated wind-up value B may be calculated using at least the parameters fuel pressure Pf, injection period Td, injection start timing SOI, and in-cylinder flow (Figures 19(a) and (b), and 20(a) and (b)).

上記実施形態では、噴射終了時期EOIから点火時期IGまでの角度期間(又は噴射終了時期EOIからTDCまでの角度期間)、及びエンジン回転速度NEに基づいて混合時間推定値Cを算出する構成としたが、これらのパラメータのうち少なくとも噴射終了時期EOIとエンジン回転速度NEをパラメータとして混合時間推定値Cを算出する構成としてもよい。 In the above embodiment, the mixing time estimate C is calculated based on the angle period from the injection end time EOI to the ignition time IG (or the angle period from the injection end time EOI to the TDC) and the engine speed NE, but the mixing time estimate C may be calculated using at least the injection end time EOI and the engine speed NE as parameters.

均質度推定値Xを、燃料噴射弁31の燃料噴射時期(SOI、EOI)と燃圧Pfとエンジン回転速度NEとエンジン負荷(Pin)との少なくとも1つを用いて算出することも可能である。 The homogeneity estimate X can also be calculated using at least one of the fuel injection timing (SOI, EOI) of the fuel injection valve 31, the fuel pressure Pf, the engine speed NE, and the engine load (Pin).

また、噴流ペネトレーション推定値A、巻き上がり推定値B及び混合時間推定値Cの加算により均質度推定値Xを算出する構成に代えて、巻き上がり推定値B及び混合時間推定値Cの加算により均質度推定値Xを算出する構成にしてもよい。噴流ペネトレーション推定値A、巻き上がり推定値B及び混合時間推定値Cのうち少なくともいずれか1つを用いて均質度推定値Xを算出する構成にしてもよい。 In addition, instead of calculating the homogeneity estimate value X by adding the jet penetration estimate value A, the roll-up estimate value B, and the mixing time estimate value C, the homogeneity estimate value X may be calculated by adding the roll-up estimate value B and the mixing time estimate value C. The homogeneity estimate value X may be calculated using at least one of the jet penetration estimate value A, the roll-up estimate value B, and the mixing time estimate value C.

・上記第4実施形態の変形例として、ECU80が、図30に示す燃料噴射制御を実施する構成としてもよい。図30のフローチャートは、図21のフローチャートの一部を変更したものであり、ステップS26~S28に代えて、ステップS81の処理を実施するものとしている。 - As a modification of the fourth embodiment, the ECU 80 may be configured to perform the fuel injection control shown in FIG. 30. The flowchart in FIG. 30 is a partial modification of the flowchart in FIG. 21, in which the processing of step S81 is performed instead of steps S26 to S28.

具体的には、ECU80は、図30のステップS25において、SOI設定範囲(SOImin~SOImax)内で複数の噴射開始時期SOIに対応する均質度推定値Xを算出した後、ステップS81に進み、各均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応する噴射開始時期SOIを、噴射開始時期SOIの制御指令値として設定する。そしてその後、噴射開始時期SOIと噴射期間Tdとに基づいて噴射終了時期EOIを決定する(ステップS29)。 Specifically, in step S25 of FIG. 30, the ECU 80 calculates homogeneity estimate values X corresponding to multiple injection start timings SOI within the SOI setting range (SOImin to SOImax), and then proceeds to step S81, where the ECU 80 sets the injection start timing SOI corresponding to the largest homogeneity estimate value X among the homogeneity estimate values X as the control command value for the injection start timing SOI. Then, the ECU 80 determines the injection end timing EOI based on the injection start timing SOI and the injection period Td (step S29).

上記構成では、SOI設定範囲(設定可能範囲)内で複数のSOI候補値を定め、それらSOI候補値ごとに均質度推定値Xを算出するとともに、それら均質度推定値Xのうち最も大きい均質度推定値Xに対応するSOI候補値に基づいて、制御指令値としての燃料噴射時期を設定するようにした。こうした燃料噴射制御により、燃焼室14内において所望とする均質度を実現することができる。 In the above configuration, multiple SOI candidate values are determined within the SOI setting range (settable range), a homogeneity estimate value X is calculated for each of the SOI candidate values, and the fuel injection timing is set as a control command value based on the SOI candidate value corresponding to the largest homogeneity estimate value X among the homogeneity estimate values X. This fuel injection control makes it possible to achieve the desired homogeneity in the combustion chamber 14.

