JP2006070859A - Spark ignition type gasoline engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は火花点火式ガソリンエンジンに関し、特に、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では予混合圧縮自己着火燃焼(HCCI:Homogeneous−Charge Compression−Ignition combustion。この明細書で「圧縮自己着火」という)を行わせる特殊運転モードを運転モードとして有する火花点火式ガソリンエンジンに関する。 The present invention relates to a spark ignition gasoline engine, and in particular, introduces burned gas burned lean in a preceding cylinder in an exhaust stroke between a pair of cylinders in which an exhaust stroke and an intake stroke overlap into a subsequent cylinder in an intake stroke as it is. In addition, the present invention relates to a spark-ignition gasoline engine having a special operation mode as an operation mode in which the subsequent cylinder performs premixed compression auto-ignition combustion (HCCI: Homogeneous-Charge Compression-Ignition Combustion. .
火花点火式ガソリンエンジンの燃費性能や排ガス性能の向上を図る技術として、特許文献1に示すように、一回の吸気と排気に対して2回の圧縮、膨張を行う6サイクルとし、先行燃焼と後続燃焼とを行い、低速、低負荷領域において圧縮自己着火させる構成や、特許文献2に記載されているように、所定の部分負荷領域で、排気弁が閉じた後に吸気弁が開くようにしてその間にマイナスオーバラップ(吸気弁/排気弁がともに閉じた状態となる期間)を設定することにより、内部EGRの量を多くし、この内部EGRにより筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせる構成が知られている。
As a technique for improving the fuel economy performance and exhaust gas performance of a spark ignition type gasoline engine, as shown in
しかし、特許文献1の構成では、低速、低負荷領域において圧縮自己着火させる制御技術であるが、6サイクル運転に切り換える構成であるため、トルク変動が生じやすいことと、同一気筒内で圧縮自己着火させる構成なので、燃焼のコントロールが困難になるという問題があった。他方、特許文献2の構成では、比較的低速/低負荷の領域で、内部EGRによる筒内温度上昇作用で効果的に圧縮自己着火が行われるが、極低負荷域では内部EGRによっても良好に圧縮自己着火が行われる程度まで筒内温度が達しない場合がある。また、比較的高速/高負荷側では燃焼室温度が上昇し過ぎてノッキングが生じ易くなる懸念があり、このような場合に、筒内温度を引き下げるようにすることが考えられるが、単に筒内温度を引き下げるだけでは自己着火性が低くなる。
However, the configuration of
これに対して、本件出願人は、特許文献3に開示されているように、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷領域で、排気行程と吸気行程とが重な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る2気筒接続状態とし、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により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圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式ガソリンエンジンの制御装置に関する技術を出願している。
特許文献3の構成を採用した場合には、先行気筒のリーン燃焼による燃費向上の他、このリーン燃焼による高温の内部EGRガスを後続気筒に導入することによって圧縮自己着火が可能となり、広い運転領域において、ディーゼルエンジンに近い燃焼効率を実現でき、しかも、排気ガス性能も飛躍的に向上する。 In the case of adopting the configuration of Patent Document 3, in addition to improving fuel efficiency by lean combustion of the preceding cylinder, by introducing high-temperature internal EGR gas by lean combustion into the succeeding cylinder, compression self-ignition becomes possible, and a wide operating range Therefore, the combustion efficiency close to that of a diesel engine can be realized, and the exhaust gas performance can be greatly improved.
しかし、特許文献3に記載された形式(先行気筒で成層燃焼を行い、後続気筒で圧縮自己着火を行う)のエンジンによって、燃費性能や排気ガス性能を向上するためには、後続気筒において、失火やノッキングを防止するための制御が必要となる。 However, in order to improve fuel efficiency and exhaust gas performance with an engine of the type described in Patent Document 3 (stratified combustion is performed in the preceding cylinder and compression self-ignition is performed in the succeeding cylinder), a misfire occurs in the succeeding cylinder. Control to prevent knocking is required.
本発明は、このような技術に基づき、先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒に導入して圧縮自己着火を行う運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることのできる火花点火式ガソリンエンジンを提供することを課題としている。 Based on such a technique, the present invention introduces burned gas lean-burned in the preceding cylinder into the succeeding cylinder and maintains the operation of performing compression self-ignition in the widest possible load range. It is an object to provide a spark ignition gasoline engine that can improve the exhaust gas performance.
本件発明者は、鋭意研究の結果、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用するに当たり、圧縮自己着火時に失火やノッキングを防止する観点から、前記後続気筒に供給されるEGR(排気再循環)の割合と後続気筒吸気温度との間に一定の相関関係があることを見出し、本件発明を完成させた。 As a result of earnest research, the inventor of the present invention has a ratio of EGR (exhaust gas recirculation) supplied to the subsequent cylinder from the viewpoint of preventing misfire and knocking during compression self-ignition when using both lean combustion and compression self-ignition. And found that there is a certain correlation between the intake air temperature and the subsequent cylinder intake air temperature, and completed the present invention.
すなわち本発明は、各気筒の吸気、圧縮、膨張、排気の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている多気筒のエンジン本体と、排気通路に排出された排気ガスを、EGR通路を介して吸気通路に還流させるコールドEGR装置と、エンジン本体およびコールドEGR装置の運転状態を制御する運転状態制御装置とを備え、前記運転状態制御装置は、各気筒が前記燃焼サイクルに伴って吸気通路から吸入したガスを燃焼させた後既燃ガスを排気通路に排出する通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では圧縮自己着火を行わせる特殊運転モードとを切り換え制御する運転モード切換手段と、前記後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度を検出する後続気筒吸気温度検出手段と、後続気筒に導入されるガスのうちでコールドEGR装置により還流されたEGRガスの割合と先行気筒での燃焼により生じたEGR相当のガスの割合とを合わせたEGR率を求める手段と、EGR率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、後続気筒において圧縮自己着火運転が確保される後続気筒吸気温度の適正範囲を記憶する記憶手段とを備え、EGR率と前記後続気筒吸気温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度とに基づき、特殊運転モードにおいて前記後続気筒吸気温度が当該記憶手段に記憶された上限温度よりも低く下限温度よりも高い適正範囲内に入るように、コールドEGR装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンである。 That is, the present invention relates to a multi-cylinder engine main body in which the combustion cycle of intake, compression, expansion, and exhaust of each cylinder is performed with a predetermined phase difference, and exhaust gas discharged to the exhaust passage to the EGR passage. A cold EGR device that recirculates to the intake passage, and an operating state control device that controls the operating state of the engine body and the cold EGR device. A normal operation mode in which burned gas is combusted after exhausted from the passage and exhausted to the exhaust passage, and burned gas lean burned in a preceding cylinder in the exhaust stroke between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap Is operated as it is in the succeeding cylinder in the intake stroke, and the subsequent cylinder is controlled to switch between the special operation mode in which compression self-ignition is performed. Conversion means, subsequent cylinder intake air temperature detecting means for detecting the subsequent cylinder intake air temperature when burned gas is introduced into the subsequent cylinder, and EGR recirculated by the cold EGR device among the gases introduced into the subsequent cylinder Means for obtaining an EGR ratio that combines the ratio of gas and the ratio of gas equivalent to EGR generated by combustion in the preceding cylinder, and the EGR ratio and the succeeding cylinder intake temperature when the burned gas is introduced into the succeeding cylinder Storage means for storing an appropriate range of the succeeding cylinder intake temperature in which the compression self-ignition operation is ensured in the succeeding cylinder based on the relationship, and the EGR rate and the succeeding cylinder intake temperature detected by the succeeding cylinder intake temperature detecting means, In the special operation mode, the subsequent cylinder intake air temperature is set to fall within an appropriate range lower than the upper limit temperature stored in the storage means and higher than the lower limit temperature. A spark-ignition gasoline engine characterized in that for controlling at least one of the air-fuel ratio of the EGR device and the preceding cylinders.
この態様では、エンジンの部分負荷領域で前記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒でのリーン燃焼による熱効率向上及び各気筒でのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では先行気筒から導入された既燃ガスに燃料が供給されて燃焼が行われるので、高温の既燃ガスにより供給燃料の気化が促進されるとともに、後続気筒で圧縮自己着火により燃焼が行われので、燃焼室全体に亘り一気に燃焼して仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では先行気筒からの既燃ガスが導入されることにより多量のEGRが行われているのと同等の状態となることから排気ガス性能性の改善効果が得られる。 In this aspect, when the special operation mode is set in the partial load region of the engine, the fuel efficiency improvement effect is obtained by improving the thermal efficiency by lean combustion in the preceding cylinder and reducing the pumping loss in each cylinder. Further, in the succeeding cylinder, fuel is supplied to the burned gas introduced from the preceding cylinder and combustion is performed, so that vaporization of the supplied fuel is promoted by the high-temperature burned gas and combustion is performed in the succeeding cylinder by compression self-ignition. Therefore, slow combustion that does not contribute to work by burning all over the combustion chamber is avoided, and a high fuel efficiency improvement effect is obtained. In addition, since the burned gas from the preceding cylinder is introduced into the succeeding cylinder, a state equivalent to that in which a large amount of EGR is performed is obtained, so that an effect of improving the exhaust gas performance can be obtained.
