JP7251287B2 - Homogeneous mixture compression ignition engine controller - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室に噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling an engine capable of premixed compression ignition combustion in which fuel injected into a combustion chamber is mixed with air and burned by self-ignition.

近年、空気と混合されたガソリン燃料を燃焼室内で自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼(HCCI燃焼)が注目されている。予混合圧縮着火燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるSI燃焼(火花点火燃焼)に比べて、混合気の燃焼速度が速く、燃費性能(熱効率)の面で非常に有利だと言われている。 In recent years, attention has been paid to premixed compression ignition combustion (HCCI combustion) in which gasoline fuel mixed with air is burned by self-ignition in a combustion chamber. Homogeneous charge compression ignition combustion is a form in which the air-fuel mixture burns multiple times at the same time. It is said to be very advantageous in terms of (thermal efficiency).

上記予混合圧縮着火燃焼の一種として、混合気の自着火による燃焼と点火プラグを用いた強制燃焼とを組み合わせた燃焼形式が提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼(SI燃焼)させ、その他の混合気を自着火により燃焼(CI燃焼)させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。 As one type of the above-described premixed compression ignition combustion, a combustion type that combines combustion by self-ignition of an air-fuel mixture and forced combustion using a spark plug has been proposed. That is, spark ignition is used as a trigger to forcibly burn part of the air-fuel mixture by flame propagation (SI combustion), and to burn the other air-fuel mixture by self-ignition (CI combustion). Such combustion is hereinafter referred to as partial compression ignition combustion.

上記部分圧縮着火燃焼を採用したエンジンの一例として、下記特許文献1のものが知られている。具体的に、この特許文献1のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼(同文献中ではSI-CI燃焼と称されている)の実行時に、1サイクル中の全熱発生量に対するSI燃焼による熱発生量の割合であるSI率が、エンジン負荷(目標トルク)に応じて定まる目標値(目標SI率)に一致するように、燃焼室内のEGR率や点火プラグによる火花点火の時期等が制御される。 As an example of an engine that employs the partial compression ignition combustion, the one disclosed in Patent Document 1 below is known. Specifically, in the engine of Patent Document 1, when performing partial compression ignition combustion (referred to as SI-CI combustion in the document), the amount of heat release due to SI combustion with respect to the total amount of heat release in one cycle The EGR rate in the combustion chamber, the timing of spark ignition by the spark plug, etc. are controlled so that the SI rate, which is the ratio of , coincides with a target value (target SI rate) determined according to the engine load (target torque).

特開2018-084183号公報JP 2018-084183 A

ここで、上記特許文献1のエンジンでは、混合気の部分圧縮着火燃焼を可能とするために、幾何学的圧縮比が比較的高い値(例えば17以上20以下)に設定されている。このような高い圧縮比は、特にエンジンの高負荷域においてプリイグニッションやノッキング等の異常燃焼を誘発し易い。この点、上記特許文献1では、高負荷域での燃焼形式を部分圧縮着火燃焼からSI燃焼に切り替える、つまり混合気の全てを火花点火により強制燃焼させる燃焼形式に切り替えるようにしている。しかしながら、このようにエンジンの高負荷域において部分圧縮着火燃焼を禁止する(全ての混合気をSI燃焼させる)ようにした場合には、異常燃焼を回避することはできても、十分な燃費向上効果は得られなくなる。 Here, in the engine of Patent Document 1, the geometric compression ratio is set to a relatively high value (for example, 17 or more and 20 or less) in order to enable partial compression ignition combustion of the air-fuel mixture. Such a high compression ratio tends to induce abnormal combustion such as pre-ignition and knocking especially in a high load range of the engine. In this regard, in Patent Document 1, the combustion type in the high load range is switched from partial compression ignition combustion to SI combustion, that is, to a combustion type in which all of the air-fuel mixture is forcedly combusted by spark ignition. However, if the partial compression ignition combustion is prohibited in the high-load region of the engine (the entire air-fuel mixture is SI-burned) in this way, even if abnormal combustion can be avoided, sufficient fuel efficiency can be improved. no effect will be obtained.

これに対し、高負荷域での部分圧縮着火燃焼を可能にするべく、吸気行程だけでなく圧縮行程でも燃料を噴射することが提案される。圧縮行程中の燃料噴射によって燃焼室の温度上昇が抑制され、このことが異常燃焼の抑制に働くと考えられるからである。しかしながら、異常燃焼抑制のために圧縮行程中の燃料噴射量をみやみに増やした場合には、スモークの発生やNOxの増大につながる局所リッチな混合気が燃焼室に形成され易くなり、エンジンのエミッション性能が悪化するおそれがある。 On the other hand, in order to enable partial compression ignition combustion in a high load range, it is proposed to inject fuel not only in the intake stroke but also in the compression stroke. This is because the fuel injection during the compression stroke suppresses the temperature rise in the combustion chamber, which is considered to work to suppress abnormal combustion. However, if the fuel injection amount during the compression stroke is increased indiscriminately in order to suppress abnormal combustion, a locally rich air-fuel mixture, which leads to the generation of smoke and an increase in NOx, is likely to be formed in the combustion chamber, resulting in engine failure. Emission performance may deteriorate.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高負荷域での異常燃焼の抑制とエミッション性能の向上とを両立することが可能な予混合圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a control device for a premixed compression ignition engine capable of suppressing abnormal combustion in a high load range and improving emission performance. intended to provide

前記課題を解決するために、本願発明者等は、燃焼室の掃気作用(高温の既燃ガスを燃焼室から排出する作用)を高負荷域で十分に高めることにより、当該高負荷域での部分圧縮着火燃焼の正常化のために必要とされる圧縮行程中の燃料噴射(以下、後段噴射という)への依存度を下げることを検討した。そして、検討の結果、吸・排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間を適切に設定すれば、十分な掃気作用が発揮されて高負荷域での後段噴射への依存度が下がり、過度な後段噴射が不要になって良好なエミッション性能が確保されることが分かった。このことは、部分圧縮着火燃焼(つまり混合気の一部を予混合圧縮着火燃焼させる燃焼形態)を採用した場合に限らず、混合気の全てを予混合圧縮着火燃焼させる燃焼形態を採用した場合でも同様である。 In order to solve the above problems, the inventors of the present application sufficiently enhance the scavenging action of the combustion chamber (the action of discharging high-temperature burned gas from the combustion chamber) in the high load range, A study was made to reduce dependence on fuel injection during the compression stroke (hereinafter referred to as post-injection), which is required for normalization of partial compression ignition combustion. As a result of investigation, it was found that if the valve overlap period in which both the intake and exhaust valves are open is appropriately set, sufficient scavenging action will be exhibited, reducing the dependence on post-injection in the high-load range and reducing excessive fuel consumption. It has been found that a good emission performance is ensured by eliminating the need for an extra post-injection. This is not limited to the case of adopting partial compression ignition combustion (that is, the combustion mode in which a part of the air-fuel mixture is subjected to premixed compression ignition combustion), but also to the case of adopting the combustion mode in which all of the air-fuel mixture is subjected to premixed compression ignition combustion. But it's the same.

本発明は、前記のような知見に基づきなされたものである。すなわち、本発明の第1の局面に係る制御装置は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、前記バルブ可変機構は、吸気弁の開時期および閉時期を同時にかつ同量ずつ変更する位相式の吸気弁可変機構を含み、前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、前記燃焼制御部は、前記第1領域および前記第2領域の双方において排気上死点よりも前に吸気弁が開弁しかつ吸気下死点よりも後に吸気弁が閉弁するとともに、前記第2領域での吸気弁の作動位相が前記第1領域での作動位相よりも遅角側にシフトされるように、前記吸気弁可変機構を制御する、ことを特徴とするものである(請求項1)。 The present invention is made based on the findings as described above. That is, a control device according to a first aspect of the present invention includes a combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and An exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging exhaust gas, and controls an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition. a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap; post-injection for injecting fuel during a compression stroke while driving the variable valve mechanism to form the valve overlap period of a predetermined amount or more so that the mixture of fuel and air undergoes premixed compression ignition combustion; and a combustion control unit that causes the injector to perform a pre-injection that is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and that injects fuel at a timing earlier than the post-injection, wherein the variable valve mechanism controls the opening timing and the opening timing of the intake valve. A phase-type intake valve variable mechanism that changes the closing timing simultaneously and by the same amount, wherein a portion of the high load region on the low speed side is defined as a first region, and a portion of the high load region on the high speed side is defined as a second region. Then, the combustion control unit controls the injector so that the start timing of the post-stage injection is later in the first region than in the second region, and the valve overlap period is set to be later than in the second region. The combustion control unit controls the variable valve mechanism so that it becomes longer in the first region, and the combustion control unit causes the intake valve to open before the exhaust top dead center in both the first region and the second region, and The intake valve is closed after the bottom dead center of the intake, and the operating phase of the intake valve in the second region is shifted to the retard side from the operating phase in the first region. It is characterized by controlling a variable mechanism (Claim 1).

この第1の局面に係る制御装置によれば、熱発生量が多くなるエンジンの高負荷域において、吸気行程等の比較的早い時期に燃料を噴射する前段噴射に加えて、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射が実行されるので、圧縮行程中の燃焼室の温度上昇を後段噴射の気化潜熱により低下させることができ、前記高負荷域において懸念される異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。 According to the control device according to the first aspect , in the high-load region of the engine where the amount of heat release is large, in addition to pre-injection that injects fuel at a relatively early timing such as the intake stroke, fuel is injected during the compression stroke. is executed, the temperature rise in the combustion chamber during the compression stroke can be reduced by the latent heat of vaporization of the post-injection, and the occurrence of abnormal combustion, which is a concern in the high load range, can be effectively suppressed. can do.

特に、高負荷域における低速側の一部である第1領域では、高速側の第2領域に比べて、後段噴射の開始時期が遅くされかつバルブオーバーラップ期間が拡大されるので、異常燃焼のリスクに見合った十分な温度抑制効果を得ることができる。 In particular, in the first region, which is a part of the low speed side in the high load range, the start timing of the post-stage injection is delayed and the valve overlap period is extended compared to the second region on the high speed side, so abnormal combustion is prevented. It is possible to obtain a sufficient temperature control effect commensurate with the risk.

すなわち、第1領域での後段噴射の開始時期が圧縮行程の中でもより遅角側のタイミングに設定されることにより、燃焼室が圧縮により温度上昇したタイミングで後段噴射による燃料の気化潜熱を作用させることができ、当該気化潜熱による燃焼室の冷却効果を高めることができる。また、同じく第1領域においてバルブオーバーラップ期間が拡大されることにより、このバルブオーバーラップ期間中に吸気ポートから排気ポートへと吹き抜ける吸気の流れが形成される結果、燃焼室内に残留する既燃ガスの排気ポートへの排出が促進され、掃気作用を高めることができる。このことは、上述した後段噴射による燃料の気化潜熱の効果と相俟って、圧縮行程中の燃焼室の温度上昇を十分に抑制することにつながるので、圧縮行程の途中で生じ得る燃料の低温酸化反応を抑制することができ、混合気が過早に着火する異常燃焼であるプリイグニッションを抑制することができる。 That is, by setting the start timing of the post-injection in the first region to a more retarded timing in the compression stroke, the latent heat of vaporization of the fuel by the post-injection is applied at the timing when the temperature of the combustion chamber rises due to compression. It is possible to enhance the cooling effect of the combustion chamber by the latent heat of vaporization. Similarly, by expanding the valve overlap period in the first region, a flow of intake air blowing through from the intake port to the exhaust port is formed during the valve overlap period, and as a result, the burned gas remaining in the combustion chamber is is promoted to the exhaust port, and the scavenging action can be enhanced. This, together with the effect of the latent heat of vaporization of the fuel due to the post-injection described above, leads to a sufficient suppression of temperature rise in the combustion chamber during the compression stroke. Oxidation reaction can be suppressed, and pre-ignition, which is abnormal combustion in which the air-fuel mixture ignites prematurely, can be suppressed.

低温酸化反応とは、火炎を伴いながら高い熱エネルギーを発生させる高温酸化反応(実質的な燃焼反応)よりも前に生じる緩慢な酸化反応のことであり、燃焼室が高温になる圧縮行程の後期に生じ得ることが知られている。本願発明者等の知見によれば、この低温酸化反応は、前記第1領域のような運転条件、つまり回転速度が低くかつ負荷が高い条件下で顕著に出現し易い。しかも、低温酸化反応が顕著に出現すると、その反応熱によって燃焼室内の混合気(燃焼前の混合気)の温度が上昇するので、正規の燃焼開始時期よりも早くに混合気が自着火する現象であるプリイグニッションの発生確率が高くなる。これに対し、本制御装置では、第1領域での運転時に、バルブオーバーラップ期間が拡大されかつ後段噴射の開始時期が遅角されるので、掃気作用による冷却効果と燃料の気化潜熱による冷却効果との相乗効果により、低温酸化反応の反応レベルが十分に低下する程度に燃焼室を冷却することができ、当該低温酸化反応に起因してプリイグニッション等の異常燃焼が誘発されるのを効果的に抑制することができる。 The low-temperature oxidation reaction is a slow oxidation reaction that occurs before the high-temperature oxidation reaction (substantial combustion reaction) that generates high thermal energy with a flame, and is the latter half of the compression stroke when the combustion chamber becomes hot. is known to occur in According to the findings of the inventors of the present application, this low-temperature oxidation reaction is likely to occur remarkably under operating conditions such as those in the first region, that is, under conditions of low rotational speed and high load. Moreover, when the low-temperature oxidation reaction appears prominently, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber (air-fuel mixture before combustion) rises due to the reaction heat, so the air-fuel mixture self-ignites earlier than the regular combustion start time. , the probability of occurrence of pre-ignition increases. On the other hand, in the present control device , the valve overlap period is extended and the start timing of the post-stage injection is retarded during operation in the first region. Due to the synergistic effect, the combustion chamber can be cooled to the extent that the reaction level of the low-temperature oxidation reaction is sufficiently lowered, and the induction of abnormal combustion such as pre-ignition due to the low-temperature oxidation reaction can be effectively prevented. can be suppressed to

しかも、高い掃気作用が期待できる本制御装置の構成によれば、プリイグニッション抑制のために後段噴射を過度に増量または遅角化する必要がなくなるので、当該後段噴射に起因したエミッション性能の悪化を最小限に抑えることができる。すなわち、第1領域において仮に上述したバルブオーバーラップ期間の拡大制御を実行しなかった場合には、プリイグニッション抑制のために後段噴射を大幅に増量するか、その噴射時期を圧縮行程内で大幅に遅角させる(圧縮上死点に近づける)ことが必要になる可能性がある。しかしながら、このようにすると、燃焼室内に局所リッチな混合気が形成され易くなり、スモークが発生したりNOxの発生量が増大するおそれがある。これに対し、前記第1領域でバルブオーバーラップ期間が拡大される本制御装置によれば、バルブオーバーラップ期間中に十分な掃気作用が発揮されるので、後段噴射の過度な増量または遅角化が不要になり、上記のような不具合(スモークの発生等)を回避して比較的良好なエミッション性能を確保することができる。 Moreover, according to the configuration of the control device , which can be expected to have a high scavenging action, there is no need to excessively increase or retard the post-stage injection to suppress preignition, so the deterioration of emission performance due to the post-stage injection can be prevented. can be minimized. That is, if the valve overlap period expansion control described above is not executed in the first region, the amount of the post-stage injection is greatly increased to suppress preignition, or the injection timing is greatly increased within the compression stroke. Retarding (closer to compression top dead center) may be necessary. However, if this is done, a locally rich air-fuel mixture is likely to be formed in the combustion chamber, which may cause smoke or an increase in the amount of NOx generated. On the other hand, according to the present control device in which the valve overlap period is extended in the first region, a sufficient scavenging action is exhibited during the valve overlap period, so that the post-injection is excessively increased or retarded. becomes unnecessary, and the above-mentioned problems (generation of smoke, etc.) can be avoided, and relatively good emission performance can be ensured.

一方、前記第1領域よりも高速側の第2領域では、燃焼室内の流動性が比較的高くなるので、バルブオーバーラップ期間が縮小されても十分な掃気作用が得られる可能性がある。また、ピストンによる混合気の圧縮開始から圧縮終了までの実時間(混合気の受熱時間)が短くなり、低温酸化反応の反応レベルが自ずと低下するため、プリイグニッションのような重大な異常燃焼が起きるリスクは低くなる。これに対し、本制御装置では、前記第2領域においてバルブオーバーラップ期間が縮小されかつ後段噴射の開始時期が進角されるので、当該領域でのリスク状況に応じた必要レベルの冷却効果を確保して異常燃焼を抑制しつつ、局所リッチな混合気の形成を回避してエミッション性能を向上させることができる。 On the other hand, in the second region, which is on the higher speed side than the first region, the fluidity in the combustion chamber is relatively high, so there is a possibility that a sufficient scavenging action can be obtained even if the valve overlap period is shortened. In addition, the actual time from the start of compression of the air-fuel mixture by the piston to the end of compression (heat-receiving time of the air-fuel mixture) is shortened, and the reaction level of the low-temperature oxidation reaction naturally decreases, so serious abnormal combustion such as pre-ignition occurs. risk is lower. On the other hand, in the present control device , the valve overlap period is shortened and the start timing of the post-stage injection is advanced in the second region, so that the required level of cooling effect corresponding to the risk situation in this region is ensured. Thus, while suppressing abnormal combustion, formation of a locally rich air-fuel mixture can be avoided, and emission performance can be improved.

さらに、本制御装置では、第2領域にてバルブオーバーラップ期間が縮小される際に、位相式の吸気弁可変機構が駆動されて吸気弁の閉時期が吸気下死点に対しより遅角側にシフトされるので、エンジンの有効圧縮比、つまりピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積と吸気弁の閉時期(換言すればピストンによる実質的な圧縮開始時期)における燃焼室の容積との比が相対的に低下する結果、前記第2領域で懸念されるノッキングを抑制しつつポンピングロスを低下させることができる。 Further, in this control device , when the valve overlap period is reduced in the second region, the phase-type variable intake valve mechanism is driven to retard the closing timing of the intake valve with respect to the intake bottom dead center. Therefore, the effective compression ratio of the engine, that is, the volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center and the volume of the combustion chamber at the closing timing of the intake valve (in other words, the timing at which the piston substantially starts compression) As a result, the pumping loss can be reduced while suppressing knocking, which is a concern in the second region.

すなわち、回転速度が相対的に高く低温酸化反応が起き難くなる第2領域では、既述のとおりプリイグニッションの発生リスクは低下するが、混合気の燃焼途中にその燃焼領域の外側に位置する未燃ガスが局所自着火により急速燃焼する異常燃焼であるノッキングが起き易くなる。ノッキングは、混合気の燃焼が開始される時点での燃焼室の環境に主に依存するので、燃焼開始時点での燃焼室の温度が高いほど起き易くなると考えられる。これに対し、本制御装置では、第2領域で吸気弁の作動位相が遅角側にシフトされて有効圧縮比が低くされるので、燃焼が開始される圧縮上死点近傍での燃焼室の温度を低下させることができ、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。また、回転速度が相対的に高いために吸気慣性効果が高い前記第2領域において有効圧縮比が低くされるので、ピストンによる実質的な圧縮代の低下によるポンピングロスの低下を享受しつつ必要十分な充填空気量を得ることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。 That is, in the second region where the rotational speed is relatively high and low-temperature oxidation reaction does not easily occur, the risk of preignition occurrence decreases as described above. Knocking, which is abnormal combustion in which the combustion gas is rapidly burned by local self-ignition, is likely to occur. Since knocking mainly depends on the environment of the combustion chamber at the time when the combustion of the air-fuel mixture starts, it is considered that the higher the temperature of the combustion chamber at the time of the start of combustion, the more likely it is to occur. On the other hand, in the present control device , the operating phase of the intake valve is shifted to the retarded side in the second region to lower the effective compression ratio. can be reduced, and the occurrence of knocking can be effectively suppressed. In addition, since the effective compression ratio is lowered in the second region where the intake inertia effect is high due to the relatively high rotation speed, the necessary and sufficient compression ratio can be obtained while enjoying the reduction in pumping loss due to the substantial reduction in compression allowance due to the piston. A charged air amount can be obtained, and the fuel efficiency of the engine can be improved.