・第7実施形態の図29において、低均質状態であると判定された場合(ステップS73がYESの場合)に、燃圧Pfを高める制御を実施することも可能である。かかる構成においても、混合気の均質度を高めることができる。 - In the seventh embodiment shown in FIG. 29, if it is determined that the mixture is in a low homogeneity state (if step S73 is YES), it is also possible to implement control to increase the fuel pressure Pf. Even with this configuration, the homogeneity of the mixture can be increased.

・第7実施形態の図29の処理では、均質度推定値Xを算出し、その均質度推定値Xに基づいて低均質状態であるか否かを判定する構成としたが(ステップS72,S73)、これを以下のように変更してもよい。エンジン運転領域が高回転中負荷領域であるか否かを判定し、高回転中負荷領域であることに基づいて低均質状態であることを判定する構成であってもよい。その他に、エンジン運転状態が過渡状態であることに基づいて、低均質状態であることを判定する構成、又は、燃料容器36内のガス燃料が減少したことに基づいて、低均質状態であることを判定する構成であってもよい。 - In the process of FIG. 29 of the seventh embodiment, the homogeneity estimation value X is calculated, and whether or not the homogeneity state is low is determined based on the homogeneity estimation value X (steps S72, S73), but this may be modified as follows. It may be determined whether or not the engine operating region is in a high-speed, medium-load region, and the low homogeneity state may be determined based on whether or not the engine operating region is in the high-speed, medium-load region. Alternatively, it may be determined that the low homogeneity state is low based on the engine operating state being in a transient state, or based on a decrease in the gas fuel in the fuel container 36.

エンジン運転領域が高回転中負荷領域である場合には、ガス燃料と空気との混合時間が短く、噴流巻き上がりが低下することから、低均質状態であると判定される。エンジン運転状態が過渡状態である場合には、吸気量の応答遅れが生じることに起因して噴流巻き上がりの低下が生じ得ることから、低均質状態であると判定される。特に減速過渡の状態では、吸気量の応答遅れによる筒内圧の上昇に起因して噴流巻き上がりの低下が生じると考えられる。また、燃料容器36内のガス燃料が所定以下に減少した場合には、燃圧低下による噴流巻き上がりの低下が生じ得ることから、低均質状態であると判定される。 When the engine is in the high-speed, medium-load range, the mixing time between the gas fuel and the air is short, and the jet roll is reduced, so it is determined to be in a low-homogeneity state. When the engine is in a transient state, the jet roll may be reduced due to a delayed response in the intake volume, so it is determined to be in a low-homogeneity state. In particular, in a deceleration transient state, it is believed that the jet roll is reduced due to an increase in in-cylinder pressure caused by a delayed response in the intake volume. In addition, when the gas fuel in the fuel container 36 is reduced to a predetermined level or less, the jet roll may be reduced due to a drop in fuel pressure, so it is determined to be in a low-homogeneity state.

・第4~第7実施形態に適用される燃料噴射弁31を、複数の噴孔62を有する多孔構造とし、かつ各噴孔62がいずれも同じ大きさを有するものとしたが、これを変更してもよい。例えば、各噴孔62が、図2や図7、図9、図10、図12で説明した形態を有するものであってもよい。また、燃料噴射弁31が、単一の噴孔62を有する単孔構造であってもよい。 - The fuel injection valve 31 applied to the fourth to seventh embodiments has a multi-hole structure with multiple injection holes 62, and each injection hole 62 has the same size, but this may be changed. For example, each injection hole 62 may have the shape described in Figures 2, 7, 9, 10, and 12. In addition, the fuel injection valve 31 may have a single-hole structure with a single injection hole 62.