しかもエンジン本体を特殊運転モードで運転するに当たり、EGR率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、コールドEGR装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御することにより、後続気筒吸気温度毎に好適なEGR率を維持し、ノッキングと失火の双方を回避することが可能になる。これは、本件発明者が見出した後続気筒吸気温度とEGR率との関係に関する知見に基づくものであり、詳しくは後述するように、後続気筒において、後続気筒吸気温度が同じであれば、EGR率があるレベルを超えて低くなるとノッキングが生じやすくなり、EGR率があるレベルを超えて高くなると失火が生じやすくなる。また、後続気筒吸気温度が低くなると、失火、ノッキングが生じやすくなるEGR率は、それぞれ低くなる傾向を有する。そこで、本態様では、後続気筒に導入される吸気の温度とそれに対するEGR率とにおいて、適正な特殊運転モードでの運転が可能な領域を実験でマッピングして記憶しておき、標準的なEGR率を初期セット値としてこのEGR率に好適な後続気筒吸気温度を求め、温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度に基づいて、計測手段が計測したEGR率が適正な値になるように、コールドEGR装置と空燃比との少なくとも一方を制御することとしている。これにより、例えば、既設の温度センサを用いることによって、失火やノッキングを可及的に防止することが可能になる。 Moreover, when the engine body is operated in the special operation mode, at least of the cold EGR device and the air-fuel ratio of the preceding cylinder based on the relationship between the EGR rate and the succeeding cylinder intake temperature when the burned gas is introduced into the succeeding cylinder. By controlling one of them, it is possible to maintain a suitable EGR rate for each subsequent cylinder intake air temperature and to avoid both knocking and misfire. This is based on the knowledge about the relationship between the subsequent cylinder intake temperature and the EGR rate found by the present inventor. As will be described in detail later, if the subsequent cylinder intake temperature is the same in the subsequent cylinder, the EGR rate Knocking is likely to occur when the value is lower than a certain level, and misfire is likely to occur when the EGR rate is higher than a certain level. Further, when the intake temperature of the succeeding cylinder becomes low, the EGR rate at which misfire and knocking are likely to occur tends to decrease. Therefore, in this aspect, in the temperature of the intake air introduced into the succeeding cylinder and the EGR rate corresponding thereto, an area in which operation in an appropriate special operation mode can be performed is mapped and stored by experiment, and standard EGR is stored. The following cylinder intake air temperature suitable for this EGR rate is obtained using the rate as the initial set value, and the cold detection is performed so that the EGR rate measured by the measuring means becomes an appropriate value based on the subsequent cylinder intake air temperature detected by the temperature detecting means. At least one of the EGR device and the air-fuel ratio is controlled. Thereby, for example, by using an existing temperature sensor, it becomes possible to prevent misfire and knocking as much as possible.
なお前記「EGR率」は、例えば次の式(1)によって定義されるものである。 The “EGR rate” is defined by the following equation (1), for example.
但し、
mDISC:先行気筒で燃焼される空気の質量
mHCCI:後続気筒で燃焼に供される空気の質量
mEGR-cold:コールドEGR装置が先行気筒に供給するEGRガスの質量
前記火花点火式ガソリンエンジンにおいて、前記運転状態制御装置は、後続気筒が圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒での着火をアシストするために後続気筒に設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段を備えており、前記記憶手段に記憶された適正範囲は、該着火アシスト制御手段の動作による着火アシスト制御領域を含んでいることが好ましい。
However,
m DISC : Mass of air burned in the preceding cylinder m HCCI : Mass of air burned in the succeeding cylinder m EGR-cold : Mass of EGR gas supplied to the preceding cylinder by the cold EGR device The spark ignition gasoline engine The operating state control device includes ignition assist control means for sparking a spark plug provided in the succeeding cylinder in order to assist the ignition in the succeeding cylinder in a mode in which the succeeding cylinder is operated by compression self-ignition. The proper range stored in the storage means preferably includes an ignition assist control region by the operation of the ignition assist control means.
この態様では、後続気筒での圧縮自己着火が行われにくい運転領域においても、着火アシスト制御手段により後続気筒の圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行され、後続気筒で適正に圧縮自己着火させて顕著な燃費改善効果が得られるとともに、排気ガス性能性の改善効果が得られる。 In this mode, even in the operation region where the compression self-ignition in the subsequent cylinder is difficult to be performed, the control for promoting the compression self-ignition of the subsequent cylinder is properly performed by the ignition assist control means, and the compression self-ignition is appropriately performed in the subsequent cylinder. As a result, the fuel efficiency can be significantly improved and the exhaust gas performance can be improved.
前記態様において、前記着火アシスト制御手段は、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火するものであることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the ignition assist control means ignites the air-fuel mixture in the succeeding cylinder in the vicinity of the top dead center before the compression top dead center.
この態様によれば、後続気筒の圧縮上死点前の上死点近傍で混合気を点火して気筒内圧力を瞬時に高める制御が実行されることにより、後続気筒で適正時期に確実に圧縮自己着火させることができる。 According to this aspect, the control is executed to increase the pressure in the cylinder instantaneously by igniting the air-fuel mixture in the vicinity of the top dead center before the compression top dead center of the subsequent cylinder, so that the subsequent cylinder is reliably compressed at an appropriate time. Can be self-ignited.
前記態様において、前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が上限温度以上の場合にはEGR率を増加するEGR率制御手段を有していることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the operating state control device has an EGR rate control means for increasing the EGR rate when the succeeding cylinder intake air temperature is equal to or higher than an upper limit temperature.
この態様では、一般に高負荷側となる後続気筒吸気温度の高温側においては、ノッキング領域がEGR率の低い側に分布するので、それ以上にEGR率を向上させて、ノッキングを回避するようにしている。この結果、高負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。 In this aspect, since the knocking region is distributed on the low EGR rate side on the high temperature side of the subsequent cylinder intake temperature, which is generally on the high load side, the EGR rate is further improved to avoid knocking. Yes. As a result, even in the high load side, the operation in the special operation mode can be maintained and the fuel efficiency and the exhaust gas performance can be improved.
前記態様において、前記運転状態制御装置は、コールドEGR装置によってEGR率が増加不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する空燃比制御手段を有していることが好ましい。 In the above aspect, when the EGR rate cannot be increased by the cold EGR device, the operating state control device corrects the air-fuel ratio of the preceding cylinder to be richer than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value. It is preferable to have.
この態様では、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正することによって、先行気筒で消費される新気の量が増加するので、後続気筒吸気温度は上昇するものの式(1)で定義されたEGR率も上昇する結果、ノッキング領域での運転を回避することができる。このため、高負荷側でEGR率を上げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。 In this aspect, the amount of fresh air consumed in the preceding cylinder is increased by correcting the air / fuel ratio of the preceding cylinder to be richer than the air / fuel ratio corresponding to the initial set value, so that the succeeding cylinder intake temperature rises. However, as a result of the EGR rate defined by the equation (1) also increasing, the operation in the knocking region can be avoided. For this reason, even when it is difficult to increase the EGR rate on the high load side, the operation in the special operation mode can be maintained.
別の態様において、前記運転状態制御装置は、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、後続気筒の燃料噴射を当該後続気筒の圧縮行程で行うものであることが好ましい。 In another aspect, the operating state control device includes fuel injection control means for controlling fuel injection, and the fuel injection control means is configured to make the air-fuel ratio of the preceding cylinder richer than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value. After the correction, the fuel injection of the subsequent cylinder is preferably performed in the compression stroke of the subsequent cylinder.
この態様では、コールドEGR装置によってEGR率が増加不能な場合に、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、さらに、後続気筒での燃料噴射が当該後続気筒の圧縮行程で行われるので、燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなる。この結果、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。 In this aspect, when the EGR rate cannot be increased by the cold EGR device, after correcting the air-fuel ratio of the preceding cylinder to be richer than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value, fuel injection in the subsequent cylinder is further performed. Since it is performed in the compression stroke of the succeeding cylinder, the time during which the fuel is turned into a high-temperature gas is shortened and ignition is difficult. As a result, it is possible to effectively avoid the occurrence of knocking.
前記態様において、前記運転状態制御装置は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際に、後続気筒の新気導入弁を開くものであることが好ましい。 In the above aspect, the operation state control device preferably opens the fresh air introduction valve of the subsequent cylinder when the air-fuel ratio of the preceding cylinder is corrected to a richer side than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value. .
この態様では、コールドEGR装置によってEGR率が増加不能な場合に、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際、さらに、後続気筒に新気が導入されるので、導入された新気の気化潜熱によって後続気筒の後続気筒吸気温度が低下し、ノッキング領域での運転を回避することができる。この結果、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。 In this aspect, when the EGR rate cannot be increased by the cold EGR device, when the air-fuel ratio of the preceding cylinder is corrected to be richer than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value, fresh air is further introduced into the succeeding cylinder. Therefore, the subsequent cylinder intake air temperature of the subsequent cylinder is lowered by the introduced latent heat of vaporization of the fresh air, and the operation in the knocking region can be avoided. As a result, it is possible to effectively avoid the occurrence of knocking.
前記態様において、前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が下限温度以下の場合にはEGR率を低減するEGR率制御手段を有していることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the operating state control device has an EGR rate control means for reducing the EGR rate when the succeeding cylinder intake air temperature is equal to or lower than a lower limit temperature.
この態様では、一般に低負荷側となる後続気筒吸気温度の低温側においては、失火領域がEGR率の高い側に分布するので、それ以下にEGR率を低減させて、失火を回避するようにしている。この結果、低負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。 In this aspect, since the misfire region is distributed on the high EGR rate side on the low temperature side of the subsequent cylinder intake temperature, which is generally on the low load side, the EGR rate is reduced below this to avoid misfire. Yes. As a result, even in the low load side, the operation in the special operation mode can be maintained and the fuel efficiency and the exhaust gas performance can be improved.
