JP2005054677A - Spark ignition type engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンに関するものである。 The present invention relates to a multi-cylinder spark ignition engine in which the combustion cycle of each cylinder is set to have a predetermined phase difference.
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低速低負荷領域等では、上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせることにより、超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a spark ignition engine, a technique for improving fuel consumption by performing combustion in a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is known. It has a fuel injection valve that directly injects fuel into the room, and in low-speed and low-load areas, etc., super lean combustion is realized by injecting fuel from the fuel injection valve in the compression stroke and performing stratified combustion. Those are known (for example, see Patent Document 1).
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒(HC,COおよびNOxに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒)だけではリーン運転時のNOxに対して充分な浄化性能が得られないため、特許文献1にも示されるように、酸素過剰雰囲気でNOxを吸着して酸素濃度低下雰囲気でNOxの離脱、還元を行う所定容量のリーンNOx触媒を設けている。そして、上記リーンNOx触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンNOx触媒のNOx吸着量が増大したときには、例えば特許文献1に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにCOを生成し、これによってNOxの離脱、還元を促進するようにしている。
In such an engine, an ordinary three-way catalyst (a catalyst having a high purification performance in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio with respect to HC, CO, and NOx) is sufficient for NOx during lean operation as a catalyst for exhaust gas purification. Therefore, as shown in
また、燃費改善のための別の手法として、例えば下記特許文献2に示されるように、燃焼室内に多量の既燃ガスを残留させることにより、圧縮行程の終期にディーゼルエンジンと同様に燃焼室内を高温・高圧にして混合気を自己着火(圧縮自己着火)させることが行われており、このような圧縮自己着火が行われると、燃焼室内全体で一気に燃焼が発生するため、仕事に寄与しない遅い燃焼となることが避けられて燃費改善に有利となるとともに、燃焼室内の温度が局部的に高くなるのを防止してNOxの発生を抑制することが可能である。
上記特許文献1に示されるような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のNOx浄化性能を確保するために、上記リーンNOx触媒を排気通路に設ける必要があり、コスト的に不利である。また、リーンNOx触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにNOx吸着量の増大時にNOxを離脱させて還元するため、追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がある。さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合には、上記リーンNOx触媒の硫黄被毒を解消するため、触媒の加熱処理および還元材の供給等からなるリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下することが避けられない。しかも、混合気の空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎてその終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善には限界があった。
In an engine that performs the conventional lean operation as shown in
一方、上記特許文献2に示されるように、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、燃費の改善効果およびNOxの抑制効果を得るために圧縮自己着火を行わせるように構成した場合には、その圧縮上死点付近での燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めて圧縮自己着火の環境が得られるようにする格別の工夫が必要であるという問題がある。しかも、通常の火花点火式ガソリンエンジンにおいて上記の工夫を凝らしても確実に圧縮自己着火を行わせることは困難である等の問題があった。 On the other hand, as shown in Patent Document 2, in a normal spark ignition type gasoline engine, when it is configured to perform compression self-ignition in order to obtain an improvement effect of fuel consumption and an NOx suppression effect, the compression is performed. There is a problem in that special measures are required to greatly increase the temperature or pressure in the combustion chamber near the top dead center so as to obtain an environment of compression self-ignition. In addition, there has been a problem that it is difficult to reliably perform compression self-ignition even if the above-mentioned device is elaborated in an ordinary spark ignition type gasoline engine.
このため、本願出願人は、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなるサイクルを行う多気筒エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転側の部分負荷領域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間で排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスを、そのまま気筒間ガス通路を介して吸気行程にある後続気筒に導入し、この後続気筒から排出されるガスを、三元触媒が設けられた排気通路に導く2気筒接続状態とすることにより、先行気筒では理論空燃比よりも大幅なリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせるとともに、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる制御装置を開発した(特願2002−024548号)。 For this reason, the applicant of the present application is a multi-cylinder engine that performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes, and a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap at least in a partial load region on the low load and low rotation side. The burned gas discharged from the preceding cylinder in the exhaust stroke is introduced as it is into the subsequent cylinder in the intake stroke via the inter-cylinder gas passage, and the three-way catalyst provides the gas discharged from this succeeding cylinder By setting the two-cylinder connection state leading to the exhaust passage, combustion is performed in a state where the preceding cylinder has a lean air-fuel ratio that is significantly larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and in the subsequent cylinder, the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder is performed. Has been developed (Japanese Patent Application No. 2002-024548).
上記構成によれば、少なくともエンジンの低負荷低回転域において、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより顕著な燃費改善効果が得られ、また後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃焼が行われることにより、ポンピングロス低減による燃費効果が得られる。しかも、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保され、リーンNOx触媒も不要となる。さらに、上記のように2気筒接続状態とすることにより、後続気筒には先行気筒から高温の既燃ガスが導入されるので、圧縮行程後期に後続気筒の燃焼室内を高温、高圧として自己着火させることにより、燃焼室全体に亘り混合気を一気に燃焼させることができるため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に一層有利となる。 According to the above configuration, at least in the low-load and low-speed region of the engine, the preceding cylinder performs combustion at a lean air-fuel ratio, thereby improving the thermal efficiency and reducing the pumping loss, thereby obtaining a remarkable fuel efficiency improvement effect. In the succeeding cylinder, fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder, and combustion is performed in a state where the stoichiometric air-fuel ratio is set, so that a fuel efficiency effect by reducing pumping loss can be obtained. Moreover, since only the stoichiometric burned gas discharged from the subsequent cylinders is guided to the exhaust passage provided with the three-way catalyst, sufficient exhaust purification performance is ensured with only the three-way catalyst, and no lean NOx catalyst is required. Become. Further, since the high-temperature burned gas is introduced into the succeeding cylinder from the preceding cylinder by setting the two-cylinder connection state as described above, the combustion chamber of the succeeding cylinder is self-ignited at a high temperature and high pressure in the latter half of the compression stroke. As a result, the air-fuel mixture can be combusted all over the combustion chamber, so that slow combustion that does not contribute to work can be avoided, which is further advantageous in improving fuel consumption.
本発明は以上のような課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成で排気浄化性能を充分に確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果が得られる火花点火式エンジンを提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and is a spark ignition engine capable of obtaining fuel efficiency improvement effects such as lean combustion and reduction of pumping loss while ensuring sufficient exhaust purification performance with a simple configuration. Is to provide.
