JP2006274951A - Four cycle spark ignition engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は4サイクル火花点火式エンジンに関し、特に、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)を行わせる運転モードと火花点火を行わせる運転モードとを有する4サイクル火花点火式エンジンに関するものである。 The present invention relates to a four-cycle spark-ignition engine, and more particularly, to an operation mode and spark ignition for performing premixed compression auto-ignition combustion (HCCI), which is referred to as “compression auto-ignition” in this specification. The present invention relates to a four-cycle spark ignition engine having an operation mode to be performed.
一般に、内部EGRガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるに当たり、広い運転領域で必要なEGR率を確保する技術が知られている(例えば特許文献1)。この先行技術に係る構成では、吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部EGRを実現するようにしている。
上記のように吸気行程の中で排気バルブを開いて内部EGRを得る手法は、燃費改善のための圧縮自己着火に利用することができる。すなわち、火花点火式エンジン(ガソリンエンジン)においても、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温、高圧にすることで混合気を自己着火させることができ、この圧縮自己着火によると、燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて燃費が大幅に改善され、かつ、NOxの発生が抑制され、エミッションの改善にも有利となる。そして、上記のように吸気行程の中で排気バルブを開くようにすると多量の内部EGRを得ることができ、これにより筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせることができる。 The technique for obtaining the internal EGR by opening the exhaust valve in the intake stroke as described above can be used for compression self-ignition for improving fuel efficiency. That is, even in a spark ignition engine (gasoline engine), the air-fuel mixture can be self-ignited by setting the combustion chamber at a high temperature and high pressure at the end of the compression stroke, as in the case of a diesel engine. Since the entire chamber burns at once, the combustion efficiency is increased, the fuel consumption is greatly improved, the generation of NOx is suppressed, and the emission is advantageously improved. When the exhaust valve is opened during the intake stroke as described above, a large amount of internal EGR can be obtained, and thereby the in-cylinder temperature can be increased and compression self-ignition can be performed.
ただし、このような手法による場合、高負荷域では多量の内部EGRを行うとトルクが高められなくなるとともに、ノッキングが生じやすくなることから、所定の部分負荷域で圧縮自己着火運転を行い、高負荷域では内部EGRを停止して、火花点火による燃焼を行わせるようにする必要がある。 However, with such a method, if a large amount of internal EGR is performed in a high load region, torque cannot be increased and knocking is likely to occur. Therefore, compression self-ignition operation is performed in a predetermined partial load region, and high load In the region, it is necessary to stop the internal EGR so as to cause combustion by spark ignition.
このようにする場合に、圧縮自己着火運転を行う領域から火花点火を行う領域への移行時に、内部EGRの導入停止に伴って新気量が急増すること等により、エンジンのトルクが一時的に増大し、トルクショックを生じ易いという問題がある。 In such a case, the engine torque temporarily increases due to a sudden increase in the amount of fresh air accompanying the stoppage of the introduction of the internal EGR at the time of transition from the region where compression self-ignition operation is performed to the region where spark ignition is performed. There is a problem that the torque increases and a torque shock is likely to occur.
本発明は上記の事情に鑑み、圧縮自己着火運転を行う領域から火花点火を行う領域への移行時に、一時的なトルクの増大によるトルクショックを抑制することができる4サイクル火花点火式エンジンを提供することを課題としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides a four-cycle spark ignition engine capable of suppressing a torque shock due to a temporary torque increase at the time of transition from a region where compression self-ignition operation is performed to a region where spark ignition is performed. The challenge is to do.
上記課題を解決するため、本発明は、エンジンの所定運転領域において、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作により、内部EGRで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした4サイクル火花点火式エンジンにおいて、上記排気弁の再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段と、エンジンの部分負荷域では吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁するとともに、排気弁の再開弁動作を行わせることにより圧縮自己着火を行わせ、一方、エンジンの高負荷域では、吸気弁の閉弁時期を下死点以後の所定時期とし、かつ排気弁の再開弁動作を停止させた状態で火花点火を行わせるように制御する燃焼制御手段と、上記圧縮自己着火を行わせる運転領域から上記火花点火を行わせる運転領域への移行時に、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を小さくするように制御するスロットル弁制御手段と、上記移行の直後の所定期間だけエンジンの燃焼トルクを減少させるトルク低減手段とを備えたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an internal EGR with an in-cylinder temperature in a predetermined operating region of an engine by a restart valve operation that opens the exhaust valve again in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke. In a four-cycle spark ignition type engine that is enhanced to perform compression self-ignition, the exhaust valve driving means that enables switching between execution and stop of the restart operation of the exhaust valve, and the opening / closing timing of the intake valve are made variable. Compressed self-ignition by opening the intake valve near the intake top dead center and closing it before the bottom dead center in the partial load range of the intake valve driving means and the engine, and by restarting the exhaust valve On the other hand, in the high load range of the engine, control is performed so that spark ignition is performed in a state where the closing timing of the intake valve is set to a predetermined timing after bottom dead center and the restart valve operation of the exhaust valve is stopped Combustion control hand And a throttle valve control means for controlling the opening of the throttle valve provided in the intake passage to be small at the time of transition from the operation region where the compression self-ignition is performed to the operation region where the spark ignition is performed, And a torque reduction means for reducing the combustion torque of the engine for a predetermined period immediately after the transition.