前記態様において、前記運転状態制御装置は、コールドEGR装置によってEGR率が低減不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正する空燃比制御手段を有していることが好ましい。 In the above aspect, when the EGR rate cannot be reduced by the cold EGR device, the operating state control device corrects the air-fuel ratio of the preceding cylinder to be leaner than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value. It is preferable to have.
この態様では、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正することによって、後続気筒吸気温度は下降するものの式(1)で定義されたEGR率も減少する結果、失火領域での運転を回避することができる。この結果、低負荷側でEGR率を下げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。 In this aspect, by correcting the air-fuel ratio of the preceding cylinder to be leaner than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value, the subsequent-cylinder intake air temperature decreases, but the EGR rate defined by Equation (1) also decreases. Driving in the misfire area can be avoided. As a result, even when it is difficult to reduce the EGR rate on the low load side, the operation in the special operation mode can be maintained.
本発明の好ましい態様において、前記運転状態制御装置は、前記着火アシスト領域の前記適正範囲内に入るように、前記コールドEGR装置と先行気筒の空燃比の少なくとも一方を制御するものである。 In a preferred aspect of the present invention, the operating state control device controls at least one of the cold EGR device and the air-fuel ratio of the preceding cylinder so as to fall within the appropriate range of the ignition assist region.
この態様では、ノッキングしにくく、着火アシスト時期(点火プラグのスパーク時期)を変化させることで、圧縮自己着火の時期が制御できるEGR率(着火アシスト領域のEGR率)としておくことで、適正な燃焼トルクが得られる圧縮自己着火が可能になる。 In this aspect, it is difficult to knock, and by changing the ignition assist timing (ignition plug spark timing), the EGR rate (EGR rate in the ignition assist region) that can control the compression self-ignition timing is set, so that proper combustion is achieved. Compressive self-ignition that provides torque is possible.
以上説明したように、本発明によれば、後続気筒への後続気筒吸気温度とEGR率との相関関係に基づいてEGRまたは空燃比を制御することにより、先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒に導入する特殊運転モードでの運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることが可能なるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, the burned gas burned lean in the preceding cylinder by controlling the EGR or the air-fuel ratio based on the correlation between the intake cylinder temperature to the succeeding cylinder and the EGR rate. By maintaining the operation in the special operation mode in which the is introduced into the succeeding cylinder in a load range as wide as possible, the fuel consumption performance and the exhaust gas performance can be improved.
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
図1は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体10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。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows a structure of one cylinder of an engine
これらの図において、当実施形態のエンジンは、火花点火式の4気筒4サイクルエンジンであり、エンジン本体10とエンジン本体10の制御を行うECU100とを有している。
In these drawings, the engine of the present embodiment is a spark ignition type four-cylinder four-cycle engine, and includes an
エンジン本体10は、シリンダブロック11Aと、シリンダブロック11Aの上部に一体化されるシリンダヘッド11Bとを有している。シリンダブロック11Aには、クランク軸12が配置されている。クランク軸12の周囲には、周方向に位相差を有する一対のクランク角センサ13A、13Bが配置されており、それぞれの検出信号がECU100に入力されるようになっている。後述するように、ECU100は、一方のクランク角センサ13Aの検出信号からエンジンの速度を検出し、両クランク角センサ13A、13Bの検出信号からクランク軸12の回転方向を特定することができるようになっている。
The
シリンダブロック11Aには、クランク軸12の長手方向に並ぶ4つの気筒14A〜14Dが形成されている。
Four
各気筒14A〜14Dには、前記クランク軸12に連結された4つのピストン15が嵌挿されている。当実施形態において、気筒列方向の一端側から1番気筒14A、2番気筒14B、3番気筒14C、4番気筒14Dと呼ぶと、このピストン15が各気筒14A〜14D内にて昇降する行程は、表1に示すように、当該気筒14A〜14Dの燃焼サイクルが、1番気筒14A、3番気筒14C、4番気筒14D、2番気筒14Bの順になるように、クランク角で180°ずつの位相差が設定されている。
Four
各ピストン15の上方には、燃焼室16が形成されている。
A
各気筒14A〜14Dの燃焼室16の頂部には、シリンダヘッド11Bに固定される点火プラグ17が装備され、そのプラグ先端が燃焼室16内に臨んでいる。この点火プラグ17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18が接続されている。
A
燃焼室16の側方部には、当該燃焼室16内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁19が設けられている。この燃料噴射弁19は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述する燃料噴射制御手段から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19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、圧縮行程での燃焼室16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
各気筒14A〜14Dに新気を導入するために、エンジン本体10には、吸気通路22が設けられている。この吸気通路22には、スロットル弁23が設けられている。また、このスロットル弁23よりも上流側には、供給される空気の温度を検出する温度センサ24と、流量を計測するエアフローセンサ25とが設けられている。また吸気通路22のスロットル弁23よりも下流側には、インテークマニホールド22aが接続されており、その独立管22bが各気筒14A〜14Dの吸気ポート40A、40Bに接続されている。
An
他方、各気筒14A〜14Dから既燃ガスを排出するために、エンジン本体10には、分岐排気通路26を介して排気通路27に接続されている。この排気通路27の上流端部分には、排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ28が設けられている。さらに排気通路27のO2センサ28よりも下流側には、排気浄化のために三元触媒29が設けられている。この三元触媒29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=1)付近にあるときにHC,CO及びNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。
On the other hand, in order to discharge burnt gas from each of the
さらにエンジン本体10には、図1に示すように、冷却されたEGRガスを吸気通路22に還流するために、排気通路27と吸気通路22を接続するコールドEGR装置30が設けられ、このコールドEGR装置30のコールドEGR通路30a中に、EGRガスを冷却する冷却手段としてのEGRクーラー31が設けられるとともに、EGRガス量をコントロールするためのコールドEGR弁32が設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, the
次に、各気筒14A〜14Dと、吸気通路22、排気通路27の配管構造について説明する。
Next, the piping structure of each of the
上述したように、当実施形態の4気筒エンジンでは、各気筒14A〜14Dの燃焼行程は、表1で示した順序で行われる。この際、排気行程と吸気行程とが重なる一対の気筒間において、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)へ既燃ガスをそのまま導くことによって、先行気筒では、リーン燃焼を行い、後続気筒では、圧縮自己着火を行う特殊運転モードでの運転が可能になる。そこで、そのような特殊運転モードでの運転を可能にするために、各気筒14A〜14Dは、次のような配管構造が構成されている。
As described above, in the four-cylinder engine of this embodiment, the combustion strokes of the
まず、当実施形態における前記シリンダヘッド11Bには、各気筒14A〜14Dの燃焼室16毎に2つ一組のポート40A、40B、41A、41Bが二組ずつ形成されている。
First, in the
一方の組のポート40A、40Bは、吸気通路22と連通している吸気ポートである。他方の組のポート41A、41Bのうち、一方(ポート41A)は、分岐排気通路26を介して排気通路27に接続している排気ポートである。また、他方(ポート41B)は、クランク軸12の長手方向において隣接する気筒同士(図示の例では、第1気筒14Aと第2気筒14B、第3気筒14Cと第4気筒14D)を連通する気筒間ガス通路42によって連通可能に接続されているホットEGRポートである。
One set of ports 40 </ b> A and 40 </ b> B is an intake port communicating with the
吸気ポート40A、40B、排気ポート41A、ホットEGRポート41Bには、シリンダヘッド11Bに取り付けられた開閉弁43〜45が設けられている。各開閉弁43〜45は、カムシャフト46、47等を含む周知の動弁機構により、所定のタイミングで開閉するように駆動される。これにより、一方の開閉弁43は、吸気弁として機能し、他方の開閉弁44、45のうち、排気ポート41Aに配置されたもの(開閉弁44)は、排気弁として、ホットEGRポート41Bに配置されたもの(開閉弁45)は、ホットEGR弁として、それぞれ機能する。
The
さらに、これらの開閉弁43〜45のうち、第2、第3気筒14B、14Cの吸気ポート40A、40Bに配置されたものと、第1、第4気筒14A、14Dの排気ポート41Aに配置されたもの、さらに各ホットEGRポート41Bに配置されたものに対しては、各弁43〜45を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構48、49が設けられている。この弁停止機構48、49の構造自体は、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、カムシャフト46、47の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を設け、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し、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止するように構成することで、具体化される。
Further, among these on-off
弁停止機構48、49は、後述するように、ECU100によって、選択的に対応する開閉弁43〜45を開閉するように構成されている。この結果、ECU100は、エンジン本体10を複数の運転モード(特殊運転モード、通常運転モード)で運転することが可能になっている。また、エンジン本体10には、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ50が設けられている。
As will be described later, the
ECU(コントロールユニット)100には、クランク角センサ13A、13B、温度センサ24、エアフローセンサ25、O2センサ28、および水温センサ50、並びに運転状態を判別するためアクセル開度(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51が接続されており、それぞれの検出信号が入力されるようになっている。また、このECU100には、各燃料噴射弁19、弁停止機構48、49に設けられた図略のアクチュエータが接続されており、入力された信号に基づいて、これらの機構を駆動制御可能に構成されている。
The ECU (control unit) 100 includes a
前記ECU100は、制御に必要なプログラムやデータを記憶する記憶手段110と、記憶手段110に記憶されるプログラムによって機能的に構成される運転モード切換手段120、後続気筒吸気温度推定手段130、EGR率制御手段140、空燃比制御手段150、着火アシスト制御手段160、燃料噴射制御手段170、点火制御手段180とを備えた運転状態制御装置を構成している。
The
記憶手段110には、特殊運転モードと通常運転モードが記憶されている。
The
通常運転モードでは、各気筒14A〜14Dを1番、3番、4番、2番の順に燃焼させて、各気筒14A〜14Dの既燃ガスをそのまま排気通路27に排出する運転モードである。この運転モードが選択された場合、運転状態制御装置としてのECU100は、後述するように、開閉弁43〜45を制御する。
The normal operation mode is an operation mode in which the
他方、特殊運転モードでは、基本的に先行気筒(1番気筒14A、4番気筒14D)で燃焼された既燃ガスが後続気筒(2番気筒14B、3番気筒14C)に導入されるように吸排気経路が構成されるとともに、先行気筒では、リーン燃焼が行われ、後続気筒では、圧縮自己着火が行われる。
On the other hand, in the special operation mode, basically, the burned gas burned in the preceding cylinder (
図3、図4は、特殊運転モードでの運転状態におけるバルブの動作を示す一例であり、図3は、低中負荷時の特殊運転モード、図4は特殊運転モード領域の中の高負荷側にあるときをそれぞれ示している。なお、図3及び図4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自己着火が行われることを表している。またSAは圧縮自己着火における着火アシストを仮想的に示している。 3 and 4 are examples showing the operation of the valve in the operation state in the special operation mode, FIG. 3 is a special operation mode at low and medium loads, and FIG. 4 is a high load side in the special operation mode region. Each time is shown. 3 and 4, EX is an exhaust stroke, IN is an intake stroke, F is fuel injection, S is forced ignition, and a star mark in the drawings indicates that compression self-ignition is performed. ing. SA virtually indicates ignition assist in compression self-ignition.