・上記実施形態では、エンジン10を、燃料噴射弁31の先端部(キャップ61)に設けられた各噴孔62から放射状に、かつピストン上面に向けてガス燃料が噴射される構成としたが(図8参照)、これを変更してよい。具体的には、図31に示すように、燃料噴射弁31の先端部(キャップ61)に設けられた噴孔62からシリンダ壁面に向けてガス燃料が噴射される構成とする。この場合、噴射方向がシリンダ平面視において一方向のみであり、当該方向への燃料噴射により、燃焼室14内においてガス燃料の噴流としてタンブル流が形成されるようになっている。つまり、燃料噴射弁31から噴射されたガス燃料は、シリンダ壁面からピストン上面に至り、さらにピストン上面からの巻き上がりにより縦方向の旋回流を形成するものとなっている。この場合、ピストン上昇によるタンブル流の崩壊で乱流が増加し、ガス燃料の拡散が促進される。また、噴射開始時期の遅角、又は燃圧の上昇により、タンブル流の流れの強さを示すタンブル比を向上させることができる。これにより、タンブル流の崩壊時の乱れを向上させることができ、ガス燃料の拡散が促進されることで均質度の向上を図ることができる。 - In the above embodiment, the engine 10 is configured such that gas fuel is injected radially from each nozzle hole 62 provided at the tip (cap 61) of the fuel injection valve 31 toward the top surface of the piston (see FIG. 8), but this may be changed. Specifically, as shown in FIG. 31, the gas fuel is injected toward the cylinder wall surface from the nozzle hole 62 provided at the tip (cap 61) of the fuel injection valve 31. In this case, the injection direction is only one direction in the cylinder plan view, and the fuel injection in that direction forms a tumble flow as a jet of gas fuel in the combustion chamber 14. In other words, the gas fuel injected from the fuel injection valve 31 reaches the top surface of the piston from the cylinder wall surface, and further forms a vertical swirling flow by rolling up from the top surface of the piston. In this case, the collapse of the tumble flow due to the piston rising increases the turbulence, promoting the diffusion of the gas fuel. In addition, the tumble ratio, which indicates the strength of the tumble flow, can be improved by retarding the injection start timing or increasing the fuel pressure. This can improve turbulence when the tumble flow collapses, and promotes the diffusion of the gas fuel, improving homogeneity.

なお、燃料噴射の向きは任意であり、例えば、吸気ポート側から排気ポート側になる向き、排気ポート側から吸気ポート側になる向き、吸気ポート及び排気ポートが並ぶ方向に直交する向きのいずれであってもよい。 The direction of fuel injection is arbitrary, and may be, for example, from the intake port side to the exhaust port side, from the exhaust port side to the intake port side, or perpendicular to the direction in which the intake port and exhaust port are aligned.

図31に示す構成のエンジン10であっても、上記同様、ECU80が、燃焼室14内における混合気の均質度を均質度推定値Xとして算出し、その均質度推定値Xに基づいて、燃料噴射弁31の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御するものであるとよい(第4~第6実施形態参照)。この場合特に、エンジン圧縮行程において燃料噴射弁31の噴孔62からシリンダ壁面に向けて噴射されるガス燃料について、シリンダ壁面を経てピストン上面から巻き上がる際の噴流巻き上がりの度合を示す巻き上がり推定値Bが算出される。そして、その巻き上がり推定値Bを含む均質度推定値Xが算出されるともに、均質度推定値Xに基づく燃料噴射制御が行われる。 Even in the engine 10 configured as shown in FIG. 31, the ECU 80 may calculate the homogeneity of the mixture in the combustion chamber 14 as a homogeneity estimate value X, and control at least one of the fuel injection timing and the fuel pressure of the fuel injection valve 31 based on the homogeneity estimate value X (see the fourth to sixth embodiments). In this case, particularly, for the gas fuel injected from the nozzle hole 62 of the fuel injection valve 31 toward the cylinder wall surface during the engine compression stroke, a roll-up estimate value B is calculated that indicates the degree of jet roll-up when the gas fuel passes through the cylinder wall surface and rolls up from the top surface of the piston. Then, a homogeneity estimate value X including the roll-up estimate value B is calculated, and fuel injection control is performed based on the homogeneity estimate value X.

また、図31に示す構成のエンジン10において、燃焼室14内が所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁31の燃料噴射時期の制御を実施するものであるとよい(第7実施形態参照)。 In addition, in the engine 10 configured as shown in FIG. 31, it is preferable to determine whether the inside of the combustion chamber 14 is in a predetermined low homogeneity state, and if it is determined that the inside of the combustion chamber 14 is in a low homogeneity state, control of the fuel injection timing of the fuel injection valve 31 is performed to increase the homogeneity of the mixture (see the seventh embodiment).