請求項1に係る発明は、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもつように設定された多気筒の火花点火式エンジンであって、エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが一致する一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される既燃ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態としつつ、先行気筒の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比として燃焼を行わせ、この先行気筒から後続気筒にリーン空燃比の既燃ガスを導入させて新たに供給された燃料とともに後続気筒で燃焼させる特殊運転モードの制御を実行する運転モード制御手段を備え、上記先行気筒に接続された気筒間ガス通路の上流端部にガス導出弁を設けるとともに、上記後続気筒に接続された気筒間ガス通路の下流端部にガス導入弁を設け、上記特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁の開弁時期を、ガス導出弁の開弁時期よりも遅い時期に設定したものである。
The invention according to
請求項2に係る発明は、上記請求項1に記載の火花点火式エンジンにおいて、特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁の開弁時期を後続気筒の排気上死点ないしその近傍に設定するとともに、ガス導出弁の開弁時期を後続気筒の排気上死点よりも早い時期に設定したものである。 According to a second aspect of the present invention, in the spark ignition type engine according to the first aspect, the opening timing of the gas introduction valve at the time of control in the special operation mode is set at or near the exhaust top dead center of the subsequent cylinder. The opening timing of the gas outlet valve is set earlier than the exhaust top dead center of the subsequent cylinder.
請求項3に係る発明は、上記請求項1または2に記載の火花点火式エンジンにおいて、後続気筒の排気ガスを排気通路に排出する排気弁と、上記ガス導入弁とを後続気筒に相隣接して配設したものである。 According to a third aspect of the present invention, in the spark ignition engine according to the first or second aspect, the exhaust valve for exhausting the exhaust gas of the subsequent cylinder to the exhaust passage and the gas introduction valve are adjacent to the subsequent cylinder. Arranged.
請求項4に係る発明は、上記請求項1〜3の何れかの1項に記載の火花点火式エンジンにおいて、特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁の閉弁時期をガス導出弁の閉弁時期よりも遅い時期に設定したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spark ignition engine according to any one of the first to third aspects of the present invention, the closing timing of the gas introduction valve is determined when the gas introduction valve is closed during the control in the special operation mode. The time is set later than the time.
請求項5に係る発明は、上記請求項4に記載の火花点火式エンジンにおいて、特殊運転モードの制御時におけるガス導出弁の閉弁時期を先行気筒の排気上死点ないしその近傍に設定するとともに、ガス導入弁の閉弁時期を先行気筒の排気上死点よりも遅い時期に設定したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spark ignition type engine according to the fourth aspect, the closing timing of the gas outlet valve at the time of control in the special operation mode is set at or near the exhaust top dead center of the preceding cylinder. The closing timing of the gas introduction valve is set to a timing later than the exhaust top dead center of the preceding cylinder.
請求項6に係る発明は、上記請求項1〜5の何れかの1項に記載の火花点火式エンジンにおいて、特殊運転モードの制御時における後続気筒の排気弁とガス導入弁とのオーバラップ期間をクランク角度で5°以下に設定したものである。
The invention according to claim 6 is the spark ignition engine according to any one of
請求項7に係る発明は、上記請求項1〜6の何れかの1項に記載の火花点火式エンジンにおいて、気筒間ガス通路の上流端部および下流端部に設けられたガス導出弁およびガス導入弁をそれぞれ同一径のポペット弁により構成するとともに、ガス導入弁を閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重を、ガス導出弁を閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重よりも高い値に設定したものである。
The invention according to
請求項1に係る発明では、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路の下流端部に設けられたガス導入弁の開放時期を比較的に遅い時期に設定し、後続気筒の排気上死点近傍で閉時状態となる排気弁と上記ガス導入弁とのオーバラップ期間を短くすることにより、上記気筒間ガス通路から後続気筒内に導入された上記既燃ガスが排気ポートから排気通路側に吹き抜けるのを効果的に防止することができるため、後続気筒における燃焼性を確保することが可能となる。また、先行気筒側に設けられたガス導出弁の開放時期を比較的に早い時期に設定することにより、先行気筒から気筒間ガス通内に導出される既燃ガスの流動抵抗が増大するのを防止し、既燃ガスをスムーズに流動させることができるという利点がある。
In the invention according to
請求項2に係る発明では、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路の下流端部に設けられたガス導入弁の開弁時期を後続気筒の排気上死点ないしその近傍に設定したため、上記気筒間ガス通路から後続気筒内に導入された上記既燃ガスが排気行程中に排気ポートを介して排気通路内側に吹き抜けるのを、さらに効果的に防止することができるとともに、ピストンの頭上に設けられたガス導入弁(ポペット弁)が、ピストン上死点付近ではリフトしていない状態にあるため、その分ピストン上死点位置をガス導入弁に近づけることができ、これに対応して後続気筒の幾何学的圧縮比が高められることで、後続気筒を確実に圧縮自己着火させることができる。また、気筒間ガス通路の上流端部に設けられたガス導出弁の開弁時期を上記ガス導入弁の開弁時期よりも後続気筒の排気上死点よりも早い時期に設定したため、先行気筒から気筒間ガス通内に導出される既燃ガスの流動抵抗が効果的に増大するのを効果的に防止し、既燃ガスをスムーズに流動させることができる。 In the invention according to claim 2, the gas provided at the downstream end of the inter-cylinder gas passage in a two-cylinder connection state in which the burned gas discharged from the preceding cylinder is introduced into the subsequent cylinder through the inter-cylinder gas passage. Since the opening timing of the introduction valve is set at or near the exhaust top dead center of the subsequent cylinder, the burned gas introduced into the subsequent cylinder from the inter-cylinder gas passage is exhausted through the exhaust port during the exhaust stroke. Blowing inward can be prevented more effectively, and the gas introduction valve (poppet valve) provided above the piston head is not lifted near the top dead center of the piston. The piston top dead center position can be brought close to the gas introduction valve, and the geometric compression ratio of the succeeding cylinder is increased correspondingly, so that the succeeding cylinder can be surely compressed and self-ignited. In addition, since the opening timing of the gas outlet valve provided at the upstream end of the inter-cylinder gas passage is set earlier than the exhaust top dead center of the succeeding cylinder than the opening timing of the gas introducing valve, It is possible to effectively prevent the flow resistance of the burned gas led out into the inter-cylinder gas passage from increasing effectively, and the burned gas can flow smoothly.