これらの図を参照して、当実施形態の4気筒エンジンでは、1番気筒14Aの排気行程(EX)と2番気筒14Bの吸気行程(IN)とが重なり、また4番気筒14Dの排気行程(EX)と3番気筒14Cの吸気行程(IN)が重なるので、1番気筒14A及び2番気筒14Bと、4番気筒14D及び3番気筒14Cとがそれぞれ一対をなし、1番気筒14A及び4番気筒14Dが先行気筒、2番気筒14B及び3番気筒14Cが後続気筒となる。
Referring to these drawings, in the four-cylinder engine of this embodiment, the exhaust stroke (EX) of the
次に、エンジンの運転状態を制御するために、記憶手段110には、運転領域毎に区分けされたエンジン負荷/回転数制御マップが記憶されている。 Next, in order to control the operating state of the engine, the storage means 110 stores an engine load / rotational speed control map divided for each operating region.
図5は、運転領域毎に区分けされたの一例を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing an example of division for each operation region.
同図を参照して、当実施形態では、エンジンの運転領域が低負荷低回転側の運転領域Aと、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bとに分けられている。さらに、運転領域Aにおいては、エンジンの負荷状況に応じて、低負荷側運転領域A1、中負荷運転領域A2、高負荷側運転領域A3が区分けされている。 With reference to the figure, in the present embodiment, the engine operating region is divided into a low-load low-rotation side operation region A and a high-load side or high-rotation side operation region B. Further, in the operation region A, the low load side operation region A1, the medium load operation region A2, and the high load side operation region A3 are divided according to the engine load situation.
次に、記憶手段110には、後続気筒吸気温度TとEGR率Rとの関係に基づいて、特殊運転モードでの運転領域を区分ける制御マップを記憶している。
Next, the
図6は、EGR率Rの定義を説明するための模式図であり、図7は、制御マップの一例を示すグラフである。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the definition of the EGR rate R, and FIG. 7 is a graph showing an example of the control map.
まず図6を参照して、当実施形態におけるEGR率Rは、式(1)の通り定義される。 First, referring to FIG. 6, the EGR rate R in the present embodiment is defined as in equation (1).
但し、
mDISC:先行気筒で燃焼される空気の質量(EGR相当のガス:以下「先行燃焼空気質量」という)
mHCCI:後続気筒で燃焼に供される空気の質量(以下「後続燃焼空気質量」という)
mEGR-cold:コールドEGR装置が先行気筒に供給するEGRガスの質量(以下「コールドEGRガス質量」という)
式(1)並びに図6において、当明細書におけるEGR率Rは、コールドEGR装置30によるコールドEGRガス質量mEGR-coldと、先行気筒14A、14Dでの燃焼により生じたEGR相当のガス質量(先行燃焼空気質量mDISC)の両方が新気に対して占める割合である。
However,
m DISC : mass of air combusted in the preceding cylinder (gas equivalent to EGR: hereinafter referred to as “preceding combustion air mass”)
m HCCI : Mass of air used for combustion in the succeeding cylinder (hereinafter referred to as “subsequent combustion air mass”)
m EGR-cold : Mass of EGR gas supplied to the preceding cylinder by the cold EGR device (hereinafter referred to as “cold EGR gas mass”)
In the equation (1) and FIG. 6, the EGR rate R in the present specification represents the cold EGR gas mass m EGR-cold by the
このEGR率Rと、後続気筒吸気温度Tとの間には、運転領域に一定の相関関係がある。すなわち、図7に示すように、失火が生じやすい運転領域Z1は、後続気筒吸気温度Tが300℃以上の高温(高負荷)状態では、EGR率Rが約180%以上に分布するが、後続気筒吸気温度Tが下がるにつれて、EGR率Rの低い領域に分布し、後続気筒吸気温度Tが150℃では、EGR率Rが約65%以上に低下する。他方、ノッキングが生じやすい運転領域Z2においても、後続気筒吸気温度Tが300℃以上の高温(高負荷)状態では、EGR率Rが約120%程度までの範囲に分布するが、後続気筒吸気温度Tが下がるにつれて、EGR率Rの低い領域に分布し、後続気筒吸気温度Tが約180℃位のときにEGR率Rが0のところで終息する。 There is a certain correlation in the operation region between the EGR rate R and the subsequent cylinder intake air temperature T. That is, as shown in FIG. 7, in the operation region Z1 in which misfire is likely to occur, the EGR rate R is distributed to about 180% or more in the high temperature (high load) state where the subsequent cylinder intake air temperature T is 300 ° C. or higher. As the cylinder intake air temperature T decreases, it is distributed in a region where the EGR rate R is low. When the subsequent cylinder intake air temperature T is 150 ° C., the EGR rate R decreases to about 65% or more. On the other hand, even in the operation region Z2 where knocking is likely to occur, the EGR rate R is distributed in a range up to about 120% in the high temperature (high load) state where the subsequent cylinder intake temperature T is 300 ° C. or higher. As T decreases, it is distributed in a region where the EGR rate R is low, and terminates when the EGR rate R is 0 when the succeeding cylinder intake air temperature T is about 180 ° C.
圧縮自己着火が良好な領域Z3は、これら両領域Z1、Z2の間に存在する。さらに、圧縮自己着火においても、着火アシストが必要な領域Z4が存在し、その領域では、着火アシストを行う必要がある。そこで、当実施形態では、実験等によって制御マップを作成し、後続気筒吸気温度Tに応じてEGR率Rを制御することにより、失火とノッキングの双方を回避するようにしている。 The region Z3 with good compression self-ignition exists between these regions Z1 and Z2. Further, even in the compression self-ignition, there is a region Z4 that requires ignition assist, and it is necessary to perform the ignition assist in that region. Therefore, in this embodiment, a control map is created by experiments and the like, and the EGR rate R is controlled according to the subsequent cylinder intake air temperature T, thereby avoiding both misfire and knocking.
次に、運転モード切換手段120は、記憶手段110に記憶されている図5の制御用マップに基づき、前記クランク角センサ13A、13B及びアクセル開度センサ51等からの信号により調べられるエンジンの運転状態(エンジン回転数及びエンジン負荷)が前記運転領域A,Bの何れの領域にあるかを判別するとともに、低負荷低回転側の運転領域Aでは、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吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、高負荷側ないし高回転側の運転領域Bでは、各気筒をそれぞれ独立させ燃焼させる通常運転モードを選択するようになっている。
Next, the operation mode switching means 120 is based on the control map of FIG. 5 stored in the storage means 110, and the engine operation is examined by signals from the
また、運転モード切換手段120は、運転状態が特殊運転モード領域Aにある場合に、この領域Aのうちの低負荷側運転領域A1、中負荷運転領域A2、高負荷側運転領域A3の何れにあるかを判別するようになっており、後述するように、低中負荷側運転領域A1、A2では、低中負荷特殊運転モードを選択し(図3参照)、高負荷運転領域A3では、高負荷特殊運転モード(図4参照)を選択するようになっている。 In addition, when the operation state is in the special operation mode region A, the operation mode switching means 120 is set to any one of the low load side operation region A1, the medium load operation region A2, and the high load side operation region A3. As will be described later, in the low / medium load side operation areas A1 and A2, the low / medium load special operation mode is selected (see FIG. 3), and in the high load operation area A3, the high The load special operation mode (see FIG. 4) is selected.