本発明の第2の局面に係る制御装置は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、前記燃焼制御部は、前記第1領域での前記後段噴射の開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程中期の所定時期に保持されるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とするものである請求項2)。 A control device according to a second aspect of the present invention includes a combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and exhaust gas from the combustion chamber. An exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging the fuel, and controls an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition. a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap; and fuel injected from the injector in a high engine load range. post-injection for injecting fuel during the compression stroke while driving the variable valve mechanism to form the valve overlap period of a predetermined amount or more so that the mixture with air undergoes premixed compression ignition combustion; a combustion control unit that causes the injector to perform a pre-injection that is included in the stroke or the first half of the compression stroke and that injects fuel at a timing earlier than the post-injection, and a part of the low speed side in the high load region is a first region. , when a part of the high-speed side in the high-load region is set as the second region, the combustion control unit controls the injector so that the start timing of the post-stage injection is later in the first region than in the second region. and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period is longer in the first region than in the second region, and the combustion control unit starts the post-injection in the first region. The injector is controlled so that the timing is maintained at a predetermined timing in the middle of the compression stroke regardless of the rotational speed ( Claim 2 ).

この第2の局面に係る制御装置によれば、前記第1の局面と同様、高負荷域での異常燃焼の抑制とエミッション性能の向上とを両立することができる。しかも、第1領域での後段噴射の開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程中期の所定時期に保持されるので、回転速度に応じた燃料噴射制御を簡素化しつつ、第1領域でのプリイグニッション等の異常燃焼が抑制されるレベルで燃焼室を冷却することができる。また、プリイグニッションの発生リスクが最も高い条件でも後段噴射の開始時期を圧縮行程の中期に設定できる(言い換えると圧縮行程後期まで遅角させる必要がない)ので、混合気の過度な局所リッチ化を回避でき、エミッション性能の悪化を効果的に抑制することができる。 According to the control device according to the second aspect , as in the first aspect, it is possible to both suppress abnormal combustion in the high load range and improve the emission performance. Moreover, since the start timing of the post-stage injection in the first region is held at the predetermined timing in the middle of the compression stroke regardless of the rotational speed, the fuel injection control in accordance with the rotational speed is simplified, and the pre-injection in the first region is performed. The combustion chamber can be cooled to a level at which abnormal combustion such as ignition is suppressed. In addition, even under conditions where the risk of pre-ignition occurrence is the highest, the start timing of the post-injection can be set in the middle of the compression stroke (in other words, there is no need to retard it until the end of the compression stroke), so excessive local enrichment of the air-fuel mixture can be prevented. can be avoided, and deterioration of emission performance can be effectively suppressed.

前記第2の局面に係る制御装置において、好ましくは、前記燃焼制御部は、前記第2領域内の低速側の一部において回転速度が高くなるほど前記後段噴射の開始時期が進角され、かつ前記第2領域内の高速側の一部において前記後段噴射の開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程初期の所定時期に保持されるように、前記インジェクタを制御する(請求項3)。 In the control device according to the second aspect, preferably, the combustion control unit advances the post-injection start timing as the rotational speed increases in a portion of the low speed side in the second region, and The injector is controlled so that the start timing of the post-stage injection is held at a predetermined timing at the beginning of the compression stroke regardless of the rotational speed in a part of the high speed side within the second region ( Claim 3 ).

このように、第2領域内の低速側の一部において回転速度が高くなるほど後段噴射の開始時期を進角させるようにした場合には、第2領域の下限速度からの回転上昇に伴いプリイグニッションの発生リスクが急減するのに合わせて後段噴射の開始時期を適切な時期(より進角側の時期)に設定することができ、エミッション性能の向上を図ることができる。また、第2領域内の高速側の一部では、後段噴射の開始時期が圧縮行程初期の所定時期に保持されるので、エミッション性能を向上させつつ、高回転側で懸念されるノッキングを抑制し得るレベルで燃焼室を冷却することができる。 In this way, when the post-injection start timing is advanced as the rotational speed increases in a part of the lower speed side of the second region, pre-ignition occurs as the rotational speed increases from the lower limit speed of the second region. The start timing of the post-injection can be set to an appropriate timing (a more advanced timing) in accordance with the rapid decrease in the risk of occurrence of , and the emission performance can be improved. In addition, in a part of the second region on the high speed side, the start timing of the post-injection is held at the predetermined timing at the beginning of the compression stroke, thereby improving emission performance and suppressing knocking, which is a concern on the high speed side. The combustion chamber can be cooled at the level obtained.

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記第1領域および前記第2領域における前記後段噴射の噴射量割合が回転速度に拠らず一定になるように前記インジェクタを制御する(請求項4)。 In the above configuration, more preferably, the combustion control unit controls the injector so that the injection amount ratio of the post-injection in the first region and the second region is constant regardless of the rotational speed . Item 4 ).

この構成によれば、回転速度に応じた燃料噴射制御を簡素化しつつ所要レベルの冷却効果を得ることができる。 According to this configuration, it is possible to obtain a required level of cooling effect while simplifying the fuel injection control according to the rotational speed.

本発明の第3の局面に係る制御装置は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、前記燃焼制御部は、前記第1領域内の低速側の一部において前記バルブオーバーラップ期間が回転速度に拠らず第1の期間に保持され、かつ前記第1領域内の高速側の一部において回転速度が高くなるほど前記バルブオーバーラップ期間が前記第1の期間に対し短くなるように、前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とするものである請求項5)。 A control device according to a third aspect of the present invention includes a combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and exhaust gas from the combustion chamber. An exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging the fuel, and controls an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition. a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap; and fuel injected from the injector in a high engine load range. post-injection for injecting fuel during the compression stroke while driving the variable valve mechanism to form the valve overlap period of a predetermined amount or more so that the mixture with air undergoes premixed compression ignition combustion; a combustion control unit that causes the injector to perform a pre-injection that is included in the stroke or the first half of the compression stroke and that injects fuel at a timing earlier than the post-injection, and a part of the low speed side in the high load region is a first region. , when a part of the high-speed side in the high-load region is set as the second region, the combustion control unit controls the injector so that the start timing of the post-stage injection is later in the first region than in the second region. and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period is longer in the first region than in the second region, and the combustion control unit controls a part of the low speed side in the first region , the valve overlap period is maintained at the first period regardless of the rotation speed, and the valve overlap period is changed to the first period as the rotation speed increases in a part of the high speed side in the first region. , wherein the variable valve mechanism is controlled so as to be shorter than ( claim 5 ).

この第3の局面に係る制御装置によれば、前記第1の局面と同様、高負荷域での異常燃焼の抑制とエミッション性能の向上とを両立することができる。しかも、第1領域内の低速側の一部においてバルブオーバーラップ期間が一律に大きな値に設定されるので、プリイグニッションの発生リスクが最も高い条件で十分な掃気作用を発揮させることができ、プリイグニッションを効果的に抑制することができる。また、第1領域内の高速側の一部では、回転速度が高くなるほどバルブオーバーラップ期間が縮小されるので、燃焼室内が高流動化して掃気作用が得られ易くなるのに合わせた適切なバルブオーバーラップ期間を確保でき、高回転側ほど発生リスクが低くなるプリイグニッションを当該バルブオーバーラップ期間中の掃気作用により必要なレベルで抑制することができる。 According to the control device according to the third aspect , similarly to the first aspect, it is possible to both suppress abnormal combustion in the high load range and improve the emission performance. Moreover, since the valve overlap period is uniformly set to a large value in a part of the low speed side in the first region, a sufficient scavenging action can be exhibited under conditions where the risk of occurrence of preignition is the highest. Ignition can be effectively suppressed. Also, in a part of the high speed side in the first region, the higher the rotation speed, the shorter the valve overlap period. The overlap period can be ensured, and pre-ignition, which occurs at a lower risk on the higher rotation side, can be suppressed to a necessary level by the scavenging action during the valve overlap period.

前記第1の局面に係る制御装置において、前記燃焼制御部は、前記第1領域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の開始時期が進角されかつ前記後段噴射の噴射量割合が増えるように前記インジェクタを制御するものであってもよい(請求項6)。 In the control device according to the first aspect, the combustion control unit advances the start timing of the post-injection and increases the injection amount ratio of the post-injection as the rotational speed increases during operation in the first region. The injector may be controlled so as to increase ( Claim 6 ).

この構成によれば、回転速度の変化に伴うプリイグニッションの発生リスクの増減に応じた適切な後段噴射の開始時期および噴射量割合を設定することが可能になり、プリイグニッションの抑制効果をより高めることができる。 According to this configuration, it is possible to set an appropriate post-injection start timing and injection amount ratio in accordance with an increase or decrease in the risk of preignition occurring due to a change in rotational speed, thereby further enhancing the effect of suppressing preignition. be able to.

前記第1~第3の局面に係る制御装置において、好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室に連通する吸気通路および排気通路と、排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に還流するEGR装置とを備え、前記燃焼制御部は、前記高負荷域よりも負荷が低い中負荷域において混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記EGR装置を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部EGR率が前記中負荷域よりも前記高負荷域で低くなるように前記EGR装置を制御する(請求項7)。 In the control device according to the first to third aspects, preferably, the engine includes an intake passage and an exhaust passage that communicate with the combustion chamber, and an EGR device that recirculates exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage. and the combustion control unit burns the air-fuel mixture by premixed compression ignition combustion in a medium load range in which the load is lower than that in the high load range, and controls exhaust gas recirculated to the combustion chamber through the EGR device. The EGR device is controlled so that the external EGR rate, which is a ratio, is lower in the high load range than in the medium load range ( claim 7 ).

このように、エンジンの高負荷域で外部EGR率を相対的に低くするようにした場合には、高負荷域において燃焼室に十分な量の空気を導入することができ、負荷に見合った十分に高いトルクを発生させることができる。一方、高負荷域で外部EGR率が低くされると異常燃焼(プリイグニッションまたはノッキング)の発生リスクが高まるが、この異常燃焼は上述したバルブオーバーラップ期間の拡大と後段噴射との効果によって十分に抑制される。すなわち、前記構成によれば、高い出力トルクを確保しつつ異常燃焼を抑制することができる。 In this way, when the external EGR rate is made relatively low in the high load region of the engine, a sufficient amount of air can be introduced into the combustion chamber in the high load region, and a sufficient amount of air corresponding to the load can be obtained. can generate high torque. On the other hand, when the external EGR rate is lowered in the high load range, the risk of abnormal combustion (pre-ignition or knocking) increases, but this abnormal combustion is sufficiently suppressed by the effects of the above-described expansion of the valve overlap period and post-injection. be done. That is, according to the above configuration, it is possible to suppress abnormal combustion while ensuring high output torque.

前記第1~第3の局面に係る制御装置において、好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、前記燃焼制御部は、前記高負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる(請求項8)。 In the control device according to the first to third aspects, preferably, the engine includes a spark plug that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the combustion control unit, during operation in the high load range, Part of the air-fuel mixture is burned by flame propagation from the ignition point of the spark plug, and the rest of the air-fuel mixture is burned by self-ignition, so that partial compression ignition combustion is performed near compression top dead center. The ignition plug is caused to perform spark ignition at the timing ( claim 8 ).

このように、点火プラグによる火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により燃焼させるようにした場合には、火花点火の時期に応じて混合気の着火時期を的確に調整することができ、外部環境や負荷等の変動にかかわらず安定した出力を発揮する実用性に優れたエンジンを実現することができる。 In this way, when part of the air-fuel mixture is burned by flame propagation triggered by spark ignition by the spark plug, the ignition timing of the air-fuel mixture can be accurately adjusted according to the timing of spark ignition. , it is possible to realize an engine with excellent practicality that exhibits stable output regardless of fluctuations in the external environment, load, and the like.

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、高負荷域での異常燃焼の抑制とエミッション性能の向上とを両立することができる。 As described above, according to the control device for a premixed charge compression ignition engine of the present invention, it is possible to both suppress abnormal combustion in a high load range and improve emission performance.

本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。1 is a system diagram schematically showing the overall configuration of a compression ignition engine according to one embodiment of the present invention; FIG. エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。It is the figure which showed collectively the sectional view of an engine main body, and the top view of a piston. 吸気弁および排気弁のリフトカーブを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing lift curves of an intake valve and an exhaust valve; エンジンの制御系統を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a control system of the engine; FIG. エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けした運転マップである。1 is an operation map in which engine operation regions are classified according to differences in combustion modes; SPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)時の熱発生率の波形を示すグラフである。4 is a graph showing a waveform of heat release rate during SPCCI combustion (partial compression ignition combustion). 図5のマップ中の第1運転領域(A1)を燃料噴射制御等の相違により区分けした拡大運転マップである。FIG. 6 is an enlarged operation map in which the first operation region (A1) in the map of FIG. 5 is divided according to differences in fuel injection control, etc. FIG. エンジンの運転中に実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flow chart for explaining control operations that are executed while the engine is running; 図7のマップ中の高負荷域(D1)において実行される燃料の噴射パターンを示すタイムチャートであり、(a)~(c)はエンジン回転速度が異なる各条件での噴射パターンを示している。FIG. 8 is a time chart showing a fuel injection pattern executed in a high load region (D1) in the map of FIG. 7, and (a) to (c) show injection patterns under different engine speed conditions. . 図7のマップ中の中負荷域(D2)において実行される燃料の噴射パターンを示すタイムチャートである。FIG. 8 is a time chart showing a fuel injection pattern executed in a medium load range (D2) in the map of FIG. 7; FIG. 上記高負荷域および中負荷域において設定される外部EGR率のエンジン負荷に応じた変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in the external EGR rate set in the high load range and the medium load range according to the engine load. 上記高負荷域において実行される前段噴射および後段噴射の噴射量/噴射時期を説明するための図であり、(a)は前段・後段噴射の各開始時期とエンジン回転速度との関係を示すグラフ、(b)は前段・後段噴射の各噴射量割合とエンジン回転速度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a diagram for explaining the injection amount/injection timing of the pre-stage injection and the post-stage injection executed in the high load range, and FIG. , (b) is a graph showing the relationship between each injection amount ratio of the front injection and the rear injection and the engine rotation speed. 上記高負荷域でのバルブタイミングを説明するための図であり、(a)はバルブオーバーラップ期間とエンジン回転速度との関係を示すグラフ、(b)は吸・排気弁の開閉時期とエンジン回転速度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a diagram for explaining the valve timing in the above high load range, where (a) is a graph showing the relationship between the valve overlap period and the engine speed, and (b) is the opening/closing timing of the intake/exhaust valves and the engine speed. It is a graph which shows the relationship with speed. 上記実施形態の変形例を説明するための図であり、(a)は後段噴射の開始時期とエンジン回転速度との関係を示すグラフ、(b)は後段噴射の噴射量割合とエンジン回転速度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a diagram for explaining a modification of the above embodiment, where (a) is a graph showing the relationship between the start timing of the post-injection and the engine speed, and (b) is a graph showing the relationship between the injection amount ratio of the post-injection and the engine speed. is a graph showing the relationship of

(1)エンジンの全体構成
図1および図2は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン(以下、単にエンジンともいう)の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流する外部EGR装置50を備えている。
(1) Entire Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a preferred embodiment of a compression ignition engine (hereinafter simply referred to as engine) to which the control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a 4-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a power source for running. It has an exhaust passage 40 through which exhaust gas discharged from the engine body 1 flows, and an external EGR device 50 that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40 to the intake passage 30 .

エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、気筒2を上から閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。エンジン本体1は、典型的には複数の(例えば4つの)気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、1つの気筒2のみに着目して説明を進める。 The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, a cylinder head 4 attached to the upper surface of the cylinder block 3 so as to block the cylinder 2 from above, and a reciprocatingly slidable insertion into the cylinder 2. and a piston 5 that is The engine main body 1 is typically of a multi-cylinder type having a plurality of (for example, four) cylinders, but for the sake of simplification, only one cylinder 2 will be described here.

ピストン5の上方には燃焼室6が画成されており、この燃焼室6には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ15からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室6で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン5が上下方向に往復運動する。 A combustion chamber 6 is defined above the piston 5, and fuel containing gasoline as a main component is supplied to the combustion chamber 6 by injection from an injector 15, which will be described later. The supplied fuel burns while being mixed with air in the combustion chamber 6, and the piston 5 reciprocates vertically by receiving the expansion force due to the combustion.

ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転駆動される。 A crankshaft 7 that is an output shaft of the engine body 1 is provided below the piston 5 . The crankshaft 7 is connected to the piston 5 via a connecting rod 8 and is rotationally driven around the central axis according to the reciprocating motion (vertical motion) of the piston 5 .

気筒2の幾何学的圧縮比、つまりピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が下死点にあるときの燃焼室6の容積との比は、後述するSPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)に好適な値として、14以上20以下、好ましくは16以上18以下に設定される。 The geometric compression ratio of the cylinder 2, that is, the ratio between the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at top dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at bottom dead center, is determined by SPCCI combustion, which will be described later. As a value suitable for (partial compression ignition combustion), it is set to 14 or more and 20 or less, preferably 16 or more and 18 or less.

シリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転速度(エンジン回転速度)を検出するクランク角センサSN1と、シリンダブロック3およびシリンダヘッド4の内部を流通する冷却水の温度(エンジン水温)を検出する水温センサSN2とが設けられている。 In the cylinder block 3, a crank angle sensor SN1 for detecting the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7 and the rotation speed (engine speed) of the crankshaft 7, and a cooling device that flows through the cylinder block 3 and the cylinder head 4 are provided. A water temperature sensor SN2 is provided to detect the temperature of water (engine water temperature).

シリンダヘッド4には、吸気通路30から供給される空気を燃焼室6に導入するための吸気ポート9と、燃焼室6で生成された排気ガスを排気通路40に導出するための排気ポート10と、吸気ポート9の燃焼室6側の開口を開閉する吸気弁11と、排気ポート10の燃焼室6側の開口を開閉する排気弁12とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図2に示すように、吸気2バルブ×排気2バルブの4バルブ形式である。すなわち、当実施形態では、1つの気筒2の燃焼室6に対し吸気ポート9および排気ポート10が2つずつ開口するとともに、各ポート9,10の数に対応して吸気弁11および排気弁12が1つの気筒2につき2つずつ設けられている。 The cylinder head 4 has an intake port 9 for introducing air supplied from an intake passage 30 into the combustion chamber 6, and an exhaust port 10 for introducing exhaust gas generated in the combustion chamber 6 to an exhaust passage 40. , an intake valve 11 for opening and closing the opening of the intake port 9 on the combustion chamber 6 side, and an exhaust valve 12 for opening and closing the opening of the exhaust port 10 on the combustion chamber 6 side. As shown in FIG. 2, the valve type of the engine of this embodiment is a 4-valve type consisting of 2 intake valves and 2 exhaust valves. That is, in this embodiment, two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are opened to the combustion chamber 6 of one cylinder 2, and the intake valves 11 and the exhaust valves 12 correspond to the number of the ports 9 and 10. are provided two by one cylinder 2 .

吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。 The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by a valve mechanism including a pair of camshafts arranged in the cylinder head 4 .

吸気弁11用の動弁機構には、吸気弁11の開閉時期を変更可能な吸気VVT13が内蔵されている。同様に、排気弁12用の動弁機構には、排気弁12の開閉時期を変更可能な排気VVT14が内蔵されている。吸気VVT13(排気VVT14)は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁11(排気弁12)の開時期および閉時期を同時にかつ同量だけ変更する。なお、吸気VVT13および排気VVT14の組合せは本発明における「バルブ可変機構」に相当し、吸気VVT13は本発明における「吸気弁可変機構」に相当する。 A valve mechanism for the intake valve 11 incorporates an intake VVT 13 capable of changing the opening/closing timing of the intake valve 11 . Similarly, the valve mechanism for the exhaust valve 12 incorporates an exhaust VVT 14 capable of changing the opening/closing timing of the exhaust valve 12 . The intake VVT 13 (exhaust VVT 14) is a so-called phase-type variable mechanism, and changes the opening timing and closing timing of the intake valve 11 (exhaust valve 12) simultaneously and by the same amount. The combination of the intake VVT 13 and the exhaust VVT 14 corresponds to the "variable valve mechanism" of the present invention, and the intake VVT 13 corresponds to the "variable intake valve mechanism" of the present invention.

図3は、吸気弁11および排気弁12のリフトカーブを示す図である(INは吸気弁11のリフトカーブを、EXは排気弁12のリフトカーブをそれぞれ示している)。本図に示すように、吸気弁11および排気弁12は、排気上死点(図3中のTDC)を跨いで開弁期間が重複するように駆動されることがある。この重複期間、つまり吸気弁11および排気弁12の双方が開弁する期間は、バルブオーバーラップ期間と呼ばれる。バルブオーバーラップ期間は、上述した吸気VVT13および排気VVT14の制御により調整することが可能である。 FIG. 3 is a diagram showing lift curves of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 (IN indicates the lift curve of the intake valve 11 and EX indicates the lift curve of the exhaust valve 12). As shown in this figure, the intake valve 11 and the exhaust valve 12 may be driven so that the valve opening periods overlap across exhaust top dead center (TDC in FIG. 3). This overlapping period, that is, the period in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are open, is called a valve overlap period. The valve overlap period can be adjusted by controlling the intake VVT 13 and the exhaust VVT 14 described above.

図3では、バルブオーバーラップ期間が比較的長く設定された場合のリフトカーブを実線の波形で示し、バルブオーバーラップ期間が比較的短く設定された場合のリフトカーブを破線の波形で示している。例えば、後述する過給機33により加圧された吸気の圧力(過給圧)が高くなる高負荷域において、実線の波形のようにバルブオーバーラップ期間が拡大された場合には、当該オーバーラップ期間の間、吸気ポート9から排気ポート10へと吹き抜ける吸気の流れが形成される結果、燃焼室6内に残留する既燃ガスの排気ポート10への排出が促進され、いわゆる掃気性能が向上する。一方、吸気の圧力が低い低負荷域においてバルブオーバーラップ期間が拡大された場合には、吸気行程の前期に未だ開放状態にある排気ポート10から燃焼室6へと既燃ガス(排気ガス)が引き戻される結果、燃焼室6に残留する排気ガスの割合である内部EGR率が高くなる。このように、吸気VVT13および排気VVT14を備えた当実施形態のエンジンでは、エンジンの高負荷域または低負荷域でのバルブオーバーラップ期間の拡大または縮小により、掃気性能や内部EGR率を調整できるようになっている。 In FIG. 3, the solid-line waveform indicates the lift curve when the valve overlap period is set relatively long, and the broken-line waveform indicates the lift curve when the valve overlap period is set relatively short. For example, in a high load region where the pressure of intake air (supercharging pressure) pressurized by the supercharger 33 (to be described later) increases, when the valve overlap period is expanded as shown by the waveform of the solid line, the overlap During the period, the flow of intake air blowing through from the intake port 9 to the exhaust port 10 is formed. As a result, the burned gas remaining in the combustion chamber 6 is promoted to be discharged to the exhaust port 10, and the so-called scavenging performance is improved. . On the other hand, when the valve overlap period is extended in a low load region where the intake pressure is low, burned gas (exhaust gas) flows from the exhaust port 10, which is still open, into the combustion chamber 6 in the first half of the intake stroke. As a result of being pulled back, the internal EGR rate, which is the proportion of the exhaust gas remaining in the combustion chamber 6, increases. As described above, in the engine of this embodiment having the intake VVT 13 and the exhaust VVT 14, the scavenging performance and the internal EGR rate can be adjusted by expanding or contracting the valve overlap period in the high load range or low load range of the engine. It has become.

図1および図2に示すように、シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ15と、インジェクタ15から燃焼室6に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ16とが設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the cylinder head 4 has an injector 15 for injecting fuel (gasoline) into the combustion chamber 6, and the fuel injected from the injector 15 into the combustion chamber 6 is mixed with intake air. A spark plug 16 is provided for igniting the air-fuel mixture.

図2に示すように、ピストン5の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹陥させたキャビティ20が形成されている。また、ピストン5の冠面におけるキャビティ20よりも径方向外側には、円環状の平坦面からなるスキッシュ部21が形成されている。 As shown in FIG. 2 , a cavity 20 is formed in the crown surface of the piston 5 by recessing a relatively wide area including the central portion thereof toward the opposite side (downward) of the cylinder head 4 . A squish portion 21 made of an annular flat surface is formed radially outside the cavity 20 on the crown surface of the piston 5 .

インジェクタ15は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である(図2中のFは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している)。インジェクタ15は、その先端部がピストン5の冠面の中心部(キャビティ20の底部中央)と対向するように、燃焼室6の天井面の中心部に配置されている。 The injector 15 is a multiple injection hole type injector having a plurality of injection holes at its tip, and is capable of radially injecting fuel from the plurality of injection holes (F in FIG. 2 indicates each injection hole). represents the spray of fuel injected from the holes). The injector 15 is arranged at the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 so that its tip faces the center of the crown surface of the piston 5 (the center of the bottom of the cavity 20).

点火プラグ16は、インジェクタ15に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ16の先端部(電極部)の位置は、キャビティ20と平面視で重複するように設定されている。 The spark plug 16 is arranged at a position slightly shifted toward the intake side with respect to the injector 15 . The position of the tip portion (electrode portion) of the spark plug 16 is set so as to overlap with the cavity 20 in plan view.

図1に示すように、吸気通路30は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路30の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路30および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。 As shown in FIG. 1 , the intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 9 . Air (fresh air) taken from the upstream end of the intake passage 30 is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 and the intake port 9 .

吸気通路30には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ31と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁32と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機33と、過給機33により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ35と、サージタンク36とが設けられている。 The intake passage 30 includes, in order from the upstream side thereof, an air cleaner 31 that removes foreign matter from the intake air, a throttle valve 32 that can be opened and closed to adjust the flow rate of the intake air, a supercharger 33 that compresses and delivers the intake air, and a supercharger. An intercooler 35 for cooling the intake air compressed by the feeder 33 and a surge tank 36 are provided.

吸気通路30の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサSN3と、吸気の温度を検出する吸気温センサSN4と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN5とが設けられている。エアフローセンサSN3および吸気温センサSN4は、吸気通路30におけるエアクリーナ31とスロットル弁32との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。吸気圧センサSN5は、サージタンク36に設けられ、当該サージタンク36内の吸気の圧力を検出する。 Each portion of the intake passage 30 is provided with an airflow sensor SN3 that detects the flow rate of intake air, an intake air temperature sensor SN4 that detects the temperature of the intake air, and an intake pressure sensor SN5 that detects the pressure of the intake air. An airflow sensor SN3 and an intake air temperature sensor SN4 are provided at a portion between the air cleaner 31 and the throttle valve 32 in the intake passage 30, and detect the flow rate and temperature of intake air passing through these portions. The intake pressure sensor SN5 is provided in the surge tank 36 and detects the pressure of intake air in the surge tank 36 .

過給機33は、エンジン本体1と機械的に連係された機械式の過給機(スーパーチャージャ)である。過給機33の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機33として用いることができる。 The supercharger 33 is a mechanical supercharger (supercharger) mechanically linked to the engine body 1 . The specific type of the supercharger 33 is not particularly limited, but any known supercharger such as Lysholm type, Roots type, or centrifugal type can be used as the supercharger 33 .

過給機33とエンジン本体1との間には、締結/解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ34が介設されている。電磁クラッチ34が締結されると、エンジン本体1から過給機33に駆動力が伝達されて、過給機33による過給が行われる。一方、電磁クラッチ34が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機33による過給が停止される。 Between the supercharger 33 and the engine body 1, an electromagnetic clutch 34 is interposed which can be electrically switched between engagement and disengagement. When the electromagnetic clutch 34 is engaged, driving force is transmitted from the engine body 1 to the supercharger 33, and supercharging by the supercharger 33 is performed. On the other hand, when the electromagnetic clutch 34 is released, the transmission of the driving force is interrupted and the supercharging by the supercharger 33 is stopped.

吸気通路30には、過給機33をバイパスするためのバイパス通路38が設けられている。バイパス通路38は、サージタンク36と後述するEGR通路51とを互いに接続している。バイパス通路38には開閉可能なバイパス弁39が設けられている。 A bypass passage 38 for bypassing the supercharger 33 is provided in the intake passage 30 . The bypass passage 38 connects the surge tank 36 and an EGR passage 51 (to be described later) to each other. A bypass valve 39 that can be opened and closed is provided in the bypass passage 38 .

排気通路40は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面(吸気通路30とは反対側の面)に接続されている。燃焼室6で生成された既燃ガスは、排気ポート10および排気通路40を通じて外部に排出される。 The exhaust passage 40 is connected to the other side surface of the cylinder head 4 (the surface opposite to the intake passage 30) so as to communicate with the exhaust port 10. As shown in FIG. Burned gas generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust port 10 and the exhaust passage 40 .

排気通路40には触媒コンバータ41が設けられている。触媒コンバータ41には、排気通路40を流通する排気ガス中に含まれる有害成分(HC、CO、NOx)を浄化するための三元触媒41aと、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するためのGPF(ガソリン・パティキュレート・フィルタ)41bとが内蔵されている。 A catalytic converter 41 is provided in the exhaust passage 40 . The catalytic converter 41 includes a three-way catalyst 41a for purifying harmful components (HC, CO, NOx) contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40, and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. A GPF (gasoline particulate filter) 41b for collecting is incorporated.

排気通路40における触媒コンバータ41よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出するA/FセンサSN6が設けられている。 An A/F sensor SN6 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas is provided upstream of the catalytic converter 41 in the exhaust passage 40 .

外部EGR装置50は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路51と、EGR通路51に設けられたEGRクーラ52およびEGR弁53とを有している。EGR通路51は、排気通路40における触媒コンバータ41よりも下流側の部位と、吸気通路30におけるスロットル弁32と過給機33との間の部位とを互いに接続している。EGRクーラ52は、EGR通路51を通じて排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(外部EGRガス)を熱交換により冷却する。EGR弁53は、EGRクーラ52よりも下流側(吸気通路30に近い側)のEGR通路51に開閉可能に設けられ、EGR通路51を流通する排気ガスの流量を調整する。 The external EGR device 50 has an EGR passage 51 connecting the exhaust passage 40 and the intake passage 30 , and an EGR cooler 52 and an EGR valve 53 provided in the EGR passage 51 . The EGR passage 51 connects a portion of the exhaust passage 40 downstream of the catalytic converter 41 and a portion of the intake passage 30 between the throttle valve 32 and the supercharger 33 . The EGR cooler 52 cools the exhaust gas (external EGR gas) recirculated from the exhaust passage 40 to the intake passage 30 through the EGR passage 51 by heat exchange. The EGR valve 53 is provided in the EGR passage 51 downstream (closer to the intake passage 30 ) than the EGR cooler 52 so as to be openable and closable, and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 51 .

(2)制御系統
図4は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるPCM100は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(2) Control System FIG. 4 is a block diagram showing the engine control system. A PCM 100 shown in this figure is a microprocessor for overall control of the engine and the like, and is composed of a well-known CPU, ROM, RAM and the like.

PCM100には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、PCM100は、上述したクランク角センサSN1、水温センサSN2、エアフローセンサSN3、吸気温センサSN4、吸気圧センサSN5、A/FセンサSN6と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報(つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気温、吸気圧、排気酸素濃度)がPCM100に逐次入力されるようになっている。 Detection signals from various sensors are input to the PCM 100 . For example, the PCM 100 is electrically connected to the crank angle sensor SN1, the water temperature sensor SN2, the airflow sensor SN3, the intake air temperature sensor SN4, the intake pressure sensor SN5, and the A/F sensor SN6. Information (that is, crank angle, engine rotation speed, engine water temperature, intake flow rate, intake air temperature, intake pressure, exhaust oxygen concentration) is sequentially input to the PCM 100 .

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度(以下、アクセル開度という)を検出するアクセルセンサSN7と、車両の走行速度(以下、車速という)を検出する車速センサSN8とが設けられており、これらのセンサSN7,SN8による検出信号もPCM100に逐次入力される。 Further, the vehicle is equipped with an accelerator sensor SN7 for detecting the opening of an accelerator pedal operated by the driver of the vehicle (hereinafter referred to as accelerator opening), and a traveling speed of the vehicle (hereinafter referred to as vehicle speed). A vehicle speed sensor SN8 is provided, and detection signals from these sensors SN7 and SN8 are also sequentially input to the PCM 100. FIG.

PCM100は、上記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、PCM100は、吸・排気VVT13,14、インジェクタ15、点火プラグ16、スロットル弁32、電磁クラッチ34、バイパス弁39、およびEGR弁53等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。 The PCM 100 controls each part of the engine while executing various determinations and calculations based on the input information from each sensor. That is, the PCM 100 is electrically connected to the intake/exhaust VVT 13, 14, the injector 15, the spark plug 16, the throttle valve 32, the electromagnetic clutch 34, the bypass valve 39, the EGR valve 53, etc. Control signals are output to each of these devices based on the above.

具体的に、PCM100は、判定部101、燃焼制御部102、および記憶部103を機能的に有している。 Specifically, PCM 100 functionally includes determination unit 101 , combustion control unit 102 , and storage unit 103 .

燃焼制御部102は、燃焼室6での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部を制御する。判定部101は、燃焼制御部102による制御の内容を決定するのに必要な種々の判定を行うための制御モジュールである。記憶部103は、判定部101および燃焼制御部102での処理に必要な各種データを記憶するものである。 The combustion control unit 102 is a control module that controls the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6, and controls each part of the engine so that the output torque of the engine and the like are appropriate values according to the driver's request. The determination unit 101 is a control module for making various determinations necessary to determine the details of control by the combustion control unit 102 . The storage unit 103 stores various data necessary for processing in the determination unit 101 and the combustion control unit 102 .

(3)運転状態に応じた制御
図5は、エンジンの回転速度/負荷に応じた制御の相違を説明するための運転マップである。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって4つの運転領域A1~A4に大別される。それぞれ第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3、第4運転領域A4とすると、第3運転領域A3は、エンジン回転速度が第1速度N1未満となる極低速域であり、第4運転領域A4は、エンジン回転速度が第2速度N2以上となる高速域であり、第1運転領域A1は、第3・第4運転領域A3,A4以外の速度域(低・中速領域)のうち負荷が基準負荷L1以上となる低中速・高負荷の領域であり、第2運転領域A2は、第1、第3、第4運転領域A1,A3,A4以外の残余の領域(低中速・低負荷の領域)である。第1運転領域A1と第2運転領域A2との境界に位置する基準負荷L1は、過給機33が駆動される下限の負荷(過給ライン)に相当している。
(3) Control according to operating state FIG. 5 is an operation map for explaining differences in control according to engine speed/load. As shown in the figure, the operating range of the engine is roughly divided into four operating ranges A1 to A4 depending on the difference in combustion mode. Assuming a first operating area A1, a second operating area A2, a third operating area A3, and a fourth operating area A4, the third operating area A3 is an extremely low speed area in which the engine speed is less than the first speed N1. , the fourth operating region A4 is a high speed region where the engine speed is equal to or higher than the second speed N2, and the first operating region A1 is a speed region other than the third and fourth operating regions A3 and A4 (low/medium speed area), the second operating area A2 is the remaining area other than the first, third, and fourth operating areas A1, A3, and A4. (low-to-medium speed/low load area). A reference load L1 positioned at the boundary between the first operating region A1 and the second operating region A2 corresponds to the lower limit load (supercharging line) at which the supercharger 33 is driven.

以下、上記第1~第4運転領域A1~A4における燃焼制御の概要について説明する。 An outline of combustion control in the first to fourth operating regions A1 to A4 will be described below.

(3-1)第1運転領域
低中速かつ高負荷の第1運転領域A1では、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。SI燃焼とは、点火プラグ16から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、CI燃焼とは、ピストン5の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらSI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の他の混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「SPCCI」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
(3-1) First Operating Region In the first operating region A1 of low to medium speed and high load, partial compression ignition combustion (hereinafter referred to as SPCCI combustion) combining SI combustion and CI combustion is performed. SI combustion is a combustion mode in which the air-fuel mixture is ignited by a spark generated from the spark plug 16, and the air-fuel mixture is forcibly burned by flame propagation that spreads the combustion area from the ignition point to the surroundings. CI combustion is a combustion mode in which an air-fuel mixture is combusted by self-ignition under an environment of sufficiently high temperature and high pressure due to compression of the piston 5 or the like. SPCCI combustion, which is a combination of SI combustion and CI combustion, involves SI combustion of part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 by spark ignition performed in an environment just before the air-fuel mixture self-ignites, and the SI It is a combustion mode in which, after combustion, other air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is subjected to CI combustion by self-ignition (due to further increase in temperature and pressure accompanying SI combustion). “SPCCI” is an abbreviation for “Spark Controlled Compression Ignition”.

図6は、上記のようなSPCCI燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率(J/deg)の変化を示したグラフである。本図に示すように、SPCCI燃焼では、SI燃焼による熱発生とCI燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、CI燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、SI燃焼時よりもCI燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、SI燃焼からCI燃焼に切り替わるタイミング(後述するθci)で現れる変曲点Xを有している。 FIG. 6 is a graph showing changes in the heat release rate (J/deg) depending on the combustion waveform, that is, the crank angle, when the SPCCI combustion is performed as described above. As shown in this figure, in SPCCI combustion, heat generation due to SI combustion and heat generation due to CI combustion occur consecutively in this order. At this time, due to the fact that the combustion speed is faster in CI combustion, the rise of heat release is steeper in CI combustion than in SI combustion. Therefore, the waveform of the heat release rate in SPCCI combustion has an inflection point X that appears at the timing (θci described later) at which SI combustion is switched to CI combustion.