請求項3に係る発明のように、後続気筒の排気ガスを排気通路に排出する排気弁と、上記ガス導入弁とを相隣接して後続気筒に配設した場合には、上記気筒間ガス通路から後続気筒内に導入された上記既燃ガスが排気ポートを介して排気通路側に吹き抜け易いため、上記のように先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路の下流端部に設けられたガス導入弁の開弁時期を、気筒間ガス通路の上流端部に設けられたガス導出弁の開弁時期よりも遅い時期に設定し、後続気筒の排気上死点近傍で停止状態となる排気弁と上記ガス導入弁とのオーバラップ期間を短くすることにより、後続気筒内に導入された上記既燃ガスが排気通路側に吹き抜けるのを防止する効果が顕著に得られるという利点がある。
When the exhaust valve for discharging the exhaust gas of the succeeding cylinder to the exhaust passage and the gas introduction valve are arranged adjacent to each other in the succeeding cylinder as in the invention according to
請求項4に係る発明では、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路の下流端部に設けられたガス導入弁を比較的に遅閉じ状態とすることにより、気筒間ガス通路を介して後続気筒内に導入される既燃ガスの流動損失を抑制し、後続気筒内に上記既燃ガスをスムーズに導入させて後続気筒の燃焼性を向上させることができるとともに、先行気筒側のガス導出弁を比較的に早閉じ状態とすることにより、先行気筒の内部EGR量を低減して先行気筒に対する新気の導入量を確保することができる。
In the invention according to
請求項5に係る発明では、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路の上流端部に設けられたガス導出弁の閉弁時期を先行気筒の排気上死点ないしその近傍に設定することにより、先行気筒の内部EGR量を効果的に低減して先行気筒に対する新気の導入量を充分に確保することができるとともに、気筒間ガス通路の下流端部に設けられたガス導入弁の閉弁時期を先行気筒の排気上死点よりも遅い時期に設定することにより、気筒間ガス通路を介して後続気筒内に導入される既燃ガスの流動損失を効果的に抑制し、後続気筒内に既燃ガスを充分に導入させて後続気筒の燃焼性を確実に向上させることができる。 In the invention according to claim 5, the gas provided at the upstream end of the inter-cylinder gas passage in a two-cylinder connection state in which the burned gas discharged from the preceding cylinder is introduced into the subsequent cylinder through the inter-cylinder gas passage. By setting the closing timing of the lead-out valve at or near the exhaust top dead center of the preceding cylinder, the internal EGR amount of the preceding cylinder can be effectively reduced and a sufficient amount of fresh air introduced into the preceding cylinder can be secured. And the subsequent cylinder via the inter-cylinder gas passage by setting the closing timing of the gas introduction valve provided at the downstream end of the inter-cylinder gas passage to a time later than the exhaust top dead center of the preceding cylinder. The flow loss of the burned gas introduced into the inside can be effectively suppressed, and the burnt gas can be sufficiently introduced into the succeeding cylinder to reliably improve the combustibility of the succeeding cylinder.
請求項6に係る発明では、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、後続気筒の排気弁とガス導入弁とがオーバラップ状態となる期間を略0とすることにより、後続気筒内に導入された上記既燃ガスが排気通路側に吹き抜けるのを可及的に抑制することができる。 In the invention according to claim 6, the exhaust valve and the gas introduction valve of the subsequent cylinder overlap in a two-cylinder connection state in which the burned gas discharged from the preceding cylinder is introduced to the subsequent cylinder through the inter-cylinder gas passage. By setting the period of the state to be substantially 0, it is possible to suppress the burned gas introduced into the succeeding cylinder from blowing into the exhaust passage as much as possible.
請求項7に係る発明は、先行気筒から排出される既燃ガスが後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路内に導入された上記既燃ガスの圧力がガス導入弁に作用することに起因してガス導入弁が開弁状態となるのを効果的に防止し、後続気筒内に既燃ガスが設定時期よりも早期に導入されることに起因した既燃ガスの吹き抜けを可及的に抑制できるという利点がある。
The invention according to
図1は、本発明が適用されるエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体1の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体1は複数の気筒を有し、図示の実施形態では4つの気筒2A〜2Dを有している。各気筒2A〜2Dにはピストン3が嵌挿され、ピストン3の上方に燃焼室4が形成されている。各気筒2A〜2Dの燃焼室4の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室4内に臨んでいる。この点火プラグ7には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路8が接続されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine to which the present invention is applied, and FIG. 2 schematically shows a structure of one cylinder of an
燃焼室4の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁9が設けられている。この燃料噴射弁9は、図略のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁9には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ圧縮行程における燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
A
そして、各気筒2A〜2Dが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなるサイクルを行うように構成されており、4気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から1番気筒2A、2番気筒2B、3番気筒2C、4番気筒2Dと呼ぶと、図5に示すように上記サイクルが1番気筒2A、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもって行われる。なお、図5において、EXは排気行程、INは吸気行程であり、また、Fは燃料噴射、Sは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火が行われることを表している。
Each