運転モード切換手段120が特殊運転モードを選択すると、ECU100は、気筒間ガス通路42を介して先行気筒の既燃ガスを後続気筒に導入させる2気筒接続状態とし、通常運転モードでは各気筒にそれぞれ新気を導入させる各気筒独立状態とするように吸排気流通状態を変更すべく弁停止機構48、49を制御するもので、具体的には制御モードが特殊運転モード(運転領域A)、通常運転モード(運転領域B)の何れにあるかに応じ、前記弁停止機構48、49を制御することにより、各開閉弁40A、40B、41A、41Bを表2のように開閉する。
When the operation mode switching means 120 selects the special operation mode, the
後続気筒吸気温度推定手段130は、当実施形態において、後続気筒への後続気筒吸気温度を検出する温度検出手段を構成するものであり、温度センサ24や水温センサ50の検出値による外気温やエンジン水温、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)等に基づいて間接的に後続気筒吸気温度Tを検出するものである。この後続気筒吸気温度推定手段130により、先行気筒14A、14Dから後続気筒14B、14Cに導入される既燃ガスの温度が推定される。
In this embodiment, the succeeding cylinder intake air temperature estimating means 130 constitutes temperature detecting means for detecting the succeeding cylinder intake air temperature to the succeeding cylinder, and the outside air temperature or engine based on the detected values of the
EGR率制御手段140は、図7で示したデータに基づいて領域Z3、Z4の範囲内に設定された制御マップに基づいて、EGR率Rを決定するためのものであり、記憶手段110に記憶された制御マップ(図7)に基づき、後続気筒吸気温度推定手段130が推定した後続気筒吸気温度Tに対応するEGR率Rになるように、スロットル弁23の開度(スロットル開度)とコールドEGR装置30のコールドスロットル弁32とを制御するものである。
The EGR rate control means 140 is for determining the EGR rate R based on the control map set in the range of the areas Z3 and Z4 based on the data shown in FIG. Based on the control map (FIG. 7), the opening (throttle opening) of the
空燃比制御手段150は、エンジンの負荷が増大するのに応じて前記先行気筒14A、14Dおよび後続気筒14B、14Cの2気筒に噴射される燃料の総噴射量を負荷に応じて増大させるように調整しつつ、この特殊運転モードにおいて先行/後続の関係を有する一対の気筒の両方に対する燃料噴射量の和が先行気筒14A、14Dに導入される新気空気の質量に対して理論空燃比となる量を算出するとともに、各気筒14A〜14Dに分配される燃料の噴射量を算出して先行/後続の各気筒14A〜14Dにおける空燃比を制御する。すなわち、空燃比制御手段150は、コールドEGRの質量mEGR-coldと、前記先行気筒14A、14Dに噴射する燃料とを算出することにより、この先行気筒14A、14Dで消費される新気質量を算出し、先行気筒14A、14Dから後続気筒14B、14Cに導入される既燃ガス中に含まれる新気質量(後続燃焼空気質量mHCCI)を算出する。この空燃比制御手段150により、各気筒14A〜14Dに導入される吸気質量mが決定される。この吸気質量mは、図6に示すように、特殊運転モードとされる運転領域Aでは、コールドEGRで導入された既燃ガスの質量(コールドEGRガス質量mEGR-cold)と、先行気筒14A、14Dでの燃焼される新気質量(先行燃焼空気質量mDISC)と後続気筒14B、14Cに供給されるガスのうち、燃焼される新気質量(後続燃焼空気質量mHCCI)との和である。また、この吸気質量mは、当実施形態では、先行気筒14A、14Dおよび後続気筒14B、14Cの2気筒に噴射される燃料の総噴射量に対して理論空燃比となるように設定され、要求出力に応じた燃料の燃焼に必要な量であって、エンジンの負荷増大に伴って増大されるようになっている。
The air-fuel ratio control means 150 increases the total injection amount of fuel injected into the two cylinders of the preceding
着火アシスト制御手段160は、特殊運転モード領域Aで、圧縮自己着火を促進するため、後述する制御フローに基づいて、圧縮上死点前に点火を行わせるように点火回路18を駆動する。
In the special operation mode region A, the ignition assist control means 160 drives the
また、燃料噴射制御手段170は、ECU100に判定された運転状態に応じて燃料噴射弁19からの噴射量及び噴射タイミングを制御する。そして、燃料噴射制御手段170による燃料噴射量の制御と、図外のスロットル弁駆動モータ等の制御による吸入空気量の制御とによって、前記特殊運転モード領域Aでの先行気筒14A、14Dの空燃比が、理論空燃比よりもリーンな空燃比(空気過剰率λ>1)に制御されるようになっている。
Further, the fuel injection control means 170 controls the injection amount and the injection timing from the
点火制御手段180は、着火アシスト制御手段160、燃料噴射制御手段170と協働し、点火回路18を制御して、運転状態に応じて先行気筒14A、14D、或いは後続気筒14B、14Cにおける点火プラグ17の点火時期や点火停止時期等の制御を行う。
The ignition control means 180 cooperates with the ignition assist control means 160 and the fuel injection control means 170 to control the
次に、図8〜図12を参照しながら、上述した実施形態における制御フローについて説明する。 Next, the control flow in the above-described embodiment will be described with reference to FIGS.
図8は、図1の実施形態に係る運転状態制御のメインフローを示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing a main flow of operation state control according to the embodiment of FIG.
同図を参照して、エンジンの運転が開始されると、ECU100の運転モード切換手段120は、運転モードの選択を行う(ステップS1)。このステップS1では、記憶手段110からエンジン負荷/回転数制御マップを読み出すとともに、クランク角センサ13A、13B及びアクセル開度センサ51等から出力された検出信号に基づいて、エンジンの運転状態を判別する。仮に運転状態が特殊運転モードを選択することのできない高負荷状態にあると判断される場合には、通常運転モードに運転モードを切り換え(ステップS2)、可能であると判断される場合には、特殊運転モード(ステップS3以下)に切り換える。
Referring to FIG. 4, when engine operation is started, operation mode switching means 120 of
特殊運転モードにおいては、まず、表2で示したように、各弁停止機構48、49を制御して、吸気通路22からの吸気については、先行気筒14A、14Dのみに供給されるようにするとともに、先行気筒14A、14Dの排気ポート41Aを閉じてEGRポート41Bを開くことにより、先行気筒14A、14Dで燃焼された既燃ガスが後続気筒14B、14Cに導入され、後続気筒14B、14Cで燃焼されたガスが分岐排気通路26から排気通路27に排出されるように吸排気経路が構成される(ステップS3)。
In the special operation mode, first, as shown in Table 2, the
次いで、図7で説明した制御マップに基づき、初期セット値を読み込み、当該初期セット値に対応するEGR率Rが得られるように、先行気筒14A、14Dの空気過剰率λDISCや、スロットル弁23、コールドEGR弁32の開弁量が設定される(ステップS4)。
Next, based on the control map described in FIG. 7, the initial set value is read, and the excess air ratio λ DISC of the preceding
さらに、特殊運転モードでは、前記図5の運転領域に応じて、図3、図4の燃料噴射制御が行われる。 Further, in the special operation mode, the fuel injection control of FIGS. 3 and 4 is performed according to the operation region of FIG.
運転領域が低負荷領域A1の場合、ECU100は、先行気筒14A、14Dに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大きい超リーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略3倍(A/F≒45)以上になるように燃料噴射量を制御する。この場合、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時期が設定されるとともに、圧縮上死点近傍で点火時期が設定される。また、後続気筒14B、14Cに対しては、先行気筒14A、14Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、後続気筒14B、14Cでの燃焼の際に実質的に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御する。そして、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時期を設定するとともに、圧縮自己着火を行わせる。
When the operating region is the low load region A1, the
運転領域が中負荷領域A2の場合、先行気筒14A、14Dに対しては、低負荷側運転領域A1にある場合の空燃比よりも小さい(リッチ側の)リーン空燃比であって、好ましくは理論空燃比の略2倍(A/F≒30)以上になるように燃料噴射量を制御する。
When the operation region is the medium load region A2, the lean air-fuel ratio is smaller (rich side) than the air-fuel ratio in the low-load side operation region A1 for the preceding
運転領域が低中負荷領域A1、A2の場合、燃料の噴射タイミングや着火タイミングとしては、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時期を設定し、かつ、圧縮上死点近傍で点火時期を設定する(図3参照)。 When the operation range is the low / medium load range A1, A2, the fuel injection timing and ignition timing are set so that the fuel is injected in the compression stroke and the mixture is stratified, and the compression is performed. The ignition timing is set near the top dead center (see FIG. 3).
他方、運転領域が高負荷領域A3の場合、先行気筒14A、14Dに対しては、中負荷運転領域A2にある場合の空燃比よりも小さい(リッチ側の)リーン空燃比であって、好ましくは理論空燃比の略2倍(A/F≒30)よりも小さくなるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一に分散させて均質化を行わせるように噴射時期を設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火時期を設定する(図4参照)。また、先行気筒14A、14Dに対する燃料噴射量について、前記制御に加えて、負荷の増大に伴い後続気筒14B、14Cに導入される後続燃焼空気質量mHCCIを減少させるように先行気筒14A、14Dでの燃料噴射量が調整される。言い換えれば、先行気筒14A、14Dでの燃焼の割合を多くして先行燃焼空気質量mDISCの増大率を大きくすることにより、後続燃焼空気質量mHCCIの割合を負荷に応じて減少させるように先行気筒14A、14Dに対する燃料噴射量を制御する。このように制御することにより、先行気筒14A、14Dに吸入される空気質量mとこの先行気筒14A、14Dで燃焼により消費される先行燃焼空気質量mDISCの差が縮小することとなる。
On the other hand, when the operation region is the high load region A3, the preceding
次いで、ECU100は、後続気筒吸気温度Tを推測する(ステップS5)。この後続気筒吸気温度Tが、仮に図7のマップで設定されている上限温度T1以上の場合、制御は、上限温度対応処理に移行する(ステップS6、S10)。
Next, the
他方、後続気筒吸気温度Tが前記マップに設定されている下限温度T2以下の場合、制御は、下限温度対応処理に移行する(ステップS7、S20)。ここで、上限温度T1とは、EGR率Rが初期セット値にあるときに後続気筒でノッキング対策が必要な温度をいい、下限温度T2とは、EGR率Rが初期セット値にあるときに後続気筒で失火対策が必要な温度をいう。これらは、図7に基づく制御マップを実験等によって作成する際、当該実験によって決定される。 On the other hand, when the succeeding cylinder intake air temperature T is equal to or lower than the lower limit temperature T2 set in the map, the control shifts to a lower limit temperature handling process (steps S7 and S20). Here, the upper limit temperature T1 refers to a temperature that requires countermeasures against knocking in the subsequent cylinder when the EGR rate R is at the initial set value, and the lower limit temperature T2 refers to the temperature that follows when the EGR rate R is at the initial set value. This is the temperature at which it is necessary to take measures against misfire in a cylinder. These are determined by the experiment when the control map based on FIG. 7 is created by the experiment or the like.