上記のようなSPCCI燃焼の具体的形態として、第1運転領域A1では、過給機33による過給を行いつつ混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。このような過給を伴ったSPCCI燃焼を実現するため、第1運転領域A1では、PCM100によってエンジンの各部が次のように制御される。 As a specific form of the SPCCI combustion as described above, in the first operating region A1, control is performed to perform SPCCI combustion of the air-fuel mixture while performing supercharging by the turbocharger 33 . In order to realize such SPCCI combustion accompanied by supercharging, in the first operating region A1, the PCM 100 controls each part of the engine as follows.

スロットル弁32の開度は、理論空燃比相当の空気量が吸気通路30を通じて燃焼室6に導入されるような値に調整される。すなわち、第1運転領域A1では、吸気通路30を通じて燃焼室6に導入される空気(新気)と、インジェクタ15から燃焼室6に噴射される燃料との重量比である空燃比(A/F)の目標値が、理論空燃比(14.7)の近傍、詳しくは理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値(例えば約12~14)に設定される。そして、この空燃比の目標値(目標空燃比)と、A/FセンサSN6により検出される排気ガス中の酸素濃度等に基づいて、燃焼室6内の空燃比を上記目標空燃比に一致させ得るスロットル弁32の開度が決定され、この決定に従ってスロットル弁32が制御される。 The opening degree of the throttle valve 32 is adjusted to a value such that the amount of air corresponding to the theoretical air-fuel ratio is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 . That is, in the first operating region A1, the air-fuel ratio (A/F ) is set in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (14.7), more specifically, to a value slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio (eg, about 12 to 14). Then, the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is matched with the target air-fuel ratio based on the target value of the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) and the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the A/F sensor SN6. The obtained opening degree of the throttle valve 32 is determined, and the throttle valve 32 is controlled according to this determination.

過給機33はON状態とされる。すなわち、第1運転領域A1は、過給領域の下限である基準負荷L1以上の領域に属しており、過給機33による過給が必要である。そこで、第1運転領域A1では、電磁クラッチ34が締結されて過給機33とエンジン本体1とが連結されることにより、過給機33による過給が行われる。このとき、吸気圧センサSN5により検出されるサージタンク36内の圧力(過給圧)が、エンジン負荷/回転速度の条件ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁39の開度が制御される。 The supercharger 33 is turned on. That is, the first operating region A1 belongs to a region of the reference load L1 or higher, which is the lower limit of the supercharging region, and supercharging by the supercharger 33 is required. Therefore, in the first operating region A1, supercharging by the supercharger 33 is performed by engaging the electromagnetic clutch 34 and connecting the supercharger 33 and the engine body 1 . At this time, the bypass valve 39 is opened so that the pressure in the surge tank 36 (supercharging pressure) detected by the intake pressure sensor SN5 coincides with a predetermined target pressure for each engine load/rotational speed condition. degree is controlled.

ここで、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼では、SI燃焼とCI燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。そこで、当実施形態では、SPCCI燃焼(SI燃焼およびCI燃焼)による全熱発生量に対するSI燃焼による熱発生量の割合であるSI率に着目し、このSI率が適正な値になるようにエンジンの各部を制御する。 Here, in SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are combined, it is important to control the ratio of SI combustion and CI combustion according to operating conditions. Therefore, in this embodiment, attention is paid to the SI rate, which is the ratio of the amount of heat release due to SI combustion to the total amount of heat release due to SPCCI combustion (SI combustion and CI combustion), and the engine is adjusted so that this SI rate becomes an appropriate value. control each part of

上記SI率を図6を用いて説明する。図6において、燃焼形態がSI燃焼からCI燃焼に切り替わる変曲点Xに対応するクランク角θciをCI燃焼の開始時期とする。この場合、SI燃焼による熱発生量は、当該θci(CI燃焼の開始時期)よりも進角側の熱発生率の波形の面積R1に相当し、CI燃焼による熱発生量は、当該θciよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積R2に相当するとみなすことができる。そして、上記SI率は、これら各面積R1,R2を用いて、R1/(R1+R2)と定義することができる。 The SI rate will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the crank angle θci corresponding to the inflection point X at which the combustion mode switches from SI combustion to CI combustion is defined as the start timing of CI combustion. In this case, the amount of heat release due to SI combustion corresponds to the area R1 of the waveform of the heat release rate on the advanced side of θci (the start timing of CI combustion), and the amount of heat release due to CI combustion is greater than θci. It can be regarded as equivalent to the area R2 of the waveform of the heat release rate located on the retarded side. Using these areas R1 and R2, the SI rate can be defined as R1/(R1+R2).

SPCCI燃焼が行われる第1運転領域A1では、上述したSI率およびθciが予め定められた目標値に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第1運転領域A1では、エンジン負荷/回転速度が異なる種々の条件ごとに、SI率の目標値である目標SI率とθciの目標値である目標θciとがそれぞれ定められている。そして、インジェクタ15からの燃料の噴射量/噴射時期、点火プラグ16による火花点火の時期(点火時期)、およびEGR率(外部EGR率および内部EGR率)といった複数の制御量が、上記目標SI率および目標θciを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部EGR率とは、燃焼室6内の全ガスのうち外部EGRガス(EGR通路51を通じて燃焼室6に還流される排気ガス)が占める重量割合のことであり、内部EGR率とは、燃焼室6内の全ガスのうち内部EGRガス(内部EGRにより燃焼室6に残留する既燃ガス)が占める重量割合のことである。 In the first operating region A1 where SPCCI combustion is performed, each part of the engine is controlled so that the SI rate and θci described above match predetermined target values. That is, in the first operating region A1, a target SI rate, which is a target value of the SI rate, and a target θci, which is a target value of θci, are set for various conditions of different engine loads/rotational speeds. A plurality of control variables such as the injection amount/injection timing of fuel from the injector 15, the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16, and the EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) are the target SI rate. and the target θci are controlled to be a combination that can be realized. The external EGR rate is the weight ratio of the external EGR gas (exhaust gas recirculated to the combustion chamber 6 through the EGR passage 51) in the total gas in the combustion chamber 6. The internal EGR rate is It is the weight ratio of internal EGR gas (burned gas remaining in the combustion chamber 6 due to internal EGR) to the total gas in the combustion chamber 6 .

例えば、燃料の噴射量/噴射時期は、上記目標SI率および目標θciを考慮して予め定められたマップにより決定される。また、外部EGR率および内部EGR率については、両EGR率の主な影響因子である吸・排気弁11,12の開閉タイミングと、EGR弁53の開度とが、やはり上記目標SI率および目標θciを考慮して定められたマップにより決定される。 For example, the fuel injection amount/injection timing is determined by a predetermined map in consideration of the target SI rate and target θci. Regarding the external EGR rate and the internal EGR rate, the opening/closing timing of the intake/exhaust valves 11 and 12 and the degree of opening of the EGR valve 53, which are the main influencing factors of both EGR rates, are also dependent on the target SI rate and the target SI rate. It is determined by a map determined by considering θci.

一方、点火プラグ16による火花点火の時期(点火時期)は、所定のモデル式を用いた演算により、上記目標SI率および目標θciが得られるような時期に決定される。 On the other hand, the timing (ignition timing) of spark ignition by the spark plug 16 is determined by calculation using a predetermined model formula so as to obtain the target SI rate and the target θci.

以上のように、第1運転領域A1では、予め定められたマップとモデル式を用いた演算とを組み合わせた方法により、点火時期、燃料の噴射量/噴射時期、吸・排気弁11,12の開閉タイミング、およびEGR弁53の開度が、運転条件ごとに予め定められた適正なSI率およびθci(目標SI率および目標θci)が得られる組合せとなるように制御される。 As described above, in the first operating region A1, the ignition timing, the fuel injection amount/injection timing, and the intake/exhaust valves 11 and 12 are determined by a method that combines a predetermined map and calculation using a model formula. The opening/closing timing and the degree of opening of the EGR valve 53 are controlled so as to obtain a combination that provides an appropriate SI rate and θci (target SI rate and target θci) predetermined for each operating condition.

(3-2)第2運転領域
低中速かつ低負荷の第2運転領域A2では、過給機33による過給が停止された状態(自然吸気の状態)で混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。このような自然吸気下でのSPCCI燃焼を実現するため、第1運転領域A1では、PCM100によってエンジンの各部が次のように制御される。
(3-2) Second operating region In the second operating region A2 of low to medium speed and low load, control is performed to cause SPCCI combustion of the air-fuel mixture in a state in which supercharging by the turbocharger 33 is stopped (state of natural intake). executed. In order to realize such SPCCI combustion under natural intake, the PCM 100 controls each part of the engine in the first operating region A1 as follows.

スロットル弁32の開度は、第2運転領域A2内に設定された略矩形状の境界Qの内側か外側かによって空燃比が可変となるように制御される。すなわち、第2運転領域A2における境界Qの外側領域では、燃焼室6内の混合気の空燃比(A/F)が理論空燃比(14.7)に略一致するように、スロットル弁32の開度が調整される。これに対し、第2運転領域A2における境界Qの内側領域では、空燃比が理論空燃比よりも大きい値、例えば20~35程度になるように、スロットル弁32の開度が調整される。言い換えると、境界Qの内側領域では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するA/Fリーンの混合気を燃焼室6内に形成しつつ当該混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行され、境界Qの外側領域では、理論空燃比に近いストイキ混合気を燃焼室6内に形成しつつ当該混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。境界Qは、A/FリーンのSPCCI燃焼の実行領域を第2運転領域A2における低速側の一部分に限定するべく、第2運転領域A2の上限速度(第2速度N2)、上限負荷(基準負荷L1)、および下限負荷(エンジンの最低負荷)のいずれからも離れるように設定されている。 The opening degree of the throttle valve 32 is controlled so that the air-fuel ratio is variable depending on whether it is inside or outside a substantially rectangular boundary Q set within the second operating region A2. That is, in the region outside the boundary Q in the second operating region A2, the throttle valve 32 is adjusted so that the air-fuel ratio (A/F) of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 substantially matches the stoichiometric air-fuel ratio (14.7). opening is adjusted. On the other hand, in the area inside the boundary Q in the second operating area A2, the opening of the throttle valve 32 is adjusted so that the air-fuel ratio is greater than the stoichiometric air-fuel ratio, for example, about 20-35. In other words, in the region inside the boundary Q, control is executed to form an A/F-lean air-fuel mixture having an air-fuel ratio greater than the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber 6 and to subject the air-fuel mixture to SPCCI combustion. In the outer region of , control is executed to form a stoichiometric air-fuel mixture close to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber 6 and perform SPCCI combustion of the air-fuel mixture. The boundary Q is defined by the upper limit speed (second speed N2) and the upper limit load (reference load L1), and the lower limit load (lowest load of the engine).

過給機33はOFF状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が解放されて過給機33とエンジン本体1との連結が解除されるとともに、バイパス弁39が全開とされることにより、過給機33による過給が停止される。 The supercharger 33 is turned off. That is, the electromagnetic clutch 34 is released to disconnect the supercharger 33 from the engine body 1, and the bypass valve 39 is fully opened to stop supercharging by the supercharger 33.

第2運転領域A2においても、上述した第1運転領域A1のときと同様に、目標SI率および目標θciが負荷/回転速度の条件ごとに定められている。燃料の噴射量/噴射時期、吸・排気弁11,12の開閉タイミング、およびEGR弁53の開度は、予め定められたマップを用いて、上記目標SI率および目標θciを実現するのに適した値となるように決定される。また、点火プラグ16による点火時期については、上記目標SI率および目標θciを実現可能な点火時期が所定のモデル式を用いた演算により決定される。 In the second operating range A2 as well, the target SI rate and the target θci are determined for each load/rotational speed condition, as in the case of the first operating range A1. The fuel injection amount/injection timing, the opening/closing timing of the intake/exhaust valves 11 and 12, and the opening degree of the EGR valve 53 are determined using a predetermined map to achieve the target SI rate and target θci. is determined to be the same value as As for the ignition timing by the ignition plug 16, the ignition timing that can achieve the target SI rate and the target θci is determined by calculation using a predetermined model formula.

(3-3)第3運転領域および第4運転領域
エンジン回転速度が第1速度N1よりも低い第3運転領域A1(極低速域)、およびエンジン回転速度が第2速度N2以上の第4運転領域A4(高速域)では、混合気をSI燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ15から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ16による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
(3-3) Third operating region and fourth operating region Third operating region A1 (very low speed region) in which the engine speed is lower than the first speed N1, and fourth operation in which the engine speed is equal to or higher than the second speed N2 In region A4 (high speed region), control is executed to burn the air-fuel mixture by SI combustion. For example, the entire amount of fuel to be injected in one cycle is injected from the injector 15 during the intake stroke, and spark ignition is performed by the spark plug 16 near the compression top dead center. This spark ignition initiates SI combustion, and all of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is combusted by flame propagation.

(4)第1運転領域での噴射制御
次に、第1運転領域A1でのより具体的な制御例、特に運転ポイントに応じた燃料噴射パターンの相違について説明する。SPCCI燃焼の実行領域のうち比較的負荷が高い第1運転領域A1における燃料の噴射パターンは、大きく分けて、図7に示す2つの分割領域D1,D2のいずれでエンジンが運転されているかによって異なる。また、分割領域D1の中でも、低速側の分割領域D11と高速側の分割領域D12とでは、回転速度に応じた燃料噴射時期の変化の傾向が異なる。以下では、第1運転領域A1における分割領域D1を高負荷域、分割領域D2を中負荷域と称し、高負荷域D1における低速側の分割領域D11を低速・高負荷域、高速側の分割領域D12を中速・高負荷域と称する。図7の例では、中負荷域D2は、第1運転領域A1の下限負荷である基準負荷L1(過給ライン)からこれより高い負荷L2までの負荷域を占め、高負荷域D1(低速・高負荷域D11および中速・高負荷域D12)は、第1運転領域A1のうち負荷L2から最大負荷L3までの負荷域を占めている。また、低速・高負荷域D11と中速・高負荷域D12とは、境界速度Nxを境に隣接している。なお、低速・高負荷域D11は本発明における「第1領域」に相当し、中速・高負荷域D12は本発明における「第2領域」に相当する。
(4) Injection control in the first operating region Next, a more specific example of control in the first operating region A1, particularly differences in fuel injection patterns according to operating points, will be described. The fuel injection pattern in the first operating region A1 where the load is relatively high among the SPCCI combustion execution regions can be broadly divided depending on in which of the two divided regions D1 and D2 shown in FIG. 7 the engine is operated. . Further, even in the divided region D1, the tendency of change in the fuel injection timing according to the rotational speed differs between the low speed side divided region D11 and the high speed side divided region D12. Hereinafter, the divided region D1 in the first operating region A1 is referred to as a high load region, the divided region D2 is referred to as a medium load region, the low speed side divided region D11 in the high load region D1 is referred to as a low speed/high load region, and the high speed side divided region. D12 is called a medium speed/high load range. In the example of FIG. 7, the medium load range D2 occupies the load range from the reference load L1 (supercharging line) which is the lower limit load of the first operating range A1 to the higher load L2, and the high load range D1 (low speed/ The high load range D11 and the medium speed/high load range D12) occupy the load range from the load L2 to the maximum load L3 in the first operating range A1. The low-speed/high-load region D11 and the medium-speed/high-load region D12 are adjacent to each other with the boundary speed Nx as the boundary. The low speed/high load region D11 corresponds to the "first region" of the present invention, and the medium speed/high load region D12 corresponds to the "second region" of the present invention.

図8は、第1運転領域A1での運転時に行われる具体的な制御手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートが適用される前提として、エンジンは準温間状態または温間状態にあるものとする。エンジンが準温間/温間状態にあることは、水温センサSN2により検出されるエンジン水温に基づき判定される。例えば、検出されたエンジン水温が70℃以上である場合に、エンジンが準温間/温間状態にあると判定されて、図8のフローチャートが適用される。 FIG. 8 is a flowchart showing a specific control procedure performed during operation in the first operating area A1. As a premise for applying this flow chart, the engine is assumed to be in a semi-warm state or a warm state. Whether the engine is in the semi-warm/warm state is determined based on the engine water temperature detected by the water temperature sensor SN2. For example, when the detected engine water temperature is 70° C. or higher, it is determined that the engine is in the semi-warm/warm state, and the flowchart of FIG. 8 is applied.

このフローチャートに示す制御がスタートすると、PCM100の判定部101は、ステップS1において、エンジンの現運転ポイントが図7に示した高負荷域D1に含まれるか否かを判定する。すなわち、判定部101は、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサSN7の検出値(アクセル開度)や車速センサSN8の検出値(車速)等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを図7の運転マップ上で特定し、当該マップ中の高負荷域D1に現運転ポイントが含まれるか否かを判定する。 When the control shown in this flowchart starts, the determination unit 101 of the PCM 100 determines in step S1 whether or not the current operating point of the engine is included in the high load region D1 shown in FIG. That is, the determination unit 101 determines the engine rotation speed detected by the crank angle sensor SN1 and the engine load specified from the detection value (accelerator opening) of the accelerator sensor SN7, the detection value (vehicle speed) of the vehicle speed sensor SN8, and the like. Based on this, the current operating point of the engine is specified on the operating map of FIG. 7, and it is determined whether or not the current operating point is included in the high load region D1 in the map.

上記ステップS1でYESと判定されてエンジンの現運転ポイントが高負荷域D1に含まれることが確認された場合、PCM100の燃焼制御部102は、ステップS2に移行し、過給機33を駆動して吸気を過給する。すなわち、燃焼制御部102は、電磁クラッチ34を締結して過給機33とエンジン本体1とを連結するようにとともに、バイパス弁39の開度を調整して過給圧を制御する。 If the determination in step S1 is YES and it is confirmed that the current operating point of the engine is included in the high load region D1, the combustion control unit 102 of the PCM 100 proceeds to step S2 to drive the supercharger 33. to supercharge the intake air. That is, the combustion control unit 102 engages the electromagnetic clutch 34 to connect the turbocharger 33 and the engine body 1, and adjusts the opening of the bypass valve 39 to control the boost pressure.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS3に移行し、インジェクタ15による燃料の噴射パターンとして、図9に示す第1噴射パターンを選択する。図9(a)~(c)は、高負荷域D1での噴射パターンを代表して、回転速度の異なる複数の運転ポイントP1~P3(図7)における各噴射パターンを示している。本図に示すように、第1噴射パターンが選択されると、吸気行程中に1回の燃料噴射Faが実行されるとともに、圧縮行程中に1回の燃料噴射Fbが実行される。以下では、Faを前段噴射、Fbを後段噴射と称する。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S3 and selects the first injection pattern shown in FIG. 9 as the fuel injection pattern by the injectors 15 . FIGS. 9A to 9C show injection patterns at a plurality of operating points P1 to P3 (FIG. 7) with different rotational speeds, representing the injection patterns in the high load range D1. As shown in the figure, when the first injection pattern is selected, one fuel injection Fa is performed during the intake stroke and one fuel injection Fb is performed during the compression stroke. Hereinafter, Fa will be referred to as pre-injection and Fb will be referred to as post-injection.