排気行程と吸気行程が一致する一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が一致して両行程がぴったりと重なるときの排気行程側の気筒(当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ)から、吸気行程側の気筒(当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ)に既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路22が設けられている。当実施形態の4気筒エンジンでは、図5に示すように1番気筒2Aの排気行程(EX)と2番気筒2Bの吸気行程(IN)とが重なり、また4番気筒2Dの排気行程(EX)と3番気筒2Cの吸気行程(IN)が重なるので、1番気筒2Aと2番気筒2B、および、4番気筒2Dと3番気筒2Cがそれぞれ一対をなし、1番気筒2Aおよび4番気筒2Dが先行気筒、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cが後続気筒となる。
Between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke coincide with each other, from the cylinder on the exhaust stroke side when the exhaust stroke and the intake stroke coincide with each other and exactly overlap each other (this is referred to as a preceding cylinder in this specification) An
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路および気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。先行気筒である1番気筒2Aおよび4番気筒2Dには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート11と、既燃ガス(排気ガス)を排気通路に送り出すための第1排気ポート12aと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第2排気ポート12bとが配設されている。また、後続気筒である2番気筒2Bおよび3番気筒2Cには、それぞれ、新気を導入するための第1吸気ポート11aと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第2吸気ポート11bと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート12とが配設されている。
Specifically, the intake / exhaust port of each cylinder and the intake passage, exhaust passage, and inter-cylinder gas passage connected thereto are configured as follows. The
図1に示す例では、先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aが、1気筒当り2個ずつ、燃焼室の一方側半部に並列的に設けられている。また、先行気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bならびに後続気筒2B,2Cにおける第2吸気ポート11bおよび排気ポート12が、燃焼室の他方側半部に並列的に設けられている。すなわち、後続気筒2B,2Cの他方側半部には、後述するように排気ポート12を開閉する排気弁32と、第2吸気ポート11bを開閉するガス導入弁31bとが相隣接して配設されている。
In the example shown in FIG. 1, two
先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aには、吸気通路15における気筒別の分岐吸気通路16の下流端が接続されている。各分岐吸気通路16の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁17が設けられており、この多連スロットル弁17は制御信号に応じてアクチュエータ18により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路15における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ19が設けられている。
A downstream end of a
先行気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび後続気筒2B,2Cにおける排気ポート12には、排気通路20における気筒別の分岐排気通路21の上流端部が接続されている。また、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間および3番気筒2Cと4番気筒2Dとの間には、それぞれ気筒間ガス通路22が設けられ、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dの第2排気ポート12bに気筒間ガス通路22の上流端部が接続されるとともに、後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cの第2吸気ポート11bに気筒間ガス通路22の下流端部が接続されている。
An upstream end portion of a
上記気筒間ガス通路22には、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアO2センサ25が設けられており、その出力に基づいて所定のリーン空燃比とされる先行気筒2A,2Dに対する燃料噴射量がフィードバック制御されるようになっている。
The
排気通路20における分岐排気通路21の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するO2センサ23が設けられている。O2センサ23は、理論空燃比付近で出力が急変するλO2センサであり、このλO2センサ23の出力に基づいて後続気筒2B,2C(各気筒独立状態のときは先行気筒2A,2Dを含む)に対する燃料噴射量がフィードバック制御されるように構成されている。さらに、上記O2センサ23の下流の排気通路20には、排気浄化用の三元触媒24が設けられている。この三元触媒24は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまり空気過剰率λが1)付近にあるときにHC,COおよびNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。
An O 2 sensor 23 that detects the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided at the downstream of the
各気筒の吸・排気ポートを開閉する各弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。先行気筒2A,2Dにおける吸気ポート11、第1排気ポート12aおよび第2排気ポート12bにはそれぞれ吸気弁31、排気弁32aおよびガス導出弁32bが設けられ、また後続気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11a、第2吸気ポート11bおよび排気ポート12にはそれぞれ吸気弁31a、ガス導入弁31bおよび排気弁32が設けられている。
The valves for opening and closing the intake / exhaust ports of each cylinder and the valve operating mechanism for these valves are as follows. The
上記各弁31,32a,32b,31a,31b,32は、それぞれ図外のバルブスプリングにより閉止方向に付勢されたポペット弁からなり、各気筒が吸気行程または排気行程にあるときにカムシャフト33,34に設けられた駆動カムにより押し下げられて開放状態となるが、その開閉時期は必ずしも上死点や下死点に限らず、必要に応じて上死点または下死点から所定のクランク角だけずれた時期に設定されている。そして、上記気筒間ガス通路22の下流端部に設けられたガス導入弁31bを閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重、つまりガス導入弁31bの閉止状態におけるバルブスプリングの付勢力が、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられたガス導出弁32bを閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重よりも高い値に設定されている。なお、ガス導入弁31bとガス導出弁32bとを構成するポペット弁の弁径は、同一径に設定されており、両者のポペット弁の仕様から考えるとバルブスプリングのセット荷重は同一でよいが、本発明の実施形態においては、ガス導入弁31b側のバルブスプリングのセット荷重をガス導出弁32b側に比べて相対的に高く設定している。
Each of the
さらに、上記各弁のうちで第2排気弁32a、ガス導出弁32b、第1吸気弁31およびガス導入弁31bに対しては、これらの弁を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構35が設けられている。この弁停止機構35は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムから弁への動力の伝達が遮断されて弁が停止されるように構成されたものである。
Further, among the above valves, for the