後続気筒吸気温度Tが前記上限温度T1よりも低く下限温度T2よりも高い場合には、着火アシスト制御が必要であるか否かが判別され(ステップS8)、必要と判別された場合には、着火アシスト制御のサブルーチンが実行される一方(ステップS9)、不要と判別された場合にはステップS1に戻って運転状態がモニタされ、上述したフローを繰り返す。 When the succeeding cylinder intake air temperature T is lower than the upper limit temperature T1 and higher than the lower limit temperature T2, it is determined whether or not the ignition assist control is necessary (step S8). While the ignition assist control subroutine is executed (step S9), if it is determined that it is not necessary, the operation state is monitored by returning to step S1, and the above-described flow is repeated.
次に着火アシスト制御について、図9を参照しながら説明する。 Next, the ignition assist control will be described with reference to FIG.
図9は着火アシスト制御のサブルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing a subroutine of ignition assist control.
同図を参照して、着火アシスト制御においては、クランク角センサ13A、13Bから対象となる後続気筒14B(または14C)の位相を検出する一方(ステップS91)、これと並行して後続気筒に噴射される燃料が演算される(ステップS92)。上述したように、当実施形態においては、後続気筒吸気温度Tに基づいて、EGR率Rが決定され、このEGR率Rと、エアフローセンサ25で検出された吸気質量mとに基づいて、先行気筒の空燃比が決定されるので、その空燃比で燃焼された既燃ガスに含まれる後続燃焼空気質量に基づき、空気過剰率λHCCIが1となるように、燃料噴射量が決定される。
Referring to the figure, in the ignition assist control, the
次いで、ECU100の燃料噴射制御手段170は、対象となる後続気筒14B(または14C)が吸気行程にあるか否かを判別し(ステップS93)、後続気筒14B(または後続気筒14C)が吸気行程にある場合は、燃料噴射弁19を駆動し、演算された量の燃料を噴射する(ステップS94)。
Next, the fuel injection control means 170 of the
次いで、ECU100の着火アシスト制御手段160は、対象となる後続気筒14B(または14C)が圧縮上死点にピストン15が到達するのを待機し(ステップS95)、圧縮上死点に到達した直後に点火プラグ17がスパークするように点火回路18を駆動する(ステップS96)。これにより、圧縮自己着火が困難な領域Z4においては、図3、図4の仮想線SAで示すように、着火アシストによって確実に圧縮自己着火が実現し、失火を防止することが可能になる。
Next, the ignition assist control means 160 of the
次に、図10を参照して、上限温度対応処理S10が採用された場合のフローについて説明する。図10は、上限温度対応処理S10のサブルーチンを示すフローチャートである。 Next, a flow when the upper limit temperature handling process S10 is adopted will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine of the upper limit temperature handling process S10.
この状態において、上限温度対応処理S10では、まず、可及的にEGR率Rを高めてノッキングを回避する方策が取られる。まず、ECU100のEGR率制御手段140は、制御マップ(図7)に基づき、当該後続気筒吸気温度Tにおいて、適正範囲内に収まるEGR率Rを演算する(ステップS11)。
In this state, in the upper limit temperature handling process S10, first, a measure is taken to avoid knocking by increasing the EGR rate R as much as possible. First, the EGR rate control means 140 of the
次いで、演算されたEGR率Rを得るために、コールドEGR装置30によるコールドEGRガス質量mEGR-coldの増量が可能であるか否かが判別される(ステップS12)。仮にコールドEGRガス質量mEGR-coldの増量が可能であると判断された場合、すなわち、コールドEGR装置30のコールドEGR弁32を開く余地があり、かつ、先行気筒14A、14Dのブースト圧がコールドEGRガス質量mEGR-coldを導入可能な値である場合には、コールドEGR弁32の開量を増加して、コールドEGRガス質量mEGR-coldを増量し、図7の丸数字1で示す制御を実行する(ステップS13)。この結果、式(1)から明らかなように、全体のEGR率Rが増加し、エンジンの運転状態をノッキング領域Z2から遠ざけることが可能になる。
Next, in order to obtain the calculated EGR rate R, it is determined whether or not the cold EGR gas mass m EGR-cold can be increased by the cold EGR device 30 (step S12). If it is determined that the cold EGR gas mass m EGR-cold can be increased, that is, there is room for opening the
他方、ステップS12において、コールドEGRガス質量mEGR-coldの増量が不可能であると判断された場合、ECU100は、燃料噴射制御手段170によって燃料噴射量を演算し(ステップS14)、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正し、図7の丸数字2で示す制御を実行する(ステップS15)。この結果、後続気筒吸気温度Tの上昇を伴うものの全体のEGR率Rが増加する結果、エンジンのノッキング領域Z2での運転を回避することができる。
On the other hand, if it is determined in step S12 that the cold EGR gas mass m EGR-cold cannot be increased, the
さらに、当実施形態では、後続気筒14B、14Cでのノッキングの発生を効果的に回避するための着火アシスト促進処理を行い(ステップS16)、元の特殊運転モードのメインルーチンに戻る。
Furthermore, in this embodiment, an ignition assist promotion process for effectively avoiding the occurrence of knocking in the
次に後続気筒での着火アシスト促進処理S16のサブルーチンについて説明する。 Next, a subroutine of the ignition assist promotion process S16 in the subsequent cylinder will be described.
図11は着火アシスト促進処理S16のサブルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing a subroutine of the ignition assist promotion process S16.
同図を参照して、後続気筒14B、14Cの後続気筒吸気温度Tが上限温度T1を越えている場合、特殊運転モードを維持するために、着火を抑制するための処理がこのサブルーチンで行われる。具体的には、ECU100がクランク角センサ13A、13Bから後続気筒14B、14Cの行程を検出する(ステップS161)とともに、後続気筒での燃料噴射量を演算する(ステップS162)。次いで、後続気筒14B、14Cが圧縮行程後半(例えばBDCから50°〜85°CA)に到達するのを待機し(ステップS163)、圧縮行程後半に到達したときに燃料を噴射するようにECU100の燃料噴射制御手段170が作動する(ステップS164)。このタイミングで燃料を噴射することにより、噴射された燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなる。この結果、後続気筒14B、14Cでの着火アシストによる圧縮自己着火が確実になる。
Referring to the figure, when the succeeding cylinder intake temperature T of the succeeding
このように、ノッキングしにくく、着火アシスト時期(点火プラグのスパーク時期)を変化させることで、圧縮自己着火の時期が制御できるEGR率(着火アシスト領域Z4のEGR率)Rとしておくことで、適正な燃焼トルクが得られる圧縮自己着火が可能になる。 Thus, it is difficult to knock, and by changing the ignition assist timing (ignition plug spark timing), the EGR rate (EGR rate of the ignition assist region Z4) R that can control the compression self-ignition timing is set appropriately. Compressive self-ignition that provides a good combustion torque is possible.
次に、後続気筒吸気温度Tが下限温度T2以下の場合における下限温度対応処理S20のフローについて説明する。 Next, the flow of the lower limit temperature handling process S20 when the subsequent cylinder intake air temperature T is equal to or lower than the lower limit temperature T2 will be described.
図12は下限温度対応処理S20のサブルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing a subroutine of the lower limit temperature handling process S20.