より具体的に、第1噴射パターンでは、前段噴射Faの開始時期は吸気行程中のいずれか(より詳しくは吸気行程の中期)に設定され、後段噴射Fbの開始時期は圧縮行程の前期または中期のいずれかに設定される。詳細は次項(5)にて後述するが、前段噴射Faおよび後段噴射Fbの各開始時期は、主にエンジン回転速度に応じて変更される。言い換えると、第1噴射パターンが選択されたとき、燃焼制御部102は、吸気行程中に前段噴射Faが、圧縮行程の前期または中期に後段噴射Fbがそれぞれ開始され、かつ各噴射Fa,Fbの開始時期がエンジン回転速度に応じて変化するように、インジェクタ15を制御する。例えば、後段噴射Fbの開始時期は、高速側(中速・高負荷域D12)よりも低速側(低速・高負荷域D11)で遅くなるように設定される(後述する図12(a)参照)。 More specifically, in the first injection pattern, the start timing of the pre-injection Fa is set somewhere in the intake stroke (more specifically, the middle of the intake stroke), and the start timing of the post-injection Fb is set in the early or middle of the compression stroke. is set to either Although the details will be described later in the next section (5), each start timing of the front injection Fa and the rear injection Fb is changed mainly according to the engine rotation speed. In other words, when the first injection pattern is selected, the combustion control unit 102 starts the pre-injection Fa during the intake stroke and the post-injection Fb during the early or middle period of the compression stroke, and controls the injections Fa and Fb. The injector 15 is controlled so that the start timing changes according to the engine speed. For example, the start timing of the post-injection Fb is set so as to be later on the low speed side (low speed/high load region D11) than on the high speed side (medium speed/high load region D12) (see FIG. 12A, which will be described later). ).

なお、本明細書において、ある行程の前期、中期、後期とは次のことを意味するものとする。すなわち、本明細書では、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を3等分した場合の各期間を前から順に「前期」「中期」「後期」と定義する。このため、例えば圧縮行程の(i)前期、(ii)中期、(iii)後期とは、それぞれ、(i)圧縮上死点前(BTDC)180~120°CA、(ii)BTDC120~60°CA、(iii)BTDC60~0°CAの各範囲のことを指す。 In this specification, the terms "early stage", "middle stage", and "late stage" of a process mean the following. That is, in this specification, each period when an arbitrary stroke such as an intake stroke or a compression stroke is divided into three equal periods is defined as "early period", "middle period", and "late period" in order from the front. For this reason, for example, the (i) early stage, (ii) middle stage, and (iii) late stage of the compression stroke are respectively defined as (i) 180 to 120° CA before top dead center of compression (BTDC) and (ii) 120 to 60° BTDC. CA, (iii) each range from BTDC60 to 0°CA.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS4に移行して、上記第1噴射パターンにおける各燃料噴射(前段噴射Faおよび後段噴射Fb)の噴射量および噴射時期を、エンジン負荷(要求トルク)および回転速度に基づき決定する。この噴射量/噴射時期の決定にはマップM1が参照される。マップM1は、第1噴射パターンにおける各噴射Fa,Fbの噴射量/噴射時期をエンジン負荷/回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部103に予め格納されている。このマップM1による噴射量/噴射時期は、上記(3-1)で説明した目標SI率および目標θciを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップS4では、第1噴射パターンにおける各噴射Fa,Fbの噴射量および噴射時期が、上記目標SI率および目標θciを実現するのに適した値となるように決定される。なお、このようにして決定される前段噴射Faおよび後段噴射Fbの噴射量/噴射時期の各詳細は、後述する(5)のとおりである。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S4, and sets the injection amount and injection timing of each fuel injection (pre-injection Fa and post-injection Fb) in the first injection pattern to engine load (required torque) and rotation speed. determined based on A map M1 is referred to for determination of the injection amount/injection timing. The map M1 defines the injection amount/injection timing of each injection Fa, Fb in the first injection pattern for each engine load/rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. The injection amount/injection timing according to this map M1 is determined in consideration of the target SI rate and target θci explained in (3-1) above. In other words, in step S4, the injection amounts and injection timings of the injections Fa and Fb in the first injection pattern are determined to be values suitable for achieving the target SI rate and target θci. Details of the injection amounts/injection timings of the pre-injection Fa and the post-injection Fb determined in this manner are as described in (5) below.

次に、上記ステップS1でNOと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが高負荷域D1に含まれないことが確認された場合の制御について説明する。この場合、判定部101は、ステップS5に移行して、エンジンの現運転ポイントが中負荷域D2に含まれるか否かを判定する。 Next, a description will be given of the control when it is determined NO in step S1, that is, when it is confirmed that the current operating point of the engine is not included in the high load region D1. In this case, the determination unit 101 proceeds to step S5 and determines whether or not the current operating point of the engine is included in the middle load range D2.

上記ステップS4でNOと判定されてエンジンの現運転ポイントが中負荷域D2に含まれないことが確認された場合、つまりエンジンが高負荷域D1および中負荷域D2を除く運転領域(第2、第3、第4運転領域A2,A3,A4のいずれか)で運転されていることが確認された場合、燃焼制御部102は、ステップS9に移行して、A2,A3,A4のいずれの運転領域に運転ポイントが含まれるかを確認し、その結果に応じた燃焼制御を実行する。例えば、運転ポイントが第2運転領域A2に含まれることが確認された場合、燃焼制御部102は、第1運転領域A1での運転時と同様、混合気をSPCCI燃焼により燃焼させる制御を実行する。ただし、第2運転領域A2では、第1運転領域A1のときと異なり、過給機33が停止される(電磁クラッチ34の締結が解除される)。また、運転ポイントが第3運転領域A3または第4運転領域A4に含まれることが確認された場合、燃焼制御部102は、SPCCI燃焼ではなくSI燃焼によって混合気を燃焼させる制御を実行する。 If the determination in step S4 is NO and it is confirmed that the current operating point of the engine is not included in the medium load range D2, that is, if the engine operates in an operating range (second, If it is confirmed that the engine is operating in any one of the third, fourth operating regions A2, A3, A4), the combustion control unit 102 proceeds to step S9 to determine which operating region A2, A3, A4. Check if the region includes the operating point, and execute combustion control according to the result. For example, when it is confirmed that the operating point is included in the second operating region A2, the combustion control unit 102 performs control to burn the air-fuel mixture by SPCCI combustion, as in the case of operating in the first operating region A1. . However, in the second operating region A2, unlike in the first operating region A1, the supercharger 33 is stopped (engagement of the electromagnetic clutch 34 is released). Further, when it is confirmed that the operating point is included in the third operating area A3 or the fourth operating area A4, the combustion control unit 102 performs control to burn the air-fuel mixture by SI combustion instead of SPCCI combustion.

一方、上記ステップS5でYESと判定されてエンジンの現運転ポイントが中負荷域D2に含まれることが確認された場合、燃焼制御部102は、ステップS6に移行し、過給機33を駆動して吸気を過給する。 On the other hand, when the determination in step S5 is YES and it is confirmed that the current operating point of the engine is included in the middle load range D2, the combustion control unit 102 proceeds to step S6 to drive the supercharger 33. to supercharge the intake air.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS7に移行し、インジェクタ15による燃料の噴射パターンとして、図10に示す第2噴射パターンを選択する。図10は、中負荷域D2における代表的な運転ポイントP4(図7)での噴射パターンを示している。本図に示すように、第2噴射パターンが選択されると、吸気行程中に1回の燃料噴射Fcが実行される。この燃料噴射Fcの開始時期は、例えば吸気行程の前期に設定される。なお、上述した第1噴射パターン(図9)のときと異なり、圧縮行程中の燃料噴射(後段噴射Fbに相当する噴射)は実行されない。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S7 and selects the second injection pattern shown in FIG. 10 as the fuel injection pattern by the injectors 15 . FIG. 10 shows an injection pattern at a typical operating point P4 (FIG. 7) in the medium load range D2. As shown in this figure, when the second injection pattern is selected, one fuel injection Fc is performed during the intake stroke. The start timing of this fuel injection Fc is set, for example, in the first half of the intake stroke. Unlike the first injection pattern (FIG. 9) described above, fuel injection during the compression stroke (injection corresponding to post-injection Fb) is not executed.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS8に移行して、上記第2噴射パターンにおける燃料噴射Fcの噴射量および噴射時期を、エンジンの負荷および回転速度に基づき決定する。この噴射量/噴射時期の決定にはマップM2が参照される。マップM2は、第2噴射パターンにおける燃料噴射Fcの噴射量/噴射時期をエンジン負荷/回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部103に予め格納されている。このマップM2による噴射量/噴射時期は、上述した目標SI率および目標θciを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップS8では、第2噴射パターンにおける燃料噴射Fcの噴射量および噴射時期が、上記目標SI率および目標θciを実現するのに適した値となるように決定される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S8 to determine the injection amount and injection timing of the fuel injection Fc in the second injection pattern based on the load and rotation speed of the engine. A map M2 is referred to for determination of the injection amount/injection timing. The map M2 defines the injection amount/injection timing of the fuel injection Fc in the second injection pattern for each engine load/rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. The injection amount/injection timing according to this map M2 is determined in consideration of the target SI rate and target θci described above. In other words, in step S8, the injection amount and injection timing of fuel injection Fc in the second injection pattern are determined to be values suitable for realizing the target SI rate and target θci.

以上のようにして燃料の噴射パターン(噴射量/噴射時期)および噴射圧力の設定が終了すると、燃焼制御部102は、ステップS10に移行して、エンジンの負荷および回転速度に基づき吸・排気弁11,12の開閉タイミング(バルブタイミング)を決定し、決定したバルブタイミングを目標に吸・排気VVT13,14を制御する。ここでのバルブタイミングの決定にはマップM3が参照される。マップM3は、バルブタイミングをエンジン負荷/回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部103に予め格納されている。このマップM3が用いられることにより、バルブタイミングおよびオーバーラップ期間(図3)は、上記目標SI率および目標θciを実現するのに適した値に設定される。 When the fuel injection pattern (injection amount/injection timing) and injection pressure are set as described above, the combustion control unit 102 proceeds to step S10 to control the intake and exhaust valves based on the load and rotation speed of the engine. The opening/closing timings (valve timings) of 11 and 12 are determined, and intake/exhaust VVTs 13 and 14 are controlled with the determined valve timings as targets. The map M3 is referred to for determining the valve timing here. The map M3 defines the valve timing for each engine load/rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. By using this map M3, the valve timing and overlap period (FIG. 3) are set to values suitable for achieving the target SI rate and target θci.

例えば、高負荷域D1におけるバルブオーバーラップ期間は、主に回転速度に応じて変更され、その値はいずれもゼロより大きい所定値(例えばクランク角で約35°CA)以上に設定される。詳細は次項(6)にて説明するが、高負荷域D1におけるバルブオーバーラップ期間は、高速側(中速・高負荷域D12)よりも低速側(低速・高負荷域D11)で長くなるように設定される。また、中負荷域D2でのバルブオーバーラップ期間も回転速度に応じて変更されるが、その値は総じて高負荷域D1でのバルブオーバーラップ期間よりも短くされる。 For example, the valve overlap period in the high load region D1 is changed mainly according to the rotation speed, and all of the values are set to a predetermined value greater than zero (for example, approximately 35° CA in crank angle) or more. Details will be explained in the next section (6), but the valve overlap period in the high load range D1 is designed to be longer in the low speed side (low speed/high load range D11) than in the high speed side (medium speed/high load range D12). is set to The valve overlap period in the medium load range D2 is also changed according to the rotation speed, but its value is generally shorter than the valve overlap period in the high load range D1.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS11に移行して、エンジンの負荷および回転速度に基づきEGR弁53の開度(EGR開度)を決定し、決定したEGR開度を目標にEGR弁53を制御する。このEGR開度の決定にはマップM4が参照される。マップM4は、EGR開度をエンジン負荷/回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部103に予め格納されている。このマップM4が用いられることにより、EGR開度は、上記目標SI率および目標θciを実現するのに適した値に設定される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S11, determines the opening degree of the EGR valve 53 (EGR opening degree) based on the engine load and rotation speed, and operates the EGR valve 53 with the determined EGR opening degree as a target. Control. A map M4 is referred to for determining the EGR opening. The map M4 defines the EGR opening for each engine load/rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. By using this map M4, the EGR opening is set to a value suitable for achieving the target SI rate and target θci.

上記ステップS11においてマップM4を通じて決定されるEGR開度は、総じて、第1運転領域A1内の高負荷側ほど低くされる。図11は、このようなEGR弁53の開度制御によって実現される外部EGR率(EGR通路51を通じて燃焼室6に還流される排気ガスの割合)のエンジン負荷に応じた変化を示すグラフである。本図に示すように、第1運転領域A1では、負荷が高くなるほど外部EGR率が減少するようにEGR弁53の開度が制御される。言い換えると、第1運転領域A1での運転時、EGR弁53の開度は、中負荷域D2(負荷L1~L2)での外部EGR率よりも高負荷域D1(負荷L2~L3)での外部EGR率が低くなるように制御される。 The EGR opening degree determined through the map M4 in step S11 is generally made lower as the load increases within the first operating region A1. FIG. 11 is a graph showing changes in the external EGR rate (ratio of exhaust gas recirculated to the combustion chamber 6 through the EGR passage 51) realized by such control of the opening of the EGR valve 53 according to the engine load. . As shown in the figure, in the first operating region A1, the opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the external EGR rate decreases as the load increases. In other words, during operation in the first operating region A1, the degree of opening of the EGR valve 53 is higher in the high load region D1 (loads L2 to L3) than in the middle load region D2 (loads L1 to L2). The external EGR rate is controlled to be low.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS12に移行して、燃焼室6内の実際のEGR率(外部EGR率および内部EGR率)と、圧縮上死点の近傍での燃焼室6内の温度(筒内温度)とを推定する。上述したように、当実施形態では、吸・排気弁11,12の開閉タイミング(バルブタイミング)およびEGR弁53の開度(EGR開度)がマップにより定められるが、マップの設定値通りにバルブタイミングおよびEGR開度を制御しても、応答遅れなどの種々の要因によってEGR率は変動し得る。また、EGR率の変動は、外気温等の他の要因と併せて、圧縮上死点近傍での筒内温度の変動につながる。そこで、燃焼制御部102は、エアフローセンサSN3、吸気温センサSN4、および吸気圧センサSN5等の各種センサによる検出値(吸気流量、吸気温、吸気圧等)と、バルブタイミングおよびEGR開度の各設定値と、予め定められた所定のモデル式とに基づいて、吸気弁11の閉時期(IVC時点)における燃焼室6内の実際のEGR率(外部EGR率および内部EGR率)と、当該IVCの直後に到来する圧縮上死点の近傍(圧縮上死点もしくはその近傍)における筒内温度とを推定する。上記モデル式は、例えば、吸気流量、吸気温、吸気圧、バルブタイミング、EGR開度等の各パラメータの直近の履歴を入力要素とするモデル式であり、応答遅れを反映したIVC時点での実際の外部EGR率および内部EGR率と、圧縮上死点近傍における筒内温度とをそれぞれ推定できるように設定されている。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S12, and the actual EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) in the combustion chamber 6 and the temperature in the combustion chamber 6 near the compression top dead center ( In-cylinder temperature) is estimated. As described above, in this embodiment, the opening/closing timing (valve timing) of the intake/exhaust valves 11 and 12 and the opening degree of the EGR valve 53 (EGR opening) are determined by the map. Even if the timing and EGR opening are controlled, the EGR rate may fluctuate due to various factors such as response delay. In addition, fluctuations in the EGR rate, together with other factors such as the outside air temperature, lead to fluctuations in the in-cylinder temperature near the compression top dead center. Therefore, the combustion control unit 102 detects values (intake flow rate, intake temperature, intake pressure, etc.) detected by various sensors such as the airflow sensor SN3, the intake air temperature sensor SN4, and the intake air pressure sensor SN5, and the valve timing and the EGR opening. Based on the set value and a predetermined model formula, the actual EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) in the combustion chamber 6 at the closing timing (IVC time point) of the intake valve 11 and the IVC and the in-cylinder temperature in the vicinity of the compression top dead center (compression top dead center or its vicinity) arriving immediately after . The above model formula is a model formula that takes as input elements the recent history of each parameter such as intake air flow rate, intake air temperature, intake pressure, valve timing, EGR opening, etc. are set so that the external EGR rate and the internal EGR rate of , and the in-cylinder temperature in the vicinity of the top dead center of the compression can be estimated, respectively.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS13に移行して、上記ステップS12で推定されたEGR率および筒内温度に基づいて、点火プラグ16による火花点火の時期(点火時期)を決定する。具体的に、燃焼制御部102は、予め定められたモデル式を用いて、点火プラグ16による点火時期を、上述した目標SI率および目標θciが実現されるような時期に決定する。モデル式は、推定されたEGR率(外部EGR率および内部EGR率)と筒内温度とを含む複数のパラメータを入力要素とするモデル式であり、混合気をSPCCI燃焼させた場合のSI率およびθciが上記目標SI率および目標θciにできるだけ一致する点火時期を求め得るように設定されている。このモデル式によれば、点火時期は、圧縮上死点の近傍の所定のクランク角範囲内において、推定されたEGR率および筒内温度の組合せにより定まる条件が混合気が着火し易い条件であるほど遅角側の時期に算出され、逆に、混合気が着火し難い条件であるほど進角側の時期に算出される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S13 and determines the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16 based on the EGR rate and in-cylinder temperature estimated in step S12. Specifically, the combustion control unit 102 uses a predetermined model formula to determine the ignition timing by the spark plug 16 to achieve the above-described target SI rate and target θci. The model formula is a model formula having multiple parameters as input elements including the estimated EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) and the in-cylinder temperature. .theta.ci is set so as to obtain the ignition timing that matches the target SI rate and the target .theta.ci as much as possible. According to this model formula, the ignition timing is determined by the combination of the estimated EGR rate and the in-cylinder temperature within a predetermined crank angle range near the top dead center of the compression stroke. The more retarded the timing is, the more retarded the timing is. Conversely, the more difficult it is to ignite the air-fuel mixture, the more advanced the timing is calculated.

次いで、燃焼制御部102は、ステップS14に移行して、インジェクタ15に燃料を噴射させるとともに、点火プラグ16に火花点火を実行させる。すなわち、燃焼制御部102は、上記ステップS3,S7のいずれかで決定された燃料の噴射パターンに従って燃料が噴射され、かつ同噴射パターンに含まれる燃料噴射(Fa,Fb,Fc等)の噴射量/噴射時期が上記ステップS4,S8のいずれかで決定された噴射量/噴射時期と一致するように、インジェクタ15を制御する。また、上記ステップS13で決定された時期に火花点火が実行されるように点火プラグ16を制御する。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S14, causes the injector 15 to inject fuel, and causes the spark plug 16 to perform spark ignition. That is, the combustion control unit 102 causes the fuel to be injected according to the fuel injection pattern determined in either step S3 or S7, and the injection amount of the fuel injection (Fa, Fb, Fc, etc.) included in the same injection pattern. / Injector 15 is controlled so that the injection timing coincides with the injection amount/injection timing determined in either step S4 or S8. Further, the ignition plug 16 is controlled so that spark ignition is performed at the timing determined in step S13.

(5)前段噴射および後段噴射の噴射量/噴射時期の設定例
次に、第1運転領域A1の高負荷域D1において実行される前段噴射Faおよび後段噴射Fbの詳細な設定例について説明する。既に説明したとおり、高負荷域D1では、図9に示す第1噴射パターンが選択されることにより、吸気行程中に前段噴射Faが開始され、かつ圧縮行程の前期または中期に後段噴射Fbが開始される。図9(a)~(c)は、回転速度が異なる各条件での噴射パターンを示しており、それぞれ図7に示す運転ポイントP1~P3に対応している。
(5) Setting Example of Injection Amount/Injection Timing of Pre-Injection and Post-Injection Next, a detailed setting example of the pre-injection Fa and post-injection Fb executed in the high load region D1 of the first operating region A1 will be described. As already explained, in the high load range D1, the first injection pattern shown in FIG. 9 is selected, whereby the front injection Fa is started during the intake stroke, and the rear injection Fb is started during the early or middle period of the compression stroke. be done. FIGS. 9A to 9C show injection patterns under different rotational speed conditions, corresponding to operating points P1 to P3 shown in FIG. 7, respectively.