後続気筒2B,2C側の吸気弁31aおよび先行気筒2A,2D側の排気弁32aの弁停止機構35に対する作動油給排用の通路36には、第1コントロール弁37が設けられており、ガス導入弁31bおよびガス導出弁32bの弁停止機構35に対する作動油給排用の通路38には、第2コントロール弁39が設けられている(図3参照)。
A
図3は、当実施形態における駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のECU(コントロールユニット)40には、エアフローセンサ19、O2センサ23およびリニアO2センサ25からの信号が入力されるとともに、運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ47とアクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセル開度センサ48とからの信号が入力されるようになっている。このECU40から、点火回路8、各燃料噴射弁9、多連スロットル弁17のアクチュエータ18、第1,第2のコントロール弁37,39に対して制御信号が出力されるように構成されている。
FIG. 3 shows the configuration of the drive and control system in this embodiment. In this figure, an engine control ECU (control unit) 40 composed of a microcomputer or the like receives signals from an
上記ECU40は、少なくともエンジンの低負荷低回転側の部分負荷領域で、ガス流通経路を2気筒接続状態(図6参照)としつつ、燃焼を行わせる制御手段を構成するものであり、運転状態判別手段41と、弁停止機構制御手段42と、吸入空気量制御手段43と、燃料噴射制御手段45および点火制御手段46からなる燃焼制御手段44とを備えている。
The
運転状態判別手段41は、回転数センサ47およびアクセル開度センサ48等から出力されたエンジンの運転状態(エンジン回転数およびエンジン負荷)の検出信号に基づき、運転状態が図4に示すような低負荷低回転側の部分負荷領域Aと、高負荷側ないし高回転側の全負荷領域Bと、アイドル運転領域Cのいずれの領域にあるかを判別し、所定の条件下(例えばエンジンが完全に暖機された状態)で、エンジンが部分負荷領域Aにある場合に2気筒接続状態とする特殊運転モードでの燃焼制御を実行し、全負荷領域Bまたはアイドル運転領域Cにある場合には各気筒独立状態とする通常運転モードでの燃焼制御を実行するように構成されている。
The operating state discriminating means 41 is based on the detection signal of the engine operating state (engine speed and engine load) output from the
弁停止機構制御手段42は、上記特殊運転モードおよび通常運転モードの判別結果に応じ、上記各コントロール弁37,39を制御することにより、各弁停止機構35を次のように制御する。
The valve stop mechanism control means 42 controls each of the
特殊運転モード:先行気筒排気弁32aおよび後続気筒吸気弁31aを停止状態
ガス導出弁32bおよびガス導入弁31bを作動状態
通常運転モード:先行気筒排気弁32aおよび後続気筒吸気弁31aを作動状態
ガス導出弁32bおよびガス導入弁31bを停止状態
吸入空気量制御手段43は、アクチュエータ18を制御することによりスロットル弁17の開度(スロットル開度)を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードでは、後述のように後続気筒2B,2Cにおいては分岐吸気通路16からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒から導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比(以下これを実質的な理論空燃比という)とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の2気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気(2気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気)が先行気筒2A,2Dに供給されるように、スロットル開度が調節される。
Special operation mode: The leading
The
燃焼制御手段44は、燃料噴射制御手段45と点火制御手段46とからなっており、燃料噴射制御手段45により、各気筒2A〜2Dに設けられた燃料噴射弁9からの燃料噴射量および噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段46により運転状態に応じた点火時期の制御および点火停止等の制御を行うように構成されている。そして、特に運転状態が特殊運転モードである場合と通常運転モードである場合とで燃焼の制御(燃料噴射の制御および点火の制御)状態が変更されるようになっている。
The
すなわち、上記弁停止機構制御手段42等からなる運転モード制御手段により、エンジンが特殊運転モードの制御が実行される部分負荷領域Aでは、先行気筒2A,2Dに対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量が制御されるとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングが設定され、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングが設定される。一方、後続気筒2B,2Cに対しては、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料が供給され、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されるとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングが設定されるとともに、運転状態に応じて圧縮自己着火または強制点火による燃焼が行われるようになっている。
That is, in the partial load region A in which the engine is controlled in the special operation mode by the operation mode control means including the valve stop mechanism control means 42 and the like, the air-fuel ratio is set to the theoretical empty for the preceding
また、エンジンが全負荷領域Bまたはアイドル運転領域Cにある場合には、各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御して通常運転モードの燃焼制御が実行され、例えば通常運転モードにおける大部分の領域で各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比とし、最高負荷およびその付近の運転領域で各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比よりリッチとする制御が実行される。そして、この場合に、各気筒2A〜2Dに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ各気筒2A〜2Dで強制点火を行わせるように制御される。
Further, when the engine is in the full load region B or the idle operation region C, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of each of the
以上のような当実施形態の装置の作用を、図5〜図9を参照しつつ説明する。特殊運転モードでは、前述のように先行気筒2A,2Dの排気弁32aおよび後続気筒2B,2Cの吸気弁31aが停止状態、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられたガス導出弁32bおよび気筒間ガス通路22の下流端部に設けられたガス導入弁31bが作動状態とされることにより、実質的な新気およびガスの流通経路が、図6に示すような2気筒接続状態とされ、先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路22を介して後続気筒2B,2Cに導入されるとともに、この後続気筒2B,2Cから排出される排気ガスのみが排気通路20に導かれることになる。
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described with reference to FIGS. In the special operation mode, as described above, the
上記2気筒接続状態において、先行気筒2A,2Dにそれぞれ吸気行程で吸気通路15から新気が導入され(図6中の矢印a)、先行気筒2A,2DではリニアO2センサ25によって検出される空燃比が理論空燃比の略2倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ、圧縮行程で燃料が噴射され、かつ所定の点火時期に点火が行われることにより、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる(図5参照)。
In the two-cylinder connected state, fresh air is introduced into the preceding