同図を参照して、下限温度対応処理S20が採用されると、可及的にEGR率Rを低減して失火を回避するために、ECU100のEGR率制御手段140は、制御マップ(図7)に基づき、当該後続気筒吸気温度Tにおいて、適正範囲内に収まるEGR率Rを演算する(ステップS21)。
Referring to FIG. 7, when the lower limit temperature handling process S20 is adopted, in order to reduce the EGR rate R as much as possible and to avoid misfire, the EGR rate control means 140 of the
次いで、演算されたEGR率Rを得るために、コールドEGR装置30によるコールドEGRガス質量mEGR-coldの減量が可能であるか否かが判別される(ステップS22)。仮にコールドEGRガス質量mEGR-coldの減量が可能であると判断された場合、すなわち、コールドEGR装置30のコールドEGR弁32を閉じる余地がある場合には、コールドEGR弁32の開量を低減して、EGRガスを減量することにより、図7の丸数字3で示す制御を実行する(ステップS23)。この結果、式(1)から明らかなように、全体のEGR率Rが低減し、エンジンの運転状態を失火領域Z1から遠ざけることが可能になる。
Next, in order to obtain the calculated EGR rate R, it is determined whether or not the cold EGR gas mass m EGR-cold can be reduced by the cold EGR device 30 (step S22). If it is determined that the cold EGR gas mass m EGR-cold can be reduced, that is, if there is room to close the
他方、ステップS22において、コールドEGRガス質量mEGR-coldの減量が不可能であると判断された場合、ECU100は、燃料噴射制御手段170によって燃料噴射量を演算し(ステップS24)、先行気筒14A、14Dの空燃比をさらにリーン側に補正し、図7の丸数字4で示す制御を実行する(ステップS25)。この結果、後続気筒吸気温度Tが低下するものの全体のEGR率Rも下がる結果、エンジンの運転状態を失火領域から遠ざけることが可能になる。
On the other hand, when it is determined in step S22 that the cold EGR gas mass m EGR-cold cannot be reduced, the
以上説明したように、後続気筒14B、14Cに導入される吸気の温度(後続気筒吸気温度)Tとそれに対するEGR率Rとにおいて、図7で説明したように、適正な特殊運転モードでの運転が可能な領域を実験でマッピングして記憶しておき、標準的な後続気筒吸気温度Tを初期セット値としてこの後続気筒吸気温度Tに好適なEGR率Rを求め、温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度Tに基づいて、計測手段が計測したEGR率Rが適正な値になるように、コールドEGR装置30と空燃比との少なくとも一方を制御することとしている。これにより、当実施形態では、後続気筒吸気温度T毎に好適なEGR率Rを維持し、ノッキングと失火の双方を回避することが可能になる。
As described above, as described with reference to FIG. 7, the operation in the appropriate special operation mode is performed at the intake air temperature (following cylinder intake air temperature) T introduced into the succeeding
また、エンジンの部分負荷領域で前記特殊運転モードとされた場合に、先行気筒14A、14Dでのリーン燃焼による熱効率向上及び各気筒14A〜14Dでのポンピングロス低減等により燃費改善効果が得られる。また、後続気筒14B、14Cでは先行気筒14A、14Dから導入された既燃ガスに燃料が供給されて燃焼が行われるので、高温の既燃ガスにより供給燃料の気化が促進されるとともに、後続気筒14B、14Cで圧縮自己着火により燃焼が行われので、燃焼室全体に亘り一気に燃焼して仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、後続気筒14B、14Cでは先行気筒14A、14Dからの既燃ガスが導入されることにより多量のEGRが行われているのと同等の状態となることから排気ガス性能性の改善効果が得られる。
Further, when the special operation mode is set in the partial load region of the engine, a fuel efficiency improvement effect can be obtained by improving thermal efficiency by lean combustion in the preceding
さらに当実施形態では、後続気筒14B、14Cが圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒14B、14Cでの着火をアシストするために後続気筒14B、14Cに設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段160を設け、前記制御マップの適正範囲は、着火アシスト領域Z4を含んでおり、着火アシスト制御手段160は、EGR率Rが着火アシスト領域Z4に制御される場合には、後続気筒14B、14Cにおいて点火プラグをスパークするように構成されている。従って、後続気筒14B、14Cでの圧縮自己着火が行われにくいと想定される運転領域(着火アシスト領域Z4)にある場合でも、前記着火アシスト制御手段160により後続気筒14B、14Cの圧縮自己着火を促進する制御が適正に実行され、後続気筒14B、14Cで適正に圧縮自己着火させて顕著な燃費改善効果が得られるとともに、排気ガス性能性の改善効果が得られる。
Further, in the present embodiment, in a mode in which the
さらに当実施形態において、着火アシスト制御手段160は、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒14B、14C内の混合気を点火するように点火制御手段180を制御するようにしているので、後続気筒14B、14Cの圧縮上死点前の上死点近傍で混合気を点火して気筒内圧力を瞬時に高める制御が実行されることにより、後続気筒14B、14Cで適正時期に確実に圧縮自己着火させることができる。
Further, in the present embodiment, the ignition assist control means 160 controls the ignition control means 180 so as to ignite the air-fuel mixture in the succeeding
また当実施形態におけるEGR率制御手段140は、後続気筒吸気温度Tが上昇するに連れてEGR率Rを増加するように設定されているので、一般に高負荷側となる後続気筒吸気温度Tの高温側においては、ノッキング領域がEGR率Rの低い側に分布するので、それ以上にEGR率Rを向上させて、ノッキングを回避するようにしている。この結果、高負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。 Further, since the EGR rate control means 140 in this embodiment is set so as to increase the EGR rate R as the subsequent cylinder intake temperature T rises, generally the high temperature of the subsequent cylinder intake temperature T on the high load side is high. On the side, since the knocking region is distributed on the side where the EGR rate R is low, the EGR rate R is further improved to avoid knocking. As a result, even in the high load side, the operation in the special operation mode can be maintained and the fuel efficiency and the exhaust gas performance can be improved.
さらに当実施形態における空燃比制御手段150は、コールドEGR装置30によってEGR率Rが増加不能な場合には、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正するので、後続気筒吸気温度Tは上昇するものの式(1)で定義されたEGR率Rも上昇する結果、ノッキング領域Z2での運転を回避することができる。この結果、高負荷側でEGR率Rを上げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
Further, when the EGR rate R cannot be increased by the
さらに当実施形態において、ECU100は、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正した後、後続気筒14B、14Cの燃料噴射を当該後続気筒14B、14Cの圧縮行程で行うものであるので、コールドEGR装置30によってEGR率Rが増加不能な場合に、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正した後、さらに、後続気筒14B、14Cでの燃料噴射が当該後続気筒14B、14Cの圧縮行程で行われる。この結果、燃料が高温のガスにされされる時間が短くなって、着火しにくくなり、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になるので、ノッキングの発生を効果的に回避することが可能になる。
Further, in this embodiment, the
さらに当実施形態において、EGR率制御手段140は、後続気筒吸気温度Tが低下するに連れてEGR率Rを低減するように制御するので、EGR率Rを低減させて、失火を回避するようにしている。この結果、低負荷側においても、特殊運転モードでの運転を維持し、燃費効率と排ガス性能とを向上することが可能になる。 Further, in the present embodiment, the EGR rate control means 140 controls the EGR rate R to decrease as the succeeding cylinder intake air temperature T decreases, so that the EGR rate R is reduced to avoid misfire. ing. As a result, even in the low load side, the operation in the special operation mode can be maintained and the fuel efficiency and the exhaust gas performance can be improved.
さらに当実施形態において、空燃比制御手段150は、コールドEGR装置30によってEGR率Rが低減不能な場合には、先行気筒14A、14Dの空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正するので、後続気筒吸気温度Tは低下するものの式(1)で定義されたEGR率Rも低減し、失火領域Z1での運転を回避することができる。従って、低負荷側でEGR率Rを下げることが困難な場合でも、特殊運転モードでの運転を維持することが可能になる。
Further, in the present embodiment, when the EGR rate R cannot be reduced by the
このように、当実施形態によれば、後続気筒14B、14Cへの後続気筒吸気温度TとEGR率Rとの相関関係に基づいてEGRまたは空燃比を制御することにより、先行気筒14A、14Dでリーン燃焼させた既燃ガスを後続気筒14B、14Cに導入する特殊運転モードでの運転を可及的に広い負荷領域で維持することにより、燃費性能と排気ガス性能とを向上させることが可能なるという顕著な効果を奏する。
Thus, according to the present embodiment, by controlling the EGR or the air-fuel ratio based on the correlation between the subsequent cylinder intake air temperature T to the
上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。 The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.
例えば、図10で説明した上限温度対応処理において、着火アシスト促進処理の方法としては、図13の制御フローを採用することも可能である。 For example, in the upper limit temperature handling process described with reference to FIG. 10, the control flow of FIG. 13 can be employed as the ignition assist promotion process.
図13は、本発明の別の実施形態における着火アシスト促進処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing a subroutine of ignition assist promotion processing in another embodiment of the present invention.
同図を参照して、この態様では、上限温度対応処理において後続気筒吸気温度Tを下げるために、後続気筒の行程を検出するとともに(ステップS161)、開弁量の演算を行い(ステップS162)、吸気行程になるのを待機して(ステップS163)、吸気行程時に後続気筒14B、14Cの吸気ポート40A、40Bを選択的に開いて新気を導入するようにしている(ステップS164)。このステップS164は、弁停止機構48、49のうち、運転モード切換手段120によって、吸排気流通状態を表3のように変更し、所定時間経過するのを待って閉弁することにより実現される(ステップS165、S166)。
Referring to the figure, in this embodiment, in order to lower the succeeding cylinder intake temperature T in the upper limit temperature handling process, the stroke of the succeeding cylinder is detected (step S161), and the valve opening amount is calculated (step S162). Then, after waiting for the intake stroke (step S163), the
このように、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正する際に、後続気筒14B、14Cの新気導入弁(開閉弁40A、40B)を開く構成では、コールドEGR装置30によってEGR率Rが増加不能な場合に、先行気筒14A、14Dの空燃比をリッチ側に補正する際、さらに、後続気筒14B、14Cに新気が導入されるので、導入された低温の新気によって後続気筒14B、14Cの後続気筒吸気温度Tが低下し、失火領域Z1での運転を回避することができる。この結果、失火の発生を効果的に回避することが可能になる。
As described above, when the air-fuel ratio of the preceding
その他、本発明においては、下記のような変更が可能である。 In addition, the following modifications are possible in the present invention.
なお、本発明の装置の具体的構成は前記実施形態に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以下に説明する。 In addition, the specific structure of the apparatus of this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. Other embodiments are described below.