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and a memory programmed to execute one or more functions embodied in a computer program. Alternatively, the control unit and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and the method described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by combining a processor and a memory programmed to execute one or more functions with a processor configured with one or more hardware logic circuits. In addition, the computer program may be stored in a computer-readable non-transient tangible recording medium as instructions executed by the computer.

10…エンジン、13…ピストン、14…燃焼室、15…吸気ポート、16…排気ポート、31…燃料噴射弁、32…点火プラグ、61…キャップ、62…噴孔、80…ECU。 10...engine, 13...piston, 14...combustion chamber, 15...intake port, 16...exhaust port, 31...fuel injector, 32...spark plug, 61...cap, 62...nozzle hole, 80...ECU.

Claims (22)

気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記燃料噴射弁の燃料噴射制御の指令値として、前記算出部により算出された均質度推定値が所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる制御部と、
を備え
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、前記燃料噴射時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a setting unit that sets, as a command value for fuel injection control of the fuel injection valve, at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure at which the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit becomes greater than a predetermined threshold value;
a control unit that causes the fuel injection valve to inject fuel based on at least one of the fuel injection timing and the fuel pressure as the command value set by the setting unit ; and
Equipped with
the calculation unit calculates the homogeneity estimation value by using a fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter,
The control device (80) for a gas engine, wherein the setting unit determines a plurality of candidate values for the fuel injection timing, calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values using the calculation unit, and sets the fuel injection timing as the command value based on the candidate value corresponding to the homogeneity estimation value that is greater than the threshold value among the calculated homogeneity estimation values.
前記設定部は、噴射開始時期を前記燃料噴射時期とし、噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値であり、かつ前記設定可能範囲内で最も進角となる前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項に記載のガスエンジンの制御装置。 2. The control device for a gas engine according to claim 1, wherein the setting unit sets the injection start timing as the fuel injection timing, determines the plurality of candidate values within a settable range between an advance limit and a retard limit of the injection start timing, calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values by the calculation unit, and sets the fuel injection timing as the command value based on the candidate value that corresponds to a homogeneity estimation value that is greater than the threshold value and is the most advanced within the settable range among the calculated homogeneity estimation values. 前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、それら均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項に記載のガスエンジンの制御装置。 3. The gas engine control device according to claim 2, wherein when the homogeneity estimation values calculated for the respective candidate values are all smaller than the threshold value, the setting unit sets the fuel injection timing as the command value based on the candidate value corresponding to the largest homogeneity estimation value among the homogeneity estimation values . 前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、燃圧を高い圧力に変えて前記算出部により再び前記均質度推定値を算出し、前記均質度推定値が前記閾値よりも大きくなる燃料噴射時期と燃圧とを、前記指令値として設定する、請求項に記載のガスエンジンの制御装置。
the calculation unit calculates the homogeneity estimation value by using a fuel injection timing of the fuel injection valve and a fuel pressure as parameters,
3. The gas engine control device according to claim 2, wherein, when the homogeneity estimation values calculated for the candidate values are all smaller than the threshold value, the setting unit changes the fuel pressure to a high pressure, and calculates the homogeneity estimation value again using the calculation unit, and sets, as the command value, a fuel injection timing and a fuel pressure at which the homogeneity estimation value becomes larger than the threshold value .
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記燃料噴射弁の燃料噴射制御の指令値として、前記算出部により算出された均質度推定値が所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる制御部と、
を備え
前記算出部は、燃圧をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、燃圧の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a setting unit that sets, as a command value for fuel injection control of the fuel injection valve, at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure at which the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit becomes greater than a predetermined threshold value;
a control unit that causes the fuel injection valve to inject fuel based on at least one of the fuel injection timing and the fuel pressure as the command value set by the setting unit ; and
Equipped with
the calculation unit calculates the homogeneity estimation value by using a fuel pressure as a parameter,
The control device (80) for a gas engine, wherein the setting unit determines a plurality of candidate values for fuel pressure, calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values using the calculation unit, and sets the fuel pressure as the command value based on the candidate value corresponding to a homogeneity estimation value that is greater than the threshold value among the calculated homogeneity estimation values.
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、それら均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、請求項に記載のガスエンジンの制御装置。 6. The gas engine control device according to claim 5, wherein when the homogeneity estimation values calculated for the respective candidate values are all smaller than the threshold value, the setting unit sets the fuel pressure as the command value based on the candidate value corresponding to a largest homogeneity estimation value among the homogeneity estimation values . 気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備え