その後、先行気筒2A,2Dの吸気行程と後続気筒2B,2Cの排気行程が一致する期間に、先行気筒2A,2Dから排出された既燃ガスがガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに導入される(図5中の白抜き矢印および図6中の矢印b)。そして、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射された後、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力および温度が上昇して圧縮自己着火が行われる。
Thereafter, during a period in which the intake strokes of the preceding
この場合、図7に示すように、気筒間ガス通路22の下流端部に設けられた上記ガス導入弁31bの開弁時期α1が、後続気筒2B,2Cの排気上死点TDCないしその近傍に設定されるとともに、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられた上記ガス導出弁32bの開弁時期β1が、後続気筒2B,2Cの排気上死点TDCよりも所定のクランク角度、例えば50°CA(クランクアングル)だけ前に設定されることにより、特殊運転モードの制御時における上記ガス導入弁31bの開弁時期α1がガス導出弁32bの開弁時期β1よりも遅い時期に設定されている。
In this case, as shown in FIG. 7, the opening timing α1 of the
なお、本発明の実施形態では、先行気筒2A,2Dの空燃比制御の精度を高めるために、気筒間ガス通路22にリニアO2センサ25を設けて先行気筒2A,2Dの燃料噴射量をフィードバック制御しているが、上記リニアO2センサ25はなくてもよい。すなわち、先行気筒2A,2Dの燃料噴射量は、エアフローセンサ19、O2センサ23、回転数センサ47、アクセル開度センサ48、ECU40から、エンジンの運転状態に応じて予め設定された空燃比となるように、吸入空気量に対応する先行気筒2A,2Dの燃料噴射量を決定し(オープン制御)、後続気筒2B,2Cにおいては、O2センサ23の出力に基づいて、理論空燃比となるように燃料の噴射量をフィードバック制御してもよい。さらに、O2センサ23の出力に基づいて、先行気筒2A,2Dと後続気筒2B,2Cの双方の燃料噴射量を決定してもよい。
In the embodiment of the present invention, in order to improve the accuracy of air-fuel ratio control of the preceding
一方、後続気筒2B,2Cに設けられた排気弁32の閉弁時期γ2が、後続気筒2B,2Cの排気上死点TDCまたはその近傍、例えば排気上死点TDC後の4°CA程度の時期に設定され、後続気筒2B,2Cの燃焼室に相隣接して設けられた上記排気弁32とガス導入弁31bとのオーバラップ期間OBがクランク角度で5°CA以内に設定されることにより、上記排気弁32とガス導入弁31bとが実質的にオーバラップ状態となる期間が略0となるように構成されている。
On the other hand, the closing timing γ2 of the
また、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられた上記ガス導出弁32bの閉弁時期β2が、先行気筒2A,2Dの排気上死点TDCないしその近傍に設定されるとともに、気筒間ガス通路22の下流端部に設けられた上記ガス導入弁31bの閉弁時期α2が、先行気筒2A,2Dの排気上死点TDCよりも所定のクランク角度、例えば54°CAだけ後に設定されることにより、特殊運転モードの制御時における上記ガス導入弁31bの閉弁時期α2がガス導出弁32bの閉弁時期β2よりも遅い時期に設定されている。
The valve closing timing β2 of the
上記ガス導入弁31bおよびガス導出弁32bのリフト特性は、図8に示すように、弁開放時および弁閉止時に、それぞれ定速度で弁開度が変化する開き側緩衝部L1および閉じ側緩衝部L2を有するとともに、これらの緩衝部L1,L2の間に揚程部Hを有するように設定されている。この実施形態では、上記弁開放時の開き側緩衝部L1と揚程部Hとの境界点、例えば上記ガス導入弁31bおよびガス導出弁32bのリフト量が0.4mm程度となってリフト速度が急変する時点、詳しくはリフト速度が定速度区間から正加速度区間に切り替わる時点を開弁時期α1,β1と定義し、リフト速度が正加速度区間(閉じ側緩衝部L2)から定速度区間(揚程部H)に切り替わる時点を上記閉弁時期α2,β2と定義する。
As shown in FIG. 8, the lift characteristics of the
上記のように先行気筒2A,2Dから排出された高温の既燃ガスが上記気筒間ガス通路22を介して後続気筒2B,2Cに導入されるように構成したため、後続気筒2B,2Cでは吸気行程で燃焼室内の温度を効果的に上昇させることができるとともに、この状態から、さらに圧縮行程で圧力および温度を上昇させることにより、圧縮行程の上死点付近で混合気を充分に圧縮自己着火させ得る程度まで燃焼室内の温度を上昇させることができる。しかも、上記先行気筒2A,2Dから導出された既燃ガスが後続気筒2B,2Cに導入されるまでの間に充分にミキシングされて均一に分布するとともに、吸気行程で後続気筒2B,2Cに噴射された燃料も圧縮行程終期までの間に燃焼室内全体に分散するので、理想的な同時圧縮着火の条件を満たすような混合気の分布状態が得られることになる。
Since the high-temperature burned gas discharged from the preceding
したがって、後続気筒2B,2Cでは、多量のEGRガス相当の既燃ガス成分を含み、かつ、空燃比がリーンであるという条件下であっても、同時圧縮着火により燃焼が急速に行われる等より、エンジンの熱効率が大幅に向上されることとなる。つまり、先行気筒2A,2Dでは超リーンでの成層燃焼により熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、かつ後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dと同様にポンピングロス低減効果が得られるとともに、均一な混合気分布状態で圧縮着火が行われることにより熱効率が高められるため、これらの作用により、燃費が大幅に改善されることとなる。さらに、上記後続気筒2B,2Cでの圧縮自己着火が先行気筒2A,2Dから導出される既燃ガスの温度を利用して達成されるため、格別の加熱手段を用いたりエンジンの圧縮比を極端に高くしたりする等の構成を採用することなく、広い運転範囲に亘って圧縮自己着火を行わせることができるという利点がある。
Therefore, the
また、先行気筒2A,2Dでは、理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
Further, the preceding
そして、上記のように特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁31bの開弁時期α1を、ガス導出弁32bの開弁時期β1よりも遅い時期に設定したため、先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスが後続気筒2B,2Cに気筒間ガス通路22を介して導入される2気筒接続状態で、後続気筒2B,2Cの排気上死点近傍で閉弁状態となる排気弁32と上記ガス導入弁31bとのオーバラップ期間OBを短くすることにより、上記気筒間ガス通路22から後続気筒2B,2C内に導入された上記既燃ガスが排気ポート12を介して排気通路20側に吹き抜けるのを効果的に防止し、後続気筒2B,2Cにおける燃焼性を確保できるという利点がある。しかも、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられたガス導出弁32bを早期に開放することにより、先行気筒2A,2Dから気筒間ガス通路22内に導出される既燃ガスの流動抵抗が増大するのを防止して既燃ガスをスムーズに流動させることができる。
Since the opening timing α1 of the
また、上記のように特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁31bの開弁時期α1を、排気弁32の閉弁時期γ2とともに、後続気筒の2B,2Cの排気上死点TDCまたはその近傍に設定することにより、ピストン上死点時において排気弁32とガス導入弁31bとが実質的にリフトしていない状態であることから、後続気筒2B,2Cのピストン上死点位置を比較的に高く設定でき、その分、先行気筒2A,2Dに比べて後続気筒2B,2Cの幾何学的圧縮比を高い値に設定することができて、後続気筒2B,2Cを効果的に圧縮自己着火させることができる。なお、後続気筒2B,2Cでは、特殊運転モードおよび通常運転モードに何れにおいも均質燃焼が行われるため、この均質燃焼に適するように燃焼室4の底面、つまりピストン3の上面をフラットに形成することが可能であり、これによっても先行気筒2A,2Dに比べて後続気筒2B,2Cの幾何学的的圧縮比を、さらに増大させることが可能となる。
Further, as described above, the opening timing α1 of the