ここで、図9(a)~(c)において燃料噴射Fa,Fbをそれぞれ表すパルス形状は、各パルス形状における最も左側(進角側)の位置が噴射開始時期を表し、各パルス形状の幅寸法(横軸方向の長さ)が噴射量を表すものとする。言い換えると、各パルス形状の幅寸法に対応するクランク角期間は、必ずしも燃料の噴射期間(インジェクタ15を開弁する期間)と一致するわけではない。すなわち、エンジン回転速度が高くなるほど同一の噴射量を得るための噴射期間は長くなるので、仮にパルス形状が噴射期間を表すものとした場合には、パルス形状の幅寸法が同一であっても噴射量が同一になるとは限らない。これに対し、図9(a)~(c)において燃料噴射Fa,Fbを表すパルス形状は、あくまでその幅寸法によって噴射量を規定しているので、回転速度の高低に拠らず、噴射量はパルス形状の幅寸法に比例するものとして扱うことができる。 9(a) to 9(c), the pulse shapes representing the fuel injections Fa and Fb respectively represent the injection start timing at the leftmost (advance side) position in each pulse shape, and the width of each pulse shape. The dimension (horizontal length) represents the injection quantity. In other words, the crank angle period corresponding to the width dimension of each pulse shape does not necessarily match the fuel injection period (the period during which the injector 15 is opened). That is, the higher the engine speed, the longer the injection period for obtaining the same injection amount. Quantities are not necessarily the same. On the other hand, the pulse shapes representing the fuel injections Fa and Fb in FIGS. 9(a) to 9(c) define the injection amount solely by their width dimensions. can be treated as proportional to the width dimension of the pulse shape.

図7に示すように、上記各噴射パターン(図9(a)~(c))に対応する3つの運転ポイントP1~P3のうち、低速側の運転ポイントP1は、高負荷域D1の中でも低速側の領域つまり低速・高負荷域D11に属しており、高速側の2つの運転ポイントP2,P3は、高負荷域D1の中でも高速側の領域つまり中速・高負荷域D12に属している。運転ポイントP1,P2,P3は、負荷が同一の等負荷ライン上でこの順に回転速度が高くなるように設定されている。 As shown in FIG. 7, among the three operating points P1 to P3 corresponding to the respective injection patterns (FIGS. 9A to 9C), the operating point P1 on the low speed side is the low speed operating point even in the high load region D1. The two operating points P2 and P3 on the high speed side belong to the high speed side region, that is, the medium speed/high load region D12 in the high load region D1. The operating points P1, P2, and P3 are set so that the rotation speed increases in this order on an equal load line with the same load.

例えば、低速・高負荷域D11(高負荷域D1)の下限速度である第1速度N1が1000rpm、低速・高負荷域D11と中速・高負荷域D12との境界速度である境界速度Nxが2000rpm、中速・高負荷域D12(高負荷域D1)の上限速度である第2速度N2が4000rpmである場合、運転ポイントP1,P2,P3の回転速度は、それぞれ1500rpm、2250rpm、3000rpmとすることができる。 For example, the first speed N1 that is the lower limit speed of the low speed/high load region D11 (high load region D1) is 1000 rpm, and the boundary speed Nx that is the boundary speed between the low speed/high load region D11 and the medium speed/high load region D12 is 2000 rpm, and when the second speed N2, which is the upper limit speed of the medium speed/high load region D12 (high load region D1), is 4000 rpm, the rotational speeds of the operating points P1, P2, and P3 are 1500 rpm, 2250 rpm, and 3000 rpm, respectively. be able to.

図9(a)~(c)に示すように、前段噴射Faの開始時期は、運転ポイントP1~P3の間で大差なく、いずれも吸気行程の中期に設定される。 As shown in FIGS. 9(a) to (c), the start timing of the pre-injection Fa is almost the same among the operation points P1 to P3, and all of them are set in the middle of the intake stroke.

後段噴射Fbの開始時期は、低速・高負荷域D11に属する運転ポイントP1において圧縮行程の中期に設定される(図9(a))。一方、中速・高負荷域D12に属する2つの運転ポイントP2,P3では、運転ポイントP1のときよりも後段噴射Fbの開始時期が進角側に設定される(図9(b)(c))。なお、図例では、運転ポイントP2,P3のいずれにおいても後段噴射Fbの開始時期が圧縮行程の前期に設定されるが、高速側の運転ポイントP3での噴射開始時期の方が低速側の運転ポイントP2でのそれに比べてより進角側の時期(吸気下死点の近傍)に設定される。 The start timing of the post-injection Fb is set in the middle of the compression stroke at the operating point P1 belonging to the low speed/high load region D11 (Fig. 9(a)). On the other hand, at the two operating points P2 and P3 belonging to the medium-speed/high-load region D12, the start timing of the post-injection Fb is set more advanced than at the operating point P1 (FIGS. 9B and 9C). ). In the example shown in the figure, the start timing of the post-injection Fb is set in the first half of the compression stroke at both the operating points P2 and P3. The timing is set at a more advanced timing (in the vicinity of the intake bottom dead center) compared to that at point P2.

後段噴射Fb(前段噴射Fa)の噴射量割合は、運転ポイントP1~P3のいずれの場合でも同一であり、回転速度に拠らず一定の値に維持される。後段噴射Fbの噴射量割合は、前段噴射Faの噴射量割合よりも大幅に小さい値に設定される。 The injection amount ratio of the post-injection Fb (pre-injection Fa) is the same at any of the operating points P1 to P3, and is maintained at a constant value regardless of the rotational speed. The injection amount ratio of the post-injection Fb is set to a value significantly smaller than the injection amount ratio of the pre-injection Fa.

図12は、前段噴射Faおよび後段噴射Fbの噴射量/噴射時期のエンジン回転速度に応じた変化をより詳しく説明するための図である。具体的に、図12(a)は、エンジン回転速度と噴射開始時期との関係を示すグラフであり、その縦軸の数値は圧縮上死点を基準とした上死点前クランク角(deg.BTDC)を表している。図12(b)は、エンジン回転速度と噴射量割合(分割比)との関係を示すグラフである。なお、各グラフに示される噴射開始時期および噴射量割合は、それぞれ、上述した運転ポイントP1~P3(図7)を結ぶ等負荷ラインに沿って(つまり負荷を固定しつつ)回転速度のみを変化させた場合のものである。このため、各グラフにおいて噴射開始時期/噴射量割合の変化を示す折れ線の波形上には、運転ポイントP1~P3に対応するプロットが図示されている。 FIG. 12 is a diagram for explaining in more detail changes in the injection amounts/injection timings of the pre-injection Fa and the post-injection Fb according to the engine rotation speed. Specifically, FIG. 12(a) is a graph showing the relationship between the engine rotation speed and the injection start timing. BTDC). FIG. 12(b) is a graph showing the relationship between the engine rotation speed and the injection amount ratio (division ratio). The injection start timing and the injection amount ratio shown in each graph change only the rotation speed along the equal load line connecting the above-described operating points P1 to P3 (Fig. 7) (that is, while the load is fixed). This is the case when Therefore, plots corresponding to the operating points P1 to P3 are shown on the waveform of the polygonal line showing the change in injection start timing/injection amount ratio in each graph.

図12(a)に示すように、後段噴射Fbの開始時期は、低速・高負荷域D11に属する速度範囲(第1速度N1から境界速度Nxまで)において、いずれも圧縮行程中期の所定時期(ここではBTDC90°CA)に設定される。また、中速・高負荷域D12に属する速度範囲(境界速度Nxから第2速度N2まで)では、回転速度が高くなるほど後段噴射Fbの開始時期が早くなるように設定される。より具体的に、後段噴射Fbの開始時期は、中速・高負荷域D12内の低速側の一部(境界速度Nxから運転ポイントP3に対応する速度までの範囲)において、圧縮行程の中期から前期にかけて可変となるように、回転速度が高くなるほど進角側にシフトされる。一方、中速・高負荷域D12内の高速側の一部(運転ポイントP3に対応する速度から第2速度N2までの範囲)では、後段噴射Fbの開始時期が吸気下死点に近い圧縮行程のごく初期(ここではBTDC170°CA)に固定的に設定される。 As shown in FIG. 12(a), the start timing of the post-injection Fb is a predetermined timing ( Here, it is set to BTDC90° CA). Further, in the speed range (from the boundary speed Nx to the second speed N2) belonging to the medium speed/high load region D12, the start timing of the post-injection Fb is set to be earlier as the rotational speed increases. More specifically, the start timing of the post-injection Fb is set from the middle of the compression stroke in a part of the low speed side in the medium speed/high load region D12 (the range from the boundary speed Nx to the speed corresponding to the operating point P3). It is shifted to the advance side as the rotational speed increases so that it becomes variable over the previous period. On the other hand, in a portion of the high speed side within the medium speed/high load region D12 (range from the speed corresponding to the operating point P3 to the second speed N2), the start timing of the post-injection Fb is close to the intake bottom dead center in the compression stroke. is fixedly set at the very beginning of (here, BTDC170° CA).

前段噴射Faの開始時期は、高負荷域D1に属する速度範囲(第1速度N1から第2速度N2まで)のいずれにおいても、吸気行程の中期に設定される。具体的に、前段噴射Faの開始時期は、高負荷域D1内での回転速度の変化に応じて適宜遅角または進角されるが、その値はいずれも吸気行程の中期(BTDC240~300°CA)に含まれるように設定される。 The start timing of the pre-injection Fa is set in the middle of the intake stroke in any of the speed ranges belonging to the high load region D1 (from the first speed N1 to the second speed N2). Specifically, the start timing of the pre-injection Fa is appropriately retarded or advanced in accordance with changes in the rotational speed within the high load region D1, but the values are all in the middle of the intake stroke (240 to 300° BTDC). CA).

なお、図12(a)では、高負荷域D1の上限速度である第2速度N2において後段噴射Fbを表す波形が途切れているが、これは、第2速度N2よりも高速側に位置する第4運転領域A4では圧縮行程中に燃料噴射(後段噴射Fbに相当する噴射)が実行されないことを表している。一方、図12(a)では、前段噴射Faの波形と連続する細い二点鎖線の波形が第4運転領域A4に対応する速度域に図示されているが、この二点鎖線の波形は、第4運転領域A4において吸気行程中に実行される燃料噴射の開始時期を表している。 In FIG. 12(a), the waveform representing the post-injection Fb is interrupted at the second speed N2, which is the upper limit speed of the high load region D1. In the 4th operating region A4, fuel injection (injection corresponding to the post-injection Fb) is not executed during the compression stroke. On the other hand, in FIG. 12(a), a thin two-dot chain line waveform continuous with the waveform of the pre-injection Fa is shown in the speed region corresponding to the fourth operating region A4. 4 represents the start timing of the fuel injection executed during the intake stroke in the operating region A4.

図12(b)に示すように、後段噴射Fb(前段噴射Fa)の噴射量割合は、高負荷域D1(低速・高負荷域D11および中速・高負荷域D12)において、回転速度に拠らず一定の値をとるように設定される。ここで、後段噴射Fb(前段噴射Fa)の噴射量割合とは、1サイクル中に噴射される総燃料のうち後段噴射Fb(前段噴射Fa)による噴射燃料が占める重量割合のことである。当実施形態の場合、前段噴射Faおよび後段噴射Fbによって1サイクル中の所要燃料が全て噴射されるので、前段噴射Faおよび後段噴射Fbの噴射量割合は、合計すると常に1になるように設定される。具体的に、高負荷域D1では、前段噴射Faの噴射量割合が一律に0.9に、後段噴射Fbの噴射量割合が一律に0.1に、それぞれ設定される。 As shown in FIG. 12B, the injection amount ratio of the post-injection Fb (pre-injection Fa) depends on the rotation speed in the high load range D1 (the low speed/high load range D11 and the medium speed/high load range D12). It is set to take a constant value regardless of Here, the injection amount ratio of the post-injection Fb (pre-injection Fa) is the weight ratio of the fuel injected by the post-injection Fb (pre-injection Fa) in the total fuel injected during one cycle. In the case of this embodiment, all the required fuel in one cycle is injected by the pre-injection Fa and the post-injection Fb. be. Specifically, in the high load region D1, the injection amount ratio of the front injection Fa is uniformly set to 0.9, and the injection amount ratio of the rear injection Fb is uniformly set to 0.1.

なお、上述したとおり、高負荷域D1よりも高速側の第4運転領域A4では、圧縮行程中の燃料噴射(後段噴射Fbに相当する噴射)が禁止され、吸気行程中の燃料噴射のみが許可される。図12(b)中で第4運転領域A4に対応する速度域(第2速度N2~)において、後段噴射Fbに連続する細い二点鎖線の波形が縦軸0の位置に、前段噴射Faに連続する細い二点鎖線の波形が縦軸1の位置に図示されているのは、このことを表している。 As described above, in the fourth operating region A4 on the higher speed side than the high load region D1, fuel injection during the compression stroke (injection corresponding to the post-stage injection Fb) is prohibited, and only fuel injection during the intake stroke is permitted. be done. In FIG. 12(b), in the speed region (from the second speed N2) corresponding to the fourth operating region A4, the waveform of the thin two-dot chain line continuing to the post-injection Fb is at the position of 0 on the vertical axis, and the waveform of the pre-injection Fa The fact that a continuous thin two-dot chain line waveform is shown at the position of the vertical axis 1 represents this.

(6)バルブタイミングの設定例
次に、高負荷域D1でのバルブタイミングの具体的な設定例について説明する。図13は、バルブタイミングの回転速度に応じた変化を説明するための図であり、(a)は吸・排気弁11,12の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間を、(b)は吸気弁11および排気弁12の各開閉時期をそれぞれ示している。具体的に、図13(b)のグラフでは、EVOと表記された一点鎖線の線図が排気弁12の開時期を、EVCと表記された一点鎖線の線図が排気弁12の閉時期を、IVOと表記された実線の線図が吸気弁11の開時期を、IVCと表記された実線の線図が吸気弁11の閉時期を、それぞれ示している。また、図13(b)のグラフにおける縦軸の数値は、排気上死点を基準とした上死点後クランク角(deg.ATDC)を表している。なお、図13(a)(b)の各グラフでは、高負荷域D1よりも高速側(第4運転領域A4に対応する速度域)にて設定される開閉時期およびバルブオーバーラップ期間を、細い二点鎖線の波形で示している。
(6) Setting Example of Valve Timing Next, a specific setting example of the valve timing in the high load range D1 will be described. 13A and 13B are diagrams for explaining changes in valve timing according to rotation speed. FIG. Each opening/closing timing of the valve 11 and the exhaust valve 12 is shown. Specifically, in the graph of FIG. 13(b), the dashed-dotted line indicated by EVO indicates the opening timing of the exhaust valve 12, and the dashed-dotted line indicated by EVC indicates the closing timing of the exhaust valve 12. , IVO indicates the opening timing of the intake valve 11, and the solid line graph indicated by IVC indicates the closing timing of the intake valve 11, respectively. In addition, the numerical value on the vertical axis in the graph of FIG. 13(b) represents the crank angle after top dead center (deg. ATDC) with reference to exhaust top dead center. In each graph of FIGS. 13(a) and 13(b), the opening/closing timing and the valve overlap period set at a higher speed side (speed range corresponding to the fourth operating range A4) than the high load range D1 are narrowed. It is indicated by a two-dot chain line waveform.

図13(b)に示すように、排気弁12の開時期(以下、単にEVOと称することがある)は、膨張下死点(ATDC-180°CA)よりもやや進角側の膨張行程の後期において回転速度に応じ可変的に設定される。具体的に、EVOは、低速・高負荷域D11に属する速度範囲(第1速度N1から境界速度Nxまで)において、回転速度に拠らず膨張行程後期の所定時期に保持される。一方、中速・高負荷域D12に属する速度範囲(境界速度Nxから第2速度N2まで)では、低速・高負荷域D11のときよりもEVOが進角側にシフトされる。より詳しくは、中速・高負荷域D12でのEVOは、低速側のごく一部(境界速度Nxの近傍)で回転速度が高くなるほど進角しかつそれ以外の速度域では一定値をとるように設定される。 As shown in FIG. 13(b), the opening timing of the exhaust valve 12 (hereinafter sometimes simply referred to as EVO) is in the expansion stroke slightly advanced from the bottom dead center of the expansion (ATDC-180°CA). It is set variably according to the rotation speed in the latter half. Specifically, EVO is maintained at a predetermined timing in the latter half of the expansion stroke regardless of the rotational speed in the speed range belonging to the low speed/high load region D11 (from the first speed N1 to the boundary speed Nx). On the other hand, in the speed range belonging to the middle speed/high load region D12 (from the boundary speed Nx to the second speed N2), the EVO is shifted to the advance side more than in the low speed/high load region D11. More specifically, the EVO in the medium speed/high load region D12 advances as the rotation speed increases in a small portion of the low speed side (near the boundary speed Nx), and takes a constant value in the other speed regions. is set to

排気弁12の閉時期(以下、単にEVCと称することがある)は、排気上死点(ATDC0°CA)よりもやや遅角側の吸気行程の前期において回転速度に応じ可変的に設定される。具体的に、EVCは、低速・高負荷域D11に属する速度範囲(第1速度N1から境界速度Nxまで)において、回転速度に拠らず吸気行程前期の所定時期に保持される。一方、中速・高負荷域D12に属する速度範囲(境界速度Nxから第2速度N2まで)では、低速・高負荷域D11のときよりもEVCが進角側にシフトされる。より詳しくは、中速・高負荷域D12でのEVOは、低速側のごく一部(境界速度Nxの近傍)で回転速度が高くなるほど進角しかつそれ以外の速度域では一定値をとるように設定される。 The closing timing of the exhaust valve 12 (hereinafter sometimes simply referred to as EVC) is variably set according to the rotation speed in the first half of the intake stroke, which is slightly retarded from the exhaust top dead center (ATDC 0°CA). . Specifically, the EVC is maintained at a predetermined time in the first half of the intake stroke regardless of the rotational speed in the speed range belonging to the low speed/high load region D11 (from the first speed N1 to the boundary speed Nx). On the other hand, in the speed range belonging to the middle speed/high load region D12 (from the boundary speed Nx to the second speed N2), the EVC is shifted to the advance side more than in the low speed/high load region D11. More specifically, the EVO in the medium speed/high load region D12 advances as the rotation speed increases in a small portion of the low speed side (near the boundary speed Nx), and takes a constant value in the other speed regions. is set to

上記のようなEVOおよびEVCの変化傾向から言い換えると、排気弁12は、高負荷域D1(低速・高負荷域D11および中速・高負荷域D12)での運転時に、膨張下死点よりも前に開弁しかつ排気上死点よりも後に閉弁するとともに、中速・高負荷域D12での作動位相が低速・高負荷域D11での作動位相よりも進角側にシフトするように駆動される。 In other words, from the change trends of EVO and EVC as described above, the exhaust valve 12 is positioned above the expansion bottom dead center during operation in the high load range D1 (the low speed/high load range D11 and the medium speed/high load range D12). The valve is opened before and closed after exhaust top dead center, and the operating phase in the medium speed/high load region D12 is shifted to the advance side from the operating phase in the low speed/high load region D11. driven.