前記算出部は、前記燃料噴射弁の噴射開始時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記噴射開始時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記制御部の制御指令値としての燃料噴射時期を設定する設定部を備える、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit;
Equipped with
the calculation unit calculates the homogeneity estimation value by using an injection start timing of the fuel injection valve as a parameter,
A control device (80) for a gas engine, comprising: a setting unit that determines a plurality of candidate values for the injection start timing within a settable range between an advance limit and a retard limit of the injection start timing, calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values by the calculation unit, and sets the fuel injection timing as a control command value of the control unit based on the candidate value corresponding to the largest homogeneity estimation value among the calculated homogeneity estimation values.
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて前記均質度推定値を算出する、請求項1~のいずれか1項に記載のガスエンジンの制御装置。 The control device for a gas engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the calculation unit uses the fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter to calculate a jet penetration estimate value indicating the size of the jet of gas fuel injected from the fuel injection valve, a roll-up estimate value indicating the size of the roll-up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when it is rolled up from the top surface of the piston, and a mixing time estimate value indicating a mixing time during which mixture formation is performed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, and calculates the homogeneity estimate value based on the roll-up estimate value, the mixing time estimate value, and the jet penetration estimate value. 前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出する、請求項1~のいずれか1項に記載のガスエンジンの制御装置。 8. The control device for a gas engine according to claim 1 , wherein the calculation unit calculates the homogeneity estimation value using a fuel injection timing of the fuel injection valve, a fuel pressure, an engine rotation speed, and an engine load as parameters. 気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備え
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて前記均質度推定値を算出する、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit;
Equipped with
The calculation unit uses the fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter to calculate a jet penetration estimate value indicating the size of the jet of gas fuel injected from the fuel injection valve, a roll-up estimate value indicating the size of the roll-up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when it rolls up from the top surface of the piston, and a mixing time estimate value indicating the mixing time during which mixture formation is performed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, and calculates the homogeneity estimate value based on the roll-up estimate value, the mixing time estimate value, and the jet penetration estimate value .
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備え
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出する、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value;
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation unit;
Equipped with
A control device (80) for a gas engine , wherein the calculation unit calculates the homogeneity estimation value using a fuel injection timing of the fuel injection valve, a fuel pressure, an engine rotation speed, and an engine load as parameters.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて、前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記均質度推定値に基づいて、前記燃焼室内が、前記均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that uses a fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter to calculate a jet penetration estimate value indicating a size of a jet of gas fuel injected from the fuel injection valve, a roll-up estimate value indicating a size of the roll-up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when the gas fuel injected from the fuel injection valve rolls up from an upper surface of a piston, and a mixing time estimate value indicating a mixing time during which a mixture is formed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, and calculates a homogeneity estimate value indicating a degree of homogeneity of a mixture of the gas fuel injected from the fuel injection valve and air in the combustion chamber based on the roll-up estimate value, the mixing time estimate value, and the jet penetration estimate value;
a homogeneity determination unit that determines whether or not the interior of the combustion chamber is in a predetermined low homogeneity state , in which the homogeneity is reduced, based on the homogeneity estimated value calculated by the calculation unit ; and
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve in order to increase the degree of homogeneity when it is determined that the low homogeneity state has occurred;
A control device (80) for a gas engine comprising:
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、
前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて、前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記均質度推定値に基づいて、前記燃焼室内が、前記均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置(80)。
The present invention is applied to a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), and the gas fuel injected from the fuel injection valve is combusted in the combustion chamber,
a calculation unit that calculates a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimated value by using a fuel injection timing of the fuel injection valve, a fuel pressure, an engine rotation speed, and an engine load as parameters;
a homogeneity determination unit that determines whether or not the interior of the combustion chamber is in a predetermined low homogeneity state , in which the homogeneity is reduced, based on the homogeneity estimated value calculated by the calculation unit ; and