上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁31bの開弁時期α1を後続気筒2B,2Cの排気上死点TDCないしその近傍に設定した場合には、後続気筒2B,2Cの排気行程中に、上記気筒間ガス通路22から後続気筒2B,2C内に上記既燃ガスが導入されることに起因した排気通路20側への既燃ガスの吹き抜けを、さらに効果的に防止して後続気筒2B,2Cにおける燃焼性を確保することができるとともに、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を充分に上昇させて後続気筒2B,2Cを効果的に圧縮自己着火させることができる。しかも、ガス導出弁32bの開弁時期β1を後続気筒2B,2Cの排気上死点TDCよりも所定のクランク角度だけ早い時期に設定することにより、先行気筒2A,2Dから気筒間ガス通路22内に導出される既燃ガスの流動抵抗が増大するのを効果的に防止して既燃ガスをスムーズに流動させることができる。
As shown in the above embodiment, when the valve opening timing α1 of the
また、上記実施形態に示すように、後続気筒2B,2Cの排気ガスを排気通路20に排出する排気弁32と、上記ガス導入弁31bとが相隣接して後続気筒2B,2Cに配設されている場合には、上記気筒間ガス通路22から後続気筒2B,2C内に導入された上記既燃ガスが排気ポート12を介して排気通路20側に吹き抜け易い傾向にあるため、上記のように先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスが後続気筒2B,2Cに気筒間ガス通路22を介して導入される2気筒接続状態で、気筒間ガス通路22の下流端部に設けられたガス導入弁31bの開弁時期α1を、気筒間ガス通路22の上流端部に設けられたガス導出弁32bの開弁時期β1よりも遅い時期に設定し、後続気筒2B,2Cに設けられた排気弁32と上記ガス導入弁31bとのオーバラップ期間OBを短くすることにより、後続気筒2B,2C内に導入された上記既燃ガスの排気通路20への吹き抜けを防止する効果が顕著に得られるという利点がある。
Further, as shown in the above embodiment, the
さらに、上記実施形態では、特殊運転モードの制御時におけるガス導入弁31bの閉弁時期α2をガス導出弁32bの閉弁時期β2よりも遅い時期に設定し、上記ガス導入弁31bを相対的に遅閉じ状態とするように構成したため、先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスの後続気筒2B,2Cに気筒間ガス通路22を介して導入される際に、大きな流動損失が生じるのを防止し、後続気筒2B,2Cに対する上記既燃ガスの導入量充分に確保して後続気筒2B,2Cの燃焼性を向上させることができる。しかも、ガス導出弁32bを相対的に早閉じ状態とすることにより、先行気筒2A,2Dの内部EGR量が増大するのを防止して先行気筒2A,2Dに対する新気の導入量を充分に確保することができる。したがって、先行気筒2A,2Dにおける燃焼性を向上させて高温の既燃ガスを後続気筒2B,2C内に導入させることにより、後続気筒2B,2Cの圧縮自己着火性を効果的に向上させることができるとともに、運転状態に応じたエンジン出力が得られるという利点がある。
Furthermore, in the above embodiment, the closing timing α2 of the
特に、上記実施形態に示すように、特殊運転モードの制御時におけるガス導出弁32bの閉弁時期β2を先行気筒2A,2Dの排気上死点TDCないしその近傍に設定した場合には、先行気筒2A,2Dの排気上死点TDC後にガス導出弁32bが開状態に維持されることに起因した内部EGRの発生を効果的に抑制し、先行気筒2A,2Dに対する新気の導入量を充分に確保することができる。しかも、後続気筒2B,2C側のガス導入弁31bの閉弁時期α2を、先行気筒2A,2Dの排気上死点TDCよりも所定クランク角度だけ遅い時期に設定することにより、後続気筒2B,2C内に上記既燃ガスを、よりスムーズに導入させて後続気筒2B,2Cの燃焼性を確実に向上させることができる。
In particular, as shown in the above embodiment, when the valve closing timing β2 of the
さらに、上記実施形態では、特殊運転モードの制御時における後続気筒2B,2Cの排気弁32とガス導入弁31bとのオーバラップ期間OBをクランク角度で5°CA以下に設定したため、先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスが後続気筒2B,2Cに気筒間ガス通路22を介して導入される2気筒接続状態で、後続気筒2B,2Cの排気弁32とガス導入弁31bとがオーバラップ状態となる期間を略0とすることにより、後続気筒2B,2C内に導入された上記既燃ガスが排気通路20側に吹き抜けるのを可及的に抑制することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the overlap period OB between the
しかも、後続気筒2B,2Cが排気上死点TDCとなった時点では、上記排気弁32およびガス導入弁31bのリフト量が実質的に0となるように構成することにより、排気弁32およびガス導入弁31bとピストン3との干渉を防止しつつ、ピストン3の上死点位置を高く設定することができる。したがって、後続気筒2B,2Cの幾何学的圧縮比を高めることによりエンジンの出力性能を向上させることができる。
Moreover, when the succeeding
また、上記実施形態では、気筒間ガス通路22の上流端部および下流端部に設けられたガス導出弁32bおよびガス導入弁31bを、それぞれ同一径のポペット弁により構成するとともに、ガス導入弁31bを閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重を、ガス導出弁32bを閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重よりも高い値に設定したため、先行気筒2A,2Dから排出される既燃ガスが後続気筒2B,2Cに気筒間ガス通路22を介して導入される2気筒接続状態で、上記ガス導入弁31bに作用する既燃ガスの圧力に応じてガス導入弁31bが設定時期以前に開弁状態となるのを効果的に防止し、後続気筒31b内に既燃ガスが早期に導入されることに起因した既燃ガスの吹き抜けを抑制することができる。しかも、上記ガス導出弁32bを閉止方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重を比較的に低い値に設定することにより、上記ガス導出弁32bの開閉応答性を向上させることができるという利点がある。
In the above-described embodiment, the
一方、高負荷側ないし高回転側の全負荷領域Bおよびアイドル運転領域Cでは、前述のように第1排気弁32aおよび第1吸気弁31aが作動状態とされるとともに、ガス導出弁32bガス導入弁31bが停止状態とされることにより、実質的な新気および既燃ガスの流通経路は図9に示すようになり、各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11aおよび排気ポート12a,12が独立し、吸気通路15から各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11aに新気がそれぞれ導入されるとともに、各気筒2A〜2Dの排気ポート12a,12から排気通路20に既燃ガスが排出される。そして、上記通常運転モードの制御状態では理論空燃比もしくはそれよりややリッチとなるように吸入空気量および燃料噴射量が制御されることにより、全負荷領域Bにおける出力性能が確保され、かつ上記アイドル運転領域Cにおける燃焼安定性が保持されるとともに、三元触媒24の早期活性化が図られるようになっている。
On the other hand, in the full load region B and the idle operation region C on the high load side or the high rotation side, as described above, the
なお、図4に示すアイドル運転領域Cで通常運転モードの制御を実行するように構成した上記実施形態に代え、アイドル運転領域Cで特殊運転モードの制御を実行するようにしてもよい。この場合、上記アイドル運転領域Cでは、図10(a)に示すように、ガス導入弁31bの閉弁時期α2を先行気筒2A,2Dの排気上死点TDC後の24°CA程度に設定するとともに、先行気筒2A,2Dに設けられた吸気弁31の開閉時期を破線で示す通常時に比べて所定のクランク角度、例えば36°CAだけ進角させ、かつ上記アイドル運転領域Cよりも高負荷側の部分負荷領域Aでは、図10(b)に示すように、ガス導入弁31bの閉弁時期αを2先行気筒2A,2Dの排気上死点TDC後の84°CA程度に設定することにより、ガス導入弁31bを極端な遅閉じ状態とするように、切換機構により上記ガス導入弁31bの開閉タイミングを切り換えることが望ましい。
Instead of the above-described embodiment configured to execute the normal operation mode control in the idle operation region C shown in FIG. 4, the special operation mode control may be executed in the idle operation region C. In this case, in the idle operation region C, as shown in FIG. 10A, the valve closing timing α2 of the
すなわち、図11に示すように、ガス導入弁31bの動弁機構には、各弁を作動状態と停止状態とに切り換えるとともに、上記ガス導入弁31bの開弁期間を切り換える切換機構35aが設けられている。この切換機構35aは、ガス導入弁31bの上方に配設されたカムシャフト34と、このカムシャフト34とガス導入弁31bとの間に配設されたロッカシャフト55と、このロッカシャフト55に支持された第1〜第3ロッカアーム56〜58とを有している。また、上記カムシャフト34には、円形の外周面を有する弁停止用の第1カム52と、リフト量の大きい突部(カムノーズ)を有する弁駆動用の第2カム53と、リフト量の小さい突部54を有する弁駆動用の第3カム54とが一体に形成されている(図12参照)。