吸気弁11の開時期(以下、単にIVOと称することがある)は、排気上死点(ATDC0°CA)よりもやや進角側の排気行程の後期において回転速度に応じ可変的に設定される。具体的に、IVOは、中速・高負荷域D12に属する速度範囲(境界速度Nxから第2速度N2まで)において、回転速度に拠らず排気行程後期の所定時期に保持される。一方、低速・高負荷域D11に属する速度範囲(第1速度N1から境界速度Nxまで)では、中速・高負荷域D12のときよりもIVOが進角側にシフトされる。より詳しくは、低速・高負荷域D11でのIVOは、その高速側の一部で回転速度が低くなるほど進角しかつ低速側の一部では一定値をとるように設定される。 The opening timing of the intake valve 11 (hereinafter sometimes simply referred to as IVO) is variably set according to the rotation speed in the latter half of the exhaust stroke, which is slightly advanced from the exhaust top dead center (ATDC 0° CA). . Specifically, IVO is held at a predetermined timing in the latter half of the exhaust stroke regardless of the rotation speed in the speed range (from the boundary speed Nx to the second speed N2) belonging to the middle speed/high load region D12. On the other hand, in the speed range belonging to the low speed/high load region D11 (from the first speed N1 to the boundary speed Nx), the IVO is shifted to the advance angle side more than in the middle speed/high load region D12. More specifically, the IVO in the low-speed/high-load region D11 is set such that it advances as the rotational speed decreases in a portion of the high speed side and takes a constant value in a portion of the low speed side.

吸気弁11の閉時期(以下、単にIVCと称することがある)は、吸気下死点(ATDC180°CA)よりもやや遅角側の圧縮行程の前期において回転速度に応じ可変的に設定される。具体的に、IVCは、中速・高負荷域D12に属する速度範囲(境界速度Nxから第2速度N2まで)において、回転速度に拠らず圧縮行程前期の所定時期に保持される。一方、低速・高負荷域D11に属する速度範囲(第1速度N1から境界速度Nxまで)では、中速・高負荷域D12のときよりもIVCが進角側にシフトされる。より詳しくは、低速・高負荷域D11でのIVCは、その高速側の一部で回転速度が低くなるほど進角しかつ低速側の一部では一定値をとるように設定される。 The closing timing of the intake valve 11 (hereinafter sometimes simply referred to as IVC) is variably set according to the rotation speed in the first half of the compression stroke, which is slightly retarded from the intake bottom dead center (ATDC 180° CA). . Specifically, the IVC is maintained at a predetermined time in the first half of the compression stroke regardless of the rotation speed in the speed range (from the boundary speed Nx to the second speed N2) belonging to the medium speed/high load region D12. On the other hand, in the speed range belonging to the low speed/high load region D11 (from the first speed N1 to the boundary speed Nx), the IVC is shifted to the advance side more than in the middle speed/high load region D12. More specifically, the IVC in the low-speed/high-load region D11 is set such that it advances as the rotational speed decreases in a portion of the high speed side and takes a constant value in a portion of the low speed side.

上記のようなIVOおよびIVCの変化傾向から言い換えると、吸気弁11は、高負荷域D1(低速・高負荷域D11および中速・高負荷域D12)での運転時に、排気上死点よりも前に開弁しかつ吸気下死点よりも後に閉弁するとともに、中速・高負荷域D12での作動位相が低速・高負荷域D11での作動位相よりも遅角側にシフトするように駆動される。 In other words, from the change trends of IVO and IVC as described above, the intake valve 11 is positioned above exhaust top dead center during operation in the high load range D1 (the low speed/high load range D11 and the medium speed/high load range D12). The valve is opened before the intake bottom dead center and closed after the intake bottom dead center, and the operating phase in the medium speed/high load region D12 is shifted to the lag side from the operating phase in the low speed/high load region D11. driven.

上述した図13(b)によるバルブタイミングの設定から、吸・排気弁11,12の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間は、高負荷域D1において図13(a)のような傾向で変化する。図13(a)によれば、低速・高負荷域D11でのバルブオーバーラップ期間は、中速・高負荷域D12でのバルブオーバーラップ期間よりも長い。 From the valve timing setting shown in FIG. 13(b), the valve overlap period during which both the intake and exhaust valves 11 and 12 are open changes in the high load region D1 with the tendency shown in FIG. 13(a). . According to FIG. 13(a), the valve overlap period in the low speed/high load range D11 is longer than the valve overlap period in the medium speed/high load range D12.

具体的に、バルブオーバーラップ期間は、低速・高負荷域D11内の低速側の一部(第1速度N1から運転ポイントP1に対応する速度までの範囲)において、回転速度に拠らず一定の期間(ここでは70°CA)に保持され、その値は高負荷域D1内で最大とされる。ここで設定されるバルブオーバーラップ期間の最大値は、本発明における「第1の期間」に相当する。一方、低速・高負荷域D11内の高速側の一部(運転ポイントP1に対応する速度から境界速度Nxまでの範囲)と、中速・高負荷域D12内の低速側の一部(境界速度Nxからこれよりやや高速側までの範囲)とにかけては、回転速度が高くなるほどバルブオーバーラップ期間が短くされる。さらに、中速・高負荷域D12内の残余の速度域(同領域D12内の高速側の一部)では、バルブオーバーラップ期間が回転速度に拠らず一定の期間(ここでは37°CA)に保持され、その値は高負荷域D1内で最低とされる。 Specifically, the valve overlap period is constant regardless of the rotation speed in a part of the low speed side in the low speed/high load region D11 (the range from the first speed N1 to the speed corresponding to the operating point P1). It is held for a period (here, 70° CA), and its value is maximized within the high load region D1. The maximum value of the valve overlap period set here corresponds to the "first period" in the present invention. On the other hand, a part of the high speed side in the low speed/high load region D11 (the range from the speed corresponding to the operating point P1 to the boundary speed Nx) and a part of the low speed side in the medium speed/high load region D12 (the boundary speed Nx to a slightly higher speed), the higher the rotation speed, the shorter the valve overlap period. Furthermore, in the remaining speed range within the medium speed/high load range D12 (part of the high speed side within the same range D12), the valve overlap period is a constant period (here, 37°CA) regardless of the rotational speed. and its value is the lowest within the high load region D1.

(7)作用効果
以上説明したように、当実施形態では、SPCCI燃焼の実行領域の中でもエンジン負荷が高い第1運転領域A1の高負荷域D1での運転時に、吸・排気弁11,12の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気VVT13,14が制御されるとともに、吸気行程中に燃料を噴射する前段噴射Faと圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射Fbとが実行されるようにインジェクタ15が制御される。具体的に、高負荷域D1において、後段噴射Fbの開始時期は、回転速度が高い中速・高負荷域D12よりも回転速度が低い低速・高負荷域D11で遅くなるように設定され(図12(a)参照)、かつバルブオーバーラップ期間は、中速・高負荷域D12よりも低速・高負荷域D11で長くなるように設定される(図13(a)参照)。このような構成によれば、高負荷域D1での異常燃焼の抑制とエミッション性能の向上とを両立できるという利点がある。
(7) Effects As described above, in the present embodiment, during operation in the high load region D1 of the first operating region A1 where the engine load is high among the execution regions of SPCCI combustion, the intake and exhaust valves 11 and 12 The intake and exhaust VVTs 13 and 14 are controlled so as to form a valve overlap period in which both valves are open, and the front injection Fa that injects fuel during the intake stroke and the rear injection Fb that injects fuel during the compression stroke. The injector 15 is controlled so that and are executed. Specifically, in the high load region D1, the start timing of the post-injection Fb is set to be later in the low speed/high load region D11 in which the rotational speed is lower than in the middle speed/high load region D12 in which the rotational speed is high (Fig. 12(a)), and the valve overlap period is set to be longer in the low speed/high load region D11 than in the medium speed/high load region D12 (see FIG. 13(a)). According to such a configuration, there is an advantage that both suppression of abnormal combustion in the high load range D1 and improvement of emission performance can be achieved.

すなわち、上記実施形態では、熱発生量が多くなるエンジンの高負荷域D1において、吸気行程中の前段噴射Faに加えて、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射Fbが実行されるので、圧縮行程中の燃焼室6の温度上昇を後段噴射Fbの気化潜熱により低下させることができ、高負荷域D1において懸念される異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。 That is, in the above-described embodiment, in the high-load region D1 of the engine in which the amount of heat release increases, in addition to the pre-injection Fa during the intake stroke, the post-injection Fb that injects fuel during the compression stroke is executed. The rise in temperature of the combustion chamber 6 during the stroke can be reduced by the latent heat of vaporization of the post-injection Fb, and the occurrence of abnormal combustion, which is a concern in the high load range D1, can be effectively suppressed.

特に、高負荷域D1における低速側の一部である低速・高負荷域D11では、高速側の中速・高負荷域D12に比べて、後段噴射Fbの開始時期が遅くされかつバルブオーバーラップ期間が拡大されるので、異常燃焼のリスクに見合った十分な温度抑制効果を得ることができる。 In particular, in the low-speed/high-load region D11, which is a part of the low-speed side of the high-load region D1, compared to the medium-speed/high-load region D12 on the high-speed side, the start timing of the post-injection Fb is delayed and the valve overlap period is expanded, it is possible to obtain a sufficient temperature suppression effect that is commensurate with the risk of abnormal combustion.

すなわち、低速・高負荷域D11での後段噴射Fbの開始時期が圧縮行程の中でもより遅角側のタイミングに設定されることにより、燃焼室6が圧縮により温度上昇したタイミングで後段噴射Fbによる燃料の気化潜熱を作用させることができ、当該気化潜熱による燃焼室6の冷却効果を高めることができる。また、同じく低速・高負荷域D11においてバルブオーバーラップ期間が拡大されることにより、このバルブオーバーラップ期間中に吸気ポート9から排気ポート10へと吹き抜ける吸気の流れが形成される結果、燃焼室6内に残留する既燃ガスの排気ポート10への排出が促進され、掃気作用を高めることができる。このことは、上述した後段噴射Fbによる燃料の気化潜熱の効果と相俟って、圧縮行程中の燃焼室6の温度上昇を十分に抑制することにつながるので、圧縮行程の途中で生じ得る燃料の低温酸化反応を抑制することができ、混合気が過早に着火する異常燃焼であるプリイグニッションを抑制することができる。 That is, by setting the start timing of the post-injection Fb in the low-speed/high-load region D11 to a timing on the more retarded side of the compression stroke, the fuel by the post-injection Fb is injected at the timing when the temperature of the combustion chamber 6 rises due to compression. can act on the latent heat of vaporization, and the cooling effect of the combustion chamber 6 by the latent heat of vaporization can be enhanced. In addition, similarly, by expanding the valve overlap period in the low speed/high load region D11, a flow of intake air blowing through from the intake port 9 to the exhaust port 10 is formed during this valve overlap period. The burned gas remaining inside is promoted to be discharged to the exhaust port 10, and the scavenging action can be enhanced. This, together with the effect of the latent heat of vaporization of the fuel by the post-injection Fb described above, sufficiently suppresses the temperature rise in the combustion chamber 6 during the compression stroke. The low-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture can be suppressed, and pre-ignition, which is abnormal combustion in which the air-fuel mixture ignites prematurely, can be suppressed.

低温酸化反応とは、火炎を伴いながら高い熱エネルギーを発生させる高温酸化反応(実質的な燃焼反応)よりも前に生じる緩慢な酸化反応のことであり、燃焼室6が高温(例えば約500℃以上650℃以下)になる圧縮行程の後期に生じ得ることが知られている。本願発明者等の知見によれば、この低温酸化反応は、上記低速・高負荷域D11のような運転条件、つまり回転速度が低くかつ負荷が高い条件下で顕著に出現し易い。しかも、低温酸化反応が顕著に出現すると、その反応熱によって燃焼室6内の混合気(燃焼前の混合気)の温度が上昇するので、点火プラグ16の火花点火による正規の燃焼開始時期よりも早くに混合気が自着火する現象であるプリイグニッションの発生確率が高くなる。これに対し、上記実施形態では、低速・高負荷域D11での運転時に、バルブオーバーラップ期間が拡大されかつ後段噴射Fbの開始時期が遅角されるので、掃気作用による冷却効果と燃料の気化潜熱による冷却効果との相乗効果により、低温酸化反応の反応レベルが十分に低下する程度に燃焼室6を冷却することができ、当該低温酸化反応に起因してプリイグニッション等の異常燃焼が誘発されるのを効果的に抑制することができる。 The low-temperature oxidation reaction is a slow oxidation reaction that occurs before a high-temperature oxidation reaction (substantial combustion reaction) that generates high thermal energy with flame. above 650° C.) can occur later in the compression stroke. According to the findings of the inventors of the present application, this low-temperature oxidation reaction is likely to occur remarkably under operating conditions such as the low-speed/high-load region D11, that is, under conditions of low rotational speed and high load. Moreover, when the low-temperature oxidation reaction occurs remarkably, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 (air-fuel mixture before combustion) rises due to the reaction heat. The probability of occurrence of pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites early, increases. In contrast, in the above-described embodiment, the valve overlap period is extended and the start timing of the post-injection Fb is retarded during operation in the low-speed/high-load region D11. Due to the synergistic effect with the cooling effect of latent heat, the combustion chamber 6 can be cooled to the extent that the reaction level of the low-temperature oxidation reaction is sufficiently lowered, and abnormal combustion such as pre-ignition is induced due to the low-temperature oxidation reaction. can be effectively suppressed.

しかも、高い掃気作用が期待できる上記実施形態によれば、プリイグニッション抑制のために後段噴射Fbを過度に増量または遅角化する必要がなくなるので、当該後段噴射Fbに起因したエミッション性能の悪化を最小限に抑えることができる。すなわち、低速・高負荷域D11において仮に上述したバルブオーバーラップ期間の拡大制御を実行しなかった場合には、プリイグニッション抑制のために後段噴射Fbを大幅に増量するか、その噴射時期を圧縮行程内で大幅に遅角させる(圧縮上死点に近づける)ことが必要になる可能性がある。しかしながら、このようにすると、燃焼室6内に局所リッチな混合気が形成され易くなり、スモークが発生したりNOxの発生量が増大するおそれがある。これに対し、低速・高負荷域D11でバルブオーバーラップ期間が拡大される上記実施形態によれば、バルブオーバーラップ期間中に十分な掃気作用が発揮されるので、後段噴射Fbの過度な増量または遅角化が不要になり、上記のような不具合(スモークの発生等)を回避して比較的良好なエミッション性能を確保することができる。 Moreover, according to the above embodiment, in which a high scavenging action can be expected, there is no need to excessively increase or retard the post-injection Fb in order to suppress preignition. can be minimized. That is, in the low-speed/high-load region D11, if the valve overlap period expansion control described above is not executed, the post-injection Fb is largely increased in order to suppress preignition, or the injection timing is changed to the compression stroke. It may be necessary to significantly retard the engine (closer to compression top dead center). However, if this is done, a locally rich air-fuel mixture tends to be easily formed in the combustion chamber 6, which may cause smoke or an increase in the amount of NOx generated. On the other hand, according to the above-described embodiment in which the valve overlap period is extended in the low speed/high load region D11, a sufficient scavenging action is exhibited during the valve overlap period. It is possible to avoid the above-mentioned problems (generation of smoke, etc.) and ensure relatively good emission performance.

一方、上記低速・高負荷域D11よりも高速側の中速・高負荷域D12では、燃焼室6内の流動性が比較的高くなるので、バルブオーバーラップ期間が縮小されても十分な掃気作用が得られる可能性がある。また、ピストン5による混合気の圧縮開始から圧縮終了までの実時間(混合気の受熱時間)が短くなり、低温酸化反応の反応レベルが自ずと低下するため、プリイグニッションのような重大な異常燃焼が起きるリスクは低くなる。これに対し、上記実施形態では、中速・高負荷域D12においてバルブオーバーラップ期間が縮小されかつ後段噴射Fbの開始時期が進角されるので、当該領域D12でのリスク状況に応じた必要レベルの冷却効果を確保して異常燃焼を抑制しつつ、局所リッチな混合気の形成を回避してエミッション性能を向上させることができる。 On the other hand, in the medium-speed/high-load region D12 on the high-speed side of the low-speed/high-load region D11, the fluidity in the combustion chamber 6 is relatively high, so that even if the valve overlap period is reduced, sufficient scavenging action is achieved. may be obtained. In addition, the actual time from the start of compression of the air-fuel mixture by the piston 5 to the end of compression (the heat receiving time of the air-fuel mixture) is shortened, and the reaction level of the low-temperature oxidation reaction naturally decreases, so serious abnormal combustion such as pre-ignition may occur. less risk of happening. In contrast, in the above-described embodiment, the valve overlap period is shortened and the start timing of the post-injection Fb is advanced in the medium-speed/high-load region D12. While ensuring the cooling effect to suppress abnormal combustion, it is possible to avoid the formation of a locally rich air-fuel mixture and improve the emission performance.

また、上記実施形態では、中速・高負荷域D12にてバルブオーバーラップ期間が縮小される際に、位相式の吸気VVT14が駆動されて吸気弁12の閉時期が吸気下死点に対しより遅角側にシフトされるので(図13(b)参照)、エンジンの有効圧縮比、つまりピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積と吸気弁12の閉時期(換言すればピストン5による実質的な圧縮開始時期)における燃焼室6の容積との比が相対的に低下する結果、中速・高負荷域D12で懸念されるノッキングを抑制しつつポンピングロスを低下させることができる。 Further, in the above embodiment, when the valve overlap period is shortened in the middle speed/high load region D12, the phase-type intake VVT 14 is driven to make the closing timing of the intake valve 12 closer to the intake bottom dead center. Since it is shifted to the retarded side (see FIG. 13(b)), the effective compression ratio of the engine, that is, the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center and the closing timing of the intake valve 12 (in other words, As a result, the ratio of the volume of the combustion chamber 6 to the volume of the combustion chamber 6 is relatively decreased at the time when the piston 5 substantially starts compression, and as a result, it is possible to reduce the pumping loss while suppressing the knocking that is a concern in the middle speed/high load range D12. can.

すなわち、回転速度が相対的に高く低温酸化反応が起き難くなる中速・高負荷域D12では、既述のとおりプリイグニッションの発生リスクは低下するが、混合気の燃焼途中にその燃焼領域の外側に位置する未燃ガスが局所自着火により急速燃焼する異常燃焼であるノッキングが起き易くなる。ノッキングは、混合気の燃焼が開始される時点での燃焼室6の環境に主に依存するので、燃焼開始時点での燃焼室6の温度が高いほど起き易くなると考えられる。これに対し、上記実施形態では、中速・高負荷域D12で吸気弁12の作動位相が遅角側にシフトされて有効圧縮比が低くされるので、燃焼が開始される圧縮上死点近傍での燃焼室6の温度を低下させることができ、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。また、回転速度が相対的に高いために吸気慣性効果が高い中速・高負荷域D12において有効圧縮比が低くされるので、ピストン5による実質的な圧縮代の低下によるポンピングロスの低下を享受しつつ必要十分な充填空気量を得ることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。 That is, in the medium-speed/high-load range D12 where the rotational speed is relatively high and low-temperature oxidation reaction is unlikely to occur, the risk of pre-ignition occurrence decreases as described above, but during the combustion of the air-fuel mixture, the Knocking, which is an abnormal combustion in which unburned gas located at . Since knocking mainly depends on the environment of the combustion chamber 6 when the combustion of the air-fuel mixture starts, it is considered that the higher the temperature of the combustion chamber 6 when the combustion starts, the more likely it is to occur. In contrast, in the above-described embodiment, the operating phase of the intake valve 12 is shifted to the retarded side in the middle speed/high load region D12 to lower the effective compression ratio. The temperature of the combustion chamber 6 can be lowered, and the occurrence of knocking can be effectively suppressed. In addition, since the effective compression ratio is lowered in the medium-speed/high-load range D12 where the intake inertia effect is high due to the relatively high rotation speed, the substantial reduction in the compression allowance due to the piston 5 reduces the pumping loss. A necessary and sufficient amount of charged air can be obtained while maintaining the fuel consumption performance of the engine.