a control unit that controls at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve in order to increase the degree of homogeneity when it is determined that the low homogeneity state has occurred;
A control device (80) for a gas engine comprising:
前記均質度判定部は、前記低均質状態になると判定された場合において、その均質度低下の要因が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの不足に起因する第1要因であるか、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間の不足に起因する第2要因であるかを判定し、
前記制御部は、
前記均質度低下の要因が前記第1要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の遅角化を実施し、
前記均質度低下の要因が前記第2要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角化を実施する、請求項12又は13に記載のガスエンジンの制御装置。
the homogeneity determining unit, when it is determined that the low homogeneity state has occurred, determines whether the cause of the decrease in homogeneity is a first cause caused by insufficient rolling up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when the gas fuel is rolled up from an upper surface of the piston, or a second cause caused by insufficient mixing time for mixture formation after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve,
The control unit is
If the cause of the decrease in homogeneity is the first cause, retarding the fuel injection timing of the fuel injection valve,
14. The control device for a gas engine according to claim 12, further comprising: advancing a fuel injection timing of the fuel injection valve when the cause of the decrease in homogeneity is the second cause.
前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とのいずれかを、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期に基づいて算出する算出部を備え、
前記均質度判定部は、前記低均質状態になると判定された場合において、前記巻き上がり推定値又は前記混合時間推定値に基づいて、均質度低下の要因が前記第1要因であるか前記第2要因であるかを判定する、請求項14に記載のガスエンジンの制御装置。
a calculation unit that calculates either a roll-up estimated value indicating a magnitude of roll-up when the gas fuel injected from the fuel injection valve rolls up from an upper surface of a piston, or a mixing time estimated value indicating a mixing time during which an air-fuel mixture is formed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, based on a fuel injection timing of the fuel injection valve,
15. The gas engine control device according to claim 14, wherein the homogeneity determination unit, when it is determined that the low homogeneity state will occur, determines whether the cause of the decrease in homogeneity is the first cause or the second cause based on the estimated wind-up value or the estimated mixing time value.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process of calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimation value;
前記燃料噴射弁の燃料噴射制御の指令値として、前記算出処理により算出された均質度推定値が所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを設定する設定処理と、a setting process for setting at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure, at which the homogeneity estimation value calculated by the calculation process becomes greater than a predetermined threshold value, as a command value for fuel injection control of the fuel injection valve;
前記設定処理により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる制御処理と、a control process for causing the fuel injection valve to inject fuel based on at least one of the fuel injection timing and the fuel pressure as the command value set by the setting process;
を含み、Including,
前記算出処理は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、the calculation process calculates the homogeneity estimation value using a fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter,
前記設定処理において、前記燃料噴射時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出処理により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、プログラム。the setting process determines a plurality of candidate values for the fuel injection timing, calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values by the calculation process, and sets the fuel injection timing as the command value based on the candidate value corresponding to the homogeneity estimation value larger than the threshold value among the calculated homogeneity estimation values.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process of calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimation value;
前記燃料噴射弁の燃料噴射制御の指令値として、前記算出処理により算出された均質度推定値が所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを設定する設定処理と、a setting process for setting at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure, at which the homogeneity estimation value calculated by the calculation process becomes greater than a predetermined threshold value, as a command value for fuel injection control of the fuel injection valve;
前記設定処理により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる制御処理と、a control process for causing the fuel injection valve to inject fuel based on at least one of the fuel injection timing and the fuel pressure as the command value set by the setting process; and
を含み、Including,
前記算出処理は、燃圧をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、the calculation process calculates the homogeneity estimation value using a fuel pressure as a parameter,
前記設定処理において、燃圧の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出処理において前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、プログラム。the setting process determines a plurality of candidate values for fuel pressure, the calculation process calculates the homogeneity estimation value for each of the candidate values, and the fuel pressure as the command value is set based on the candidate value corresponding to the homogeneity estimation value larger than the threshold value among the calculated homogeneity estimation values.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process of calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimation value;
前記算出処理により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御処理と、a control process for controlling at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation process;
を含み、Including,
前記算出処理は、前記燃料噴射弁の噴射開始時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、the calculation process calculates the homogeneity estimation value using an injection start timing of the fuel injection valve as a parameter,