That is, as shown in FIG. 11, the valve operating mechanism of the
上記第1ロッカアーム56は、第1カム52に対応した位置に配設されるとともに、その先端部には上記ガス導入弁31bの弁軸上端に当接する当接部60が設けられている。一方、上記第2,第3ロッカアーム57,58は、第1ロッカアーム56を挟むようにその両側方に配設されるとともに、第1ロッカアーム56とは切り離された状態で、図外の付勢手段により、それぞれ上記第2,第3カム53,54にそれぞれ圧接されるように付勢されている。また、第2,第3ロッカアーム57,58は、上記第1ロッカアーム56と連結可能に構成されている。そして、上記第2,第3ロッカアーム57,58に設けられたプランジャー(図示せず)が、第1,第2作動油給排通路から供給された作動油により駆動され、その先端部が上記第1ロッカアーム56に形成された連結孔(図示せず)内に挿入される等により、上記第1ロッカアーム56と、第2ロッカアーム57または第3ロッカアーム58の一方とが一体に連結された状態で揺動変位するようになっている。
The
具体的には、上記第1,第2作動油給排通路に設けられた第1,第2コントロール弁により上記第1,第2作動油給排通路からの作動油の給排が制御されて第1ロッカアーム56と、第2ロッカアーム57とが一体に連結されることにより、上記第2カム53により駆動される第2ロッカアーム57の駆動力が第1ロッカアーム56に伝達されて上記ガス導入弁31bが図10(b)に示すタイミングで開閉駆動される。また、第1ロッカアーム56と、第3ロッカアーム58とが一体に連結されることにより、上記第3カム54により駆動される第3ロッカアーム58の駆動力が第1ロッカアーム56に伝達されて上記ガス導入弁31bが図10(a)に示すタイミングで開閉駆動される。なお、第1ロッカアーム56が第2,第3ロッカアーム57,58から切り離された状態となると、ガス導入弁31aが閉弁状態に維持される。
Specifically, the supply and discharge of the hydraulic oil from the first and second hydraulic oil supply / discharge passages are controlled by the first and second control valves provided in the first and second hydraulic oil supply / discharge passages. When the
また、先行気筒2A,2Dの排気弁31の動弁機構には、位相が異なるように配設された第2カム53と第3カム54とが設けられ、上記動弁機構35と同様に、第1ロッカアーム56に対して第2ロッカアーム57または第3ロッカアーム58が選択的に連結されることにより、図10(a)に示す早開き早閉じタイミングと、図10(b)に示すように先行気筒2A,2Dの排気上死点TDCまたはその近傍で開状態となる通常のタイミングとに切換制御されるようになっている。なお、図12の仮想線Rで示すカムは、ガス導出弁32b用の駆動カムである。
In addition, the valve mechanism of the
上記のようにエンジンのアイドル運転領域Cでは、図10(a)に示すように、ガス導入弁31bの閉弁時期α2を、上記部分負荷領域Aよりも早い時期、例えば先行気筒2A,2Dの排気上死点TDC後の所定クランク角度(例えば24°CA)に設定したため、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を効果的に増大させることができる。したがって、後続気筒2B,2Cに設けられた排気弁32の閉弁時期とともにガス導入弁31bの開弁時期α1を後続気筒2B,2Cの排気上死点またはその近傍に設定することにより幾何学的圧縮比を高めに設定できることと併せて、後続気筒2B,2Cの圧縮自己着火性を向上させることができ、先行気筒2A,2Dから導出される既燃ガスの温度が比較的に低いアイドル運転領域Cにおいても、後続気筒2B,2Cを効果的に圧縮自己着火させることができる。
As described above, in the idle operation region C of the engine, as shown in FIG. 10A, the closing timing α2 of the
しかも、上記実施形態に示すように、エンジンのアイドル運転領域Cで、先行気筒2A,2Dの吸気弁31の開閉タイミングを、通常時に比べて所定のクランク角度(例えば36°CA)だけ進角させることにより、吸気弁31を早閉じするように構成した場合には、先行気筒2A,2Dの有効圧縮比を増大させて燃焼温度を上昇させることができるため、後続気筒2B,2Cに高温の既燃ガス導入させて、その圧縮自己着火性を効果的に向上させることができる。
Moreover, as shown in the above-described embodiment, in the engine idle operation region C, the opening / closing timing of the
一方、上記アイドル運転領域Cよりも高負荷側の部分負荷領域Aでは、図10(b)に示すように、ガス導入弁31bの閉弁時期α2を先行気筒2A,2Dの排気上死点TDC後の84°CA程度に設定することにより、ガス導入弁31bを極端な遅閉じ状態として後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を低減するように構成したため、圧縮上死点TDC前に混合気が自然着火するノッキングの発生を効果的に抑制し、ノッキングに起因したマイナストルクが発生することによる出力の低下および異音の発生等を防止することができる。したがって、後続気筒2B,2Cにおいて圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域Aを、より高負荷の領域まで拡大することが可能となる。
On the other hand, in the partial load region A on the higher load side than the idle operation region C, as shown in FIG. 10B, the valve closing timing α2 of the
なお、上記アイドル領域Cにおいて、圧縮上死点TDC前の上死点近傍で後続気筒2B,2C内の混合気に点火することにより、圧縮自己着火をアシストする着火アシスト制御を実行するようにしてもよい。この場合には、先行気筒2A,2Dから導出された既燃ガスを後続気筒2B,2C内に導入して筒内温度を上昇させた状態で、混合気に点火することにより、適正時期に後続気筒2B,2C内を確実に圧縮自己着火させることができるという利点がある。
In the idle region C, ignition assist control for assisting compression self-ignition is performed by igniting the air-fuel mixture in the succeeding
1 エンジン本体
2A,2D 1番,4番気筒(先行気筒)
2B,2C 2番,3番気筒(後続気筒)
9 燃料噴射弁
15 吸気通路
20 排気通路
22 気筒間ガス通路
31b ガス導入弁
32 後続気筒の排気弁
32b ガス導出弁
42 弁停止機構制御手段(運転モード制御手段)
44 燃焼制御手段
1
2B, 2C 2nd and 3rd cylinders (following cylinders)
DESCRIPTION OF
44 Combustion control means
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003286307A JP2005054677A (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Spark ignition type engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003286307A JP2005054677A (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Spark ignition type engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003286307A Abandoned JP2005054677A (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Spark ignition type engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005054677A (en) |
-
2003
- 2003-08-04 JP JP2003286307A patent/JP2005054677A/en not_active Abandoned
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A621 | Written request for application examination |
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A762 | Written abandonment of application |
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