(1)前記実施形態では、空燃比制御手段150により後続気筒14B、14Cから排気通路27に排出される排気ガスが理論空燃比となるように制御されているが、このような制御に限定するものではなく、前記排気ガスの空燃比がリーン空燃比となるものであってもよい。この場合でも、後続気筒14B、14Cでの燃焼が圧縮自己着火により行われているので、排気ガス性能を改善することができ、しかもNOx触媒を設けるにしても比較的コンパクトなものを採用することができ、経済的にも有利となる。
(1) In the above embodiment, the exhaust gas discharged from the succeeding
(2)前記実施形態では、先行気筒14A、14Dでは強制点火による燃焼が行われるように構成しているが、先行気筒14A、14Dにおいても圧縮自己着火による燃焼と強制点火による燃焼をエンジンの温度状態等に応じて切り換えて行わせるものであってもよい。
(2) Although the preceding
(3)本発明の装置は4気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。そして、例えば6気筒等では1つの気筒の排気行程と別の気筒の吸気行程が完全に重なり合うことはないが、このような場合は、一方の気筒の排気行程が他方の気筒の吸気行程より先行するとともに、両行程が部分的に重なり合う2つの気筒を先行、後続の一対の気筒とすればよい。 (3) The device of the present invention can also be applied to multi-cylinder engines other than four-cylinder engines. For example, in the case of six cylinders, the exhaust stroke of one cylinder and the intake stroke of another cylinder do not completely overlap. In such a case, the exhaust stroke of one cylinder precedes the intake stroke of the other cylinder. In addition, two cylinders in which both strokes partially overlap may be used as a pair of preceding and succeeding cylinders.
10 エンジン本体
15 ピストン
22 吸気通路
23 スロットル弁
24 温度センサ
27 排気通路
100 ECU(運転状態制御装置の一例)
110 記憶手段
120 運転モード切換手段
130 後続気筒吸気温度推定手段(後続気筒吸気温度検出手段の一例)
140 EGR率制御手段
150 空燃比制御手段
160 着火アシスト制御手段
170 燃料噴射制御手段
180 点火制御手段
A3 高負荷運転領域
A2 中負荷運転領域
A1 低負荷側運転領域
m 吸気質量
mDISC 先行燃焼空気質量
mEGR-cold コールドEGRガス質量
mHCCI 後続燃焼空気質量
T 後続気筒吸気温度
T1 上限温度
T2 下限温度
Z1 失火領域
Z2 ノッキング領域
Z3 圧縮自己着火領域
Z4 着火アシスト領域
λ 空気過剰率
λDISC 特殊運転モードにおける先行気筒の空気過剰率
λHCCI 特殊運転モードにおける後続気筒の空気過剰率
DESCRIPTION OF
110
140 EGR rate control means 150 Air-fuel ratio control means 160 Ignition assist control means 170 Fuel injection control means 180 Ignition control means A3 High load operation area A2 Medium load operation area A1 Low load side operation area m Intake mass m DISC preceding combustion air mass m EGR-cold Cold EGR gas mass m HCCI Subsequent combustion air mass T Subsequent cylinder intake temperature T1 Upper limit temperature T2 Lower limit temperature Z1 Misfire region Z2 Knocking region Z3 Compression self-ignition region Z4 Ignition assist region λ Excess air ratio λ DISC Special operation mode Cylinder excess air ratio λ HCCI special operation mode excess air ratio of subsequent cylinders
Claims (10)
排気通路に排出された排気ガスを、EGR通路を介して吸気通路に還流させるコールドEGR装置と、
エンジン本体およびコールドEGR装置の運転状態を制御する運転状態制御装置と
を備え、前記運転状態制御装置は、
各気筒が前記燃焼サイクルに伴って吸気通路から吸入したガスを燃焼させた後既燃ガスを排気通路に排出する通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒でリーン燃焼させた既燃ガスを吸気行程にある後続気筒にそのまま導入して、当該後続気筒では圧縮自己着火を行わせる特殊運転モードとを切り換え制御する運転モード切換手段と、
前記後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度を検出する後続気筒吸気温度検出手段と、
後続気筒に導入されるガスのうちでコールドEGR装置により還流されたEGRガスの割合と先行気筒での燃焼により生じたEGR相当のガスの割合とを合わせたEGR率を求める手段と、
EGR率と後続気筒に既燃ガスが導入されるときの後続気筒吸気温度との関係に基づいて、後続気筒において圧縮自己着火運転が確保される後続気筒吸気温度の適正範囲を記憶する記憶手段と
を備え、EGR率と前記後続気筒吸気温度検出手段が検出した後続気筒吸気温度とに基づき、特殊運転モードにおいて前記後続気筒吸気温度が当該記憶手段に記憶された上限温度よりも低く下限温度よりも高い適正範囲内に入るように、コールドEGR装置と先行気筒の空燃比との少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 A multi-cylinder engine body in which intake, compression, expansion, and exhaust combustion cycles of each cylinder are performed with a predetermined phase difference;
A cold EGR device that recirculates exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage via the EGR passage;
An operation state control device that controls the operation state of the engine body and the cold EGR device, and the operation state control device comprises:
Each cylinder is in an exhaust stroke between a normal operation mode in which the gas sucked from the intake passage in accordance with the combustion cycle is burned and then exhausted burned gas to the exhaust passage, and a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap. An operation mode switching means for switching and controlling a special operation mode in which the burned gas burned lean in the preceding cylinder is directly introduced into the succeeding cylinder in the intake stroke and compression auto-ignition is performed in the succeeding cylinder;
Subsequent cylinder intake air temperature detection means for detecting the subsequent cylinder intake air temperature when burned gas is introduced into the subsequent cylinder;
Means for obtaining an EGR rate by combining a ratio of EGR gas recirculated by the cold EGR device among gases introduced into the succeeding cylinder and a ratio of gas equivalent to EGR generated by combustion in the preceding cylinder;
Storage means for storing an appropriate range of the succeeding cylinder intake temperature at which the compression self-ignition operation is ensured in the succeeding cylinder based on the relationship between the EGR rate and the succeeding cylinder intake temperature when the burned gas is introduced into the succeeding cylinder; And the following cylinder intake air temperature is lower than the upper limit temperature stored in the storage means and lower than the lower limit temperature in the special operation mode based on the EGR rate and the subsequent cylinder intake temperature detected by the subsequent cylinder intake temperature detection means. A spark ignition type gasoline engine characterized by controlling at least one of a cold EGR device and an air-fuel ratio of a preceding cylinder so as to fall within a high appropriate range.
前記運転状態制御装置は、後続気筒が圧縮自己着火で運転されるモードにおいて、当該後続気筒での着火をアシストするために後続気筒に設けた点火プラグをスパークさせる着火アシスト制御手段を備えており、
前記記憶手段に記憶された適正範囲は、該着火アシスト制御手段の動作による着火アシスト制御領域を含んでいる
ことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 1,
The operating state control device includes ignition assist control means for sparking a spark plug provided in the succeeding cylinder in order to assist the ignition in the succeeding cylinder in a mode in which the succeeding cylinder is operated by compression self-ignition,
The appropriate range stored in the storage means includes an ignition assist control region by the operation of the ignition assist control means. A spark ignition gasoline engine.
前記着火アシスト制御手段は、圧縮上死点前の上死点近傍で後続気筒内の混合気を点火するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 2,
The spark ignition type gasoline engine characterized in that the ignition assist control means ignites an air-fuel mixture in a succeeding cylinder in the vicinity of top dead center before compression top dead center.
前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が上限温度以上の場合にはEGR率を増加するEGR率制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition type gasoline engine according to any one of claims 1 to 3,
The spark ignition gasoline engine characterized in that the operating state control device has an EGR rate control means for increasing the EGR rate when the succeeding cylinder intake air temperature is equal to or higher than an upper limit temperature.
前記運転状態制御装置は、コールドEGR装置によってEGR率が増加不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する空燃比制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 4,
The operating state control device has air-fuel ratio control means for correcting the air-fuel ratio of the preceding cylinder to a richer side than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value when the EGR rate cannot be increased by the cold EGR device. This is a spark ignition gasoline engine.
前記運転状態制御装置は、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正した後、後続気筒の燃料噴射を当該後続気筒の圧縮行程で行うものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 5,
The operating state control device has fuel injection control means for controlling fuel injection, and the fuel injection control means corrects the air-fuel ratio of the preceding cylinder to a richer side than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value, A spark ignition gasoline engine characterized in that fuel injection of a subsequent cylinder is performed in a compression stroke of the subsequent cylinder.
前記運転モード切換手段は、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリッチ側に補正する際に、後続気筒の新気導入弁を開くものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 5,
The spark ignition is characterized in that the operation mode switching means opens the fresh air introduction valve of the subsequent cylinder when the air-fuel ratio of the preceding cylinder is corrected to a richer side than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value. Type gasoline engine.
前記運転状態制御装置は、後続気筒吸気温度が下限温度以下の場合にはEGR率を低減するEGR率制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to any one of claims 1 to 7,
The spark-ignition gasoline engine characterized in that the operating state control device has EGR rate control means for reducing the EGR rate when the succeeding cylinder intake air temperature is equal to or lower than a lower limit temperature.
前記運転状態制御装置は、コールドEGR装置によってEGR率が低減不能な場合には、先行気筒の空燃比を初期セット値に対応する空燃比よりもリーン側に補正する空燃比制御手段を有していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 8,
The operating state control device has air-fuel ratio control means for correcting the air-fuel ratio of the preceding cylinder to be leaner than the air-fuel ratio corresponding to the initial set value when the EGR rate cannot be reduced by the cold EGR device. This is a spark ignition gasoline engine.
前記運転状態制御装置は、前記着火アシスト領域の前記適正範囲内に入るように、前記コールドEGR装置と先行気筒の空燃比の少なくとも一方を制御することを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to any one of claims 2 to 9,
The spark-ignition gasoline engine characterized in that the operating state control device controls at least one of the air-fuel ratio of the cold EGR device and the preceding cylinder so as to fall within the appropriate range of the ignition assist region.
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