また、上記実施形態では、低速・高負荷域D11での後段噴射Fbの開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程中期の所定時期に保持されるので、回転速度に応じた燃料噴射制御を簡素化しつつ、低速・高負荷域D11でのプリイグニッション等の異常燃焼が抑制されるレベルで燃焼室6を冷却することができる。また、プリイグニッションの発生リスクが最も高い条件でも後段噴射Fbの開始時期を圧縮行程の中期に設定できる(言い換えると圧縮行程後期まで遅角させる必要がない)ので、混合気の過度な局所リッチ化を回避でき、エミッション性能の悪化を効果的に抑制することができる。 In addition, in the above-described embodiment, the start timing of the post-injection Fb in the low speed/high load region D11 is held at a predetermined timing in the middle of the compression stroke regardless of the rotation speed. It is possible to cool the combustion chamber 6 at a level at which abnormal combustion such as pre-ignition in the low speed/high load region D11 is suppressed. In addition, even under conditions where the risk of occurrence of pre-ignition is the highest, the start timing of the post-injection Fb can be set in the middle of the compression stroke (in other words, there is no need to retard until the latter half of the compression stroke), so the air-fuel mixture is excessively locally enriched. can be avoided, and deterioration of emission performance can be effectively suppressed.

また、上記実施形態では、中速・高負荷域D12内の低速側の一部(境界速度Nxから運転ポイントP3に対応する速度までの範囲)において回転速度が高くなるほど後段噴射Fbの開始時期が進角されるので、中速・高負荷域D12の下限速度(境界速度Nx)からの回転上昇に伴いプリイグニッションの発生リスクが急減するのに合わせて後段噴射Fbの開始時期を適切な時期(より進角側の時期)に設定することができ、エミッション性能の向上を図ることができる。また、中速・高負荷域D12内の高速側の一部(運転ポイントP3に対応する速度から第2速度N2までの範囲)では、後段噴射Fbの開始時期が圧縮行程初期の所定時期に保持されるので、エミッション性能を向上させつつ、高回転側で懸念されるノッキングを抑制し得るレベルで燃焼室6を冷却することができる。 Further, in the above embodiment, the start timing of the post-injection Fb increases as the rotational speed increases in a portion of the low speed side within the medium speed/high load region D12 (the range from the boundary speed Nx to the speed corresponding to the operating point P3). Since the timing is advanced, the start timing of the post-injection Fb is set at an appropriate timing ( The timing can be set to a more advanced timing), and the emission performance can be improved. Further, in a portion of the high speed side within the medium speed/high load region D12 (range from the speed corresponding to the operating point P3 to the second speed N2), the start timing of the post-injection Fb is held at a predetermined timing in the early stages of the compression stroke. Therefore, the combustion chamber 6 can be cooled to a level capable of suppressing knocking, which is a concern on the high rotation side, while improving the emission performance.

また、上記実施形態では、高負荷域D1(低速・高負荷域D11および中速・高負荷域D12)における後段噴射Fbの噴射量割合が回転速度に拠らず一定とされるので(図12(b)参照)、回転速度に応じた燃料噴射制御を簡素化しつつ所要レベルの冷却効果を得ることができる。 Further, in the above embodiment, the injection amount ratio of the post-injection Fb in the high load region D1 (the low speed/high load region D11 and the medium speed/high load region D12) is constant regardless of the rotational speed (see FIG. 12). (b)), it is possible to obtain a required level of cooling effect while simplifying the fuel injection control according to the rotation speed.

また、上記実施形態では、低速・高負荷域D11内の低速側の一部(第1速度N1から運転ポイントP1に対応する速度までの範囲)においてバルブオーバーラップ期間が一律に最大値に設定されるので、プリイグニッションの発生リスクが最も高い条件で十分な掃気作用を発揮させることができ、プリイグニッションを効果的に抑制することができる。また、低速・高負荷域D11内の高速側の一部(運転ポイントP1に対応する速度から境界速度Nxまでの範囲)では、回転速度が高くなるほどバルブオーバーラップ期間が縮小されるので、燃焼室6内が高流動化して掃気作用が得られ易くなるのに合わせた適切なバルブオーバーラップ期間を確保でき、高回転側ほど発生リスクが低くなるプリイグニッションを当該バルブオーバーラップ期間中の掃気作用により必要なレベルで抑制することができる。 In the above embodiment, the valve overlap period is uniformly set to the maximum value in a portion of the low speed side within the low speed/high load region D11 (the range from the first speed N1 to the speed corresponding to the operating point P1). Therefore, a sufficient scavenging action can be exerted under conditions where the risk of occurrence of preignition is highest, and preignition can be effectively suppressed. In addition, in a part of the high speed side within the low speed/high load region D11 (the range from the speed corresponding to the operating point P1 to the boundary speed Nx), the higher the rotation speed, the shorter the valve overlap period. It is possible to secure an appropriate valve overlap period that matches the high fluidity in 6 and the scavenging action is easily obtained, and the pre-ignition that occurs at a higher rotation side has a lower risk of occurrence due to the scavenging action during the valve overlap period. It can be suppressed at the required level.

また、上記実施形態では、高負荷域D1での外部EGR率が中負荷域D2での外部EGR率よりも低くなるようにEGR弁53の開度が制御されるので(図11参照)、高負荷域D1において燃焼室6に十分な量の空気を導入することができ、負荷に見合った十分に高いトルクを発生させることができる。一方、高負荷域D1で外部EGR率が低くされると異常燃焼(プリイグニッションまたはノッキング)の発生リスクが高まるが、この異常燃焼は上述したバルブオーバーラップ期間の拡大と後段噴射Fbとの効果によって十分に抑制される。すなわち、上記実施形態によれば、高い出力トルクを確保しつつ異常燃焼を抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the opening of the EGR valve 53 is controlled so that the external EGR rate in the high load range D1 is lower than the external EGR rate in the medium load range D2 (see FIG. 11). A sufficient amount of air can be introduced into the combustion chamber 6 in the load range D1, and sufficiently high torque corresponding to the load can be generated. On the other hand, when the external EGR rate is lowered in the high load region D1, the risk of abnormal combustion (pre-ignition or knocking) occurring increases, but this abnormal combustion is sufficiently prevented by the effects of the expansion of the valve overlap period and the post-injection Fb described above. suppressed by That is, according to the above embodiment, abnormal combustion can be suppressed while ensuring high output torque.

(8)変形例
上記実施形態では、低速・高負荷域D11での運転時に、後段噴射Fbの開始時期を圧縮行程中期の所定時期(BTDC90°CA)に保持するとともに、後段噴射Fbの噴射量割合を一定値(0.1)に保持したが、同領域D11においてこれら要素の少なくとも一方を回転速度に応じて可変的に設定してもよい。例えば、図14に示すように、低速・高負荷域D11内で回転速度が高くなるほど、後段噴射Fbの開始時期を遅角させかつ後段噴射Fbの噴射量割合を増大させるようにしてもよい。この構成によれば、回転速度の変化に伴うプリイグニッションの発生リスクの増減に応じた適切な後段噴射Fbの開始時期および噴射量割合を設定することが可能になり、プリイグニッションの抑制効果をより高めることができる。
(8) Modification In the above-described embodiment, during operation in the low speed/high load region D11, the start timing of the post-injection Fb is held at the predetermined timing (BTDC90°CA) in the middle of the compression stroke, and the injection amount of the post-injection Fb is Although the ratio is held at a constant value (0.1), at least one of these elements may be set variably according to the rotation speed in the same region D11. For example, as shown in FIG. 14, the higher the rotational speed in the low speed/high load region D11, the more retarded the start timing of the post-injection Fb and the greater the injection amount ratio of the post-injection Fb. According to this configuration, it is possible to appropriately set the start timing and the injection amount ratio of the post-injection Fb according to the increase or decrease in the risk of preignition occurring due to the change in the rotation speed, and the effect of suppressing the preignition is further improved. can be enhanced.

上記実施形態では、エンジンが高負荷域D1で運転されているときに、吸気行程中に1回の前段噴射Faを実行しかつ圧縮行程中に1回の後段噴射Fbを実行したが、前段噴射Faおよび後段噴射Fbをそれぞれ複数回に分けて実行することも可能である。 In the above embodiment, when the engine is operated in the high load range D1, the pre-injection Fa is performed once during the intake stroke and the post-injection Fb is performed once during the compression stroke. It is also possible to perform Fa and post-injection Fb in a plurality of times.

上記実施形態では、前段噴射Faを吸気行程中に実行したが、前段噴射Faは、後段噴射Fbの開始時期よりも進角側の範囲において遅くとも圧縮行程の中央時期(BTDC90°CA)までに終了すればよい。言い換えると、前段噴射は、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する限りにおいて、適宜その噴射時期を変更することが可能である。なお、圧縮行程の前半とは、圧縮行程を前半と後半とに2等分した場合の前半であり、圧縮上死点前(BTDC)180~90°CAのことである。 In the above embodiment, the pre-injection Fa is executed during the intake stroke, but the pre-injection Fa is completed by the middle of the compression stroke (BTDC90° CA) at the latest in the range on the advance side of the start timing of the post-injection Fb. do it. In other words, the injection timing of the pre-injection can be appropriately changed as long as the pre-injection is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and the fuel is injected earlier than the post-injection. The first half of the compression stroke is the first half when the compression stroke is divided into the first half and the second half, and is 180° to 90° CA before top dead center (BTDC) of compression.

上記実施形態では、混合気の一部が点火プラグ16の点火点からの火炎伝播により燃焼(SI燃焼)しかつその他の混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する部分圧縮着火燃焼(SPCCI燃焼)を実行可能なエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用され得るエンジンは、混合気の少なくとも一部が予混合圧縮着火燃焼(HCCI燃焼)するエンジンであればよく、例えば燃焼室内の全ての混合気が予混合圧縮着火燃焼するエンジン(点火プラグによる火花点火が不要なエンジン)にも本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, part of the air-fuel mixture burns (SI combustion) due to flame propagation from the ignition point of the spark plug 16, and the rest of the air-fuel mixture burns due to self-ignition (CI combustion) (SPCCI combustion). ) has been described, but the engine to which the present invention can be applied may be any engine in which at least part of the air-fuel mixture performs homogeneous charge compression ignition combustion (HCCI combustion), For example, the present invention can also be applied to an engine in which all the air-fuel mixture in the combustion chamber undergoes premixed compression ignition combustion (an engine that does not require spark ignition by a spark plug).

6 燃焼室
11 吸気弁
12 排気弁
13 吸気VVT(バルブ可変機構、吸気弁可変機構)
14 排気VVT(バルブ可変機構)
15 インジェクタ
16 点火プラグ
50 EGR装置
102 燃焼制御部
D1 高負荷域
D11 低速・高負荷域(第1領域)
D12 中速・高負荷域(第2領域)
D2 中負荷域
Fa 前段噴射
Fb 後段噴射
6 combustion chamber 11 intake valve 12 exhaust valve 13 intake VVT (valve variable mechanism, intake valve variable mechanism)
14 Exhaust VVT (variable valve mechanism)
15 Injector 16 Spark plug 50 EGR device 102 Combustion control unit D1 High load region D11 Low speed/high load region (first region)
D12 Medium speed/high load area (second area)
D2 Medium load range Fa Front injection Fb Post injection

Claims (8)

燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、
エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、
前記バルブ可変機構は、吸気弁の開時期および閉時期を同時にかつ同量ずつ変更する位相式の吸気弁可変機構を含み、
前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、
前記燃焼制御部は、前記第1領域および前記第2領域の双方において排気上死点よりも前に吸気弁が開弁しかつ吸気下死点よりも後に吸気弁が閉弁するとともに、前記第2領域での吸気弁の作動位相が前記第1領域での作動位相よりも遅角側にシフトされるように、前記吸気弁可変機構を制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
A combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and an exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging exhaust gas from the combustion chamber. A device for controlling an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition,
a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap;
In a high load region where the engine load is high, the variable valve mechanism is driven so that the mixture of fuel and air injected from the injector undergoes premixed compression ignition combustion, and the valve overlap period is set to a predetermined amount or more. a combustion control unit that causes the injector to perform a post-injection that injects fuel during the compression stroke and a pre-injection that is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and injects fuel earlier than the post-injection; with
The valve variable mechanism includes a phase-type intake valve variable mechanism that simultaneously changes the opening timing and the closing timing of the intake valve by the same amount,
When a portion of the high load region on the low speed side is defined as a first region and a portion of the high load region on the high speed side is defined as a second region, the combustion control unit sets the start timing of the post-injection to the second region. controlling the injector to be slower in the first region than the valve overlap period, and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period is longer in the first region than in the second region;
The combustion control unit opens the intake valve before the exhaust top dead center and closes the intake valve after the intake bottom dead center in both the first region and the second region. The variable intake valve mechanism is controlled such that the operating phase of the intake valve in the second region is shifted to the retard side from the operating phase in the first region. controller.
燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、
エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、
前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、
前記燃焼制御部は、前記第1領域での前記後段噴射の開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程中期の所定時期に保持されるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
A combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and an exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging exhaust gas from the combustion chamber. A device for controlling an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition,
a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap;
In a high load region where the engine load is high, the variable valve mechanism is driven so that the mixture of fuel and air injected from the injector undergoes premixed compression ignition combustion, and the valve overlap period is set to a predetermined amount or more. a combustion control unit that causes the injector to perform a post-injection that injects fuel during the compression stroke and a pre-injection that is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and injects fuel earlier than the post-injection; with
When a portion of the high load region on the low speed side is defined as a first region and a portion of the high load region on the high speed side is defined as a second region, the combustion control unit sets the start timing of the post-injection to the second region. controlling the injector to be slower in the first region than the valve overlap period, and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period is longer in the first region than in the second region;
The combustion control unit controls the injector so that the start timing of the post-stage injection in the first region is held at a predetermined timing in the middle of the compression stroke regardless of the rotation speed. Control device for compression ignition engines.
請求項2に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第2領域内の低速側の一部において回転速度が高くなるほど前記後段噴射の開始時期が進角され、かつ前記第2領域内の高速側の一部において前記後段噴射の開始時期が回転速度に拠らず圧縮行程初期の所定時期に保持されるように、前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for the homogeneous charge compression ignition engine according to claim 2 ,
The combustion control unit advances the start timing of the post-injection as the rotation speed increases in a part of the low speed side in the second region, and advances the start timing of the post-injection in a part of the high speed side in the second region. A control device for a homogenous charge compression ignition engine, characterized in that the injector is controlled so that the start timing of is maintained at a predetermined timing at the beginning of the compression stroke regardless of the rotational speed.
請求項3に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第1領域および前記第2領域における前記後段噴射の噴射量割合が回転速度に拠らず一定になるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for the homogeneous charge compression ignition engine according to claim 3 ,
The combustion control unit controls the injector so that the injection amount ratio of the post-injection in the first region and the second region is constant regardless of the rotational speed. Formula engine controller.
燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、
エンジン負荷が高い高負荷域において、前記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記バルブ可変機構を駆動して所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間を形成しつつ、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させる燃焼制御部とを備え、
前記高負荷域における低速側の一部を第1領域、前記高負荷域における高速側の一部を第2領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記後段噴射の開始時期が前記第2領域よりも前記第1領域で遅くなるように前記インジェクタを制御するとともに、前記バルブオーバーラップ期間が前記第2領域よりも前記第1領域で長くなるように前記バルブ可変機構を制御し、
前記燃焼制御部は、前記第1領域内の低速側の一部において前記バルブオーバーラップ期間が回転速度に拠らず第1の期間に保持され、かつ前記第1領域内の高速側の一部において回転速度が高くなるほど前記バルブオーバーラップ期間が前記第1の期間に対し短くなるように、前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
A combustion chamber, an injector that injects fuel into the combustion chamber, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the combustion chamber, and an exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging exhaust gas from the combustion chamber. A device for controlling an engine capable of premixed compression ignition combustion in which the fuel injected from the injector is mixed with air and burned by self-ignition,
a variable valve mechanism capable of changing a valve overlap period in which the open period of the intake valve and the open period of the exhaust valve overlap;
In a high load region where the engine load is high, the variable valve mechanism is driven so that the mixture of fuel and air injected from the injector undergoes premixed compression ignition combustion, and the valve overlap period is set to a predetermined amount or more. a combustion control unit that causes the injector to perform a post-injection that injects fuel during the compression stroke and a pre-injection that is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and injects fuel earlier than the post-injection; with
When a portion of the high load region on the low speed side is defined as a first region and a portion of the high load region on the high speed side is defined as a second region, the combustion control unit sets the start timing of the post-injection to the second region. controlling the injector to be slower in the first region than the valve overlap period, and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period is longer in the first region than in the second region;
The combustion control unit maintains the valve overlap period at a first period irrespective of the rotational speed in a portion of the low speed side within the first region, and maintains the valve overlap period in a portion of the high speed side within the first region. and controlling the valve variable mechanism so that the valve overlap period becomes shorter than the first period as the rotational speed increases in the control device of the premixed compression ignition engine.
請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第1領域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の開始時期が進角されかつ前記後段噴射の噴射量割合が増えるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for the homogeneous charge compression ignition engine according to claim 1 ,
The combustion control unit controls the injectors so that the higher the rotation speed, the more advanced the start timing of the post-injection and the greater the injection amount ratio of the post-injection during operation in the first region. A control device for a homogenous charge compression ignition engine.
請求項1~6のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、前記燃焼室に連通する吸気通路および排気通路と、排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に還流するEGR装置とを備え、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域よりも負荷が低い中負荷域において混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記EGR装置を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部EGR率が前記中負荷域よりも前記高負荷域で低くなるように前記EGR装置を制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for a homogeneous charge compression ignition engine according to any one of claims 1 to 6 ,
The engine includes an intake passage and an exhaust passage that communicate with the combustion chamber, and an EGR device that recirculates exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage,
The combustion control unit burns the air-fuel mixture by premixed compression ignition combustion in a medium load range in which the load is lower than the high load range, and controls the ratio of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber through the EGR device. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that it controls the EGR device so that the EGR rate is lower in the high load range than in the medium load range.
請求項1~7のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for the homogeneous charge compression ignition engine according to any one of claims 1 to 7 ,
The engine comprises a spark plug that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber,
The combustion control unit performs partial compression ignition combustion in which part of the air-fuel mixture burns by flame propagation from the ignition point of the spark plug and the rest of the air-fuel mixture burns by self-ignition during operation in the high-load range. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that the spark plug is caused to perform spark ignition at a predetermined timing near compression top dead center so that the above is performed.
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