前記噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記噴射開始時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出処理により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記制御処理の制御指令値としての燃料噴射時期を設定する設定処理を実行させる、プログラム。a setting process for determining a plurality of candidate values for the injection start timing within a settable range between an advance limit and a retard limit of the injection start timing, calculating the homogeneity estimation value for each of the candidate values by the calculation process, and setting the fuel injection timing as a control command value of the control process based on the candidate value corresponding to the largest homogeneity estimation value among the calculated homogeneity estimation values.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process of calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimation value;
前記算出処理により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御処理と、a control process for controlling at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation process;
を含み、Including,
前記算出処理において、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて前記均質度推定値を算出する、プログラム。The program in the calculation process calculates, using a fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter, a jet penetration estimate value indicating the size of the jet of gas fuel injected from the fuel injection valve, a roll-up estimate value indicating the size of the roll-up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when it is rolled up from the top surface of the piston, and a mixing time estimate value indicating a mixing time during which a mixture is formed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, and calculates the homogeneity estimate value based on the roll-up estimate value, the mixing time estimate value, and the jet penetration estimate value.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process of calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of air and the gas fuel injected from the fuel injection valve in the combustion chamber as a homogeneity estimation value;
前記算出処理により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御処理と、a control process for controlling at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve based on the homogeneity estimation value calculated by the calculation process;
を含み、Including,
前記算出処理において、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出する、プログラム。a program for calculating the homogeneity estimation value using a fuel injection timing of the fuel injection valve, a fuel pressure, an engine rotation speed, and an engine load as parameters in the calculation process.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて、前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process for calculating, using a fuel injection timing of the fuel injection valve as a parameter, a jet penetration estimate value indicating a size of a jet of gas fuel injected from the fuel injection valve, a roll-up estimate value indicating a size of the roll-up of the gas fuel injected from the fuel injection valve when the gas fuel injected from the fuel injection valve rolls up from an upper surface of a piston, and a mixing time estimate value indicating a mixing time during which a mixture is formed after the injection of the gas fuel from the fuel injection valve, and calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of the gas fuel injected from the fuel injection valve and air in the combustion chamber as a homogeneity estimate value based on the roll-up estimate value, the mixing time estimate value, and the jet penetration estimate value;
前記算出処理により算出された前記均質度推定値に基づいて、前記燃焼室内が、前記均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定処理と、a homogeneity determination process for determining whether or not the interior of the combustion chamber is in a predetermined low homogeneity state, in which the homogeneity is reduced, based on the homogeneity estimated value calculated by the calculation process;
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御処理と、a control process for controlling at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve in order to increase the degree of homogeneity when it is determined that the low homogeneity state has occurred;
を含む、プログラム。Including, the program.
気筒内を往復動するピストン(13)と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室(14)内に直接噴射する燃料噴射弁(31)とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン(10)に適用され、プロセッサにより実行されるプログラムであって、A program executed by a processor in a gas engine (10) including a piston (13) that reciprocates in a cylinder and a fuel injection valve (31) that directly injects gas fuel, the pressure of which is adjusted to a predetermined fuel pressure, into a combustion chamber (14), the gas fuel injected from the fuel injection valve being combusted in the combustion chamber,
前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて、前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出処理と、a calculation process for calculating a homogeneity indicating a degree of homogeneity of a mixture of the gas fuel injected from the fuel injection valve and air in the combustion chamber as a homogeneity estimation value by using a fuel injection timing of the fuel injection valve, a fuel pressure, an engine rotation speed, and an engine load as parameters;
前記算出処理により算出された前記均質度推定値に基づいて、前記燃焼室内が、前記均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定処理と、a homogeneity determination process for determining whether or not the interior of the combustion chamber is in a predetermined low homogeneity state, in which the homogeneity is reduced, based on the homogeneity estimated value calculated by the calculation process;
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御処理と、a control process for controlling at least one of a fuel injection timing and a fuel pressure of the fuel injection valve in order to increase the degree of homogeneity when it is determined that the low homogeneity state has occurred;
を含む、プログラム。Including, the program.
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