この構成によると、エンジンの運転状態が上記部分負荷域にあるときは、排気弁の再開弁動作により多量の内部EGRが導入され、これによって圧縮自己着火が行われる。そして、この状態から運転状態が高負荷域へ移行すると、排気弁の再開弁動作が停止され、火花点火運転に切換えられる。この際、内部EGRの導入停止等による新気量の増加を抑制すべく、スロットル弁の開度が小さくされるが、これだけでは、実際にスロットル弁下流の圧力が低下するまでには遅れがあり、その間に一時的に新気量が増加し、エンジンの燃焼トルクが増大する。これに対し、上記トルク低減手段が働くことにより、上記移行の直後の一時的な燃焼トルクの増大が抑制されることとなる。 According to this configuration, when the operating state of the engine is in the partial load region, a large amount of internal EGR is introduced by the resuming valve operation of the exhaust valve, and thereby compression self-ignition is performed. When the operating state shifts from this state to the high load range, the restart valve operation of the exhaust valve is stopped and switched to the spark ignition operation. At this time, the throttle valve opening is reduced in order to suppress an increase in the amount of fresh air due to the introduction stop of the internal EGR, etc., but this alone causes a delay until the pressure downstream of the throttle valve actually decreases. In the meantime, the amount of fresh air temporarily increases and the combustion torque of the engine increases. On the other hand, when the torque reduction means works, a temporary increase in combustion torque immediately after the transition is suppressed.
この発明において、上記移行の直後の所定期間は、例えば、スロットル弁の下流の吸気管圧力が火花点火を行わせる運転域での適正吸気管圧力に低下するまでの期間である。これにより、一時的な燃焼トルク増大の傾向が生じる期間だけ、これを抑制するようにトルク低減手段が働く。 In the present invention, the predetermined period immediately after the transition is, for example, a period until the intake pipe pressure downstream of the throttle valve is reduced to an appropriate intake pipe pressure in the operating range in which spark ignition is performed. Thereby, the torque reduction means works so as to suppress this only during a period in which a tendency to temporarily increase the combustion torque occurs.
上記トルク低減手段は、上記移行の直後において排気弁の再開弁動作を行わせる状態から再開弁動作を停止する状態へ切換わってから上記所定期間が経過するまで、吸気弁の閉弁時期を、火花点火を行わせる運転域において設定される上記所定時期よりも進角させるものであることが好ましい。このようにすると、上記所定期間は、火花点火を行わせる運転域での通常の設定と比べ、吸気弁の閉弁時期が進角されることで吸気弁の開弁期間が短くなるため、筒内への空気流入量が減少し、トルクが低減される。 The torque reduction means is configured to change the intake valve closing timing until the predetermined period elapses after switching from a state in which the restart valve operation of the exhaust valve is performed immediately after the transition to a state in which the restart valve operation is stopped. It is preferable that the angle is advanced with respect to the predetermined time set in the operating range in which spark ignition is performed. In this case, the predetermined period is shorter than the normal setting in the operating range in which spark ignition is performed, because the opening period of the intake valve is shortened by advancing the closing timing of the intake valve. The amount of air flowing into the inside is reduced, and the torque is reduced.
さらに上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を、スロットル弁の下流の吸気管圧力に応じて調整することが好ましい。このようにすると、一時的な燃焼トルク増大の傾向に見合う程度に、適度にトルクが低減される。 Further, it is preferable that the torque reducing means adjusts the closing timing of the intake valve according to the intake pipe pressure downstream of the throttle valve during a predetermined period immediately after the transition. In this way, the torque is moderately reduced to the extent that it is commensurate with a temporary increase in combustion torque.
また、上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を、火花点火を行わせる運転域において設定される上記所定時期よりもさらに遅くて、筒内空気の吸気ポートへの吹き返しが生じるような時期とするものであってもよい。このようにしても、筒内空気の吸気ポートへの吹き返しにより空気充填量が減少し、トルクが低減される。 Further, the torque reducing means is configured to take in the in-cylinder air at a later time than the predetermined timing set in the operating range in which spark ignition is performed during a predetermined period immediately after the transition. It may be a time when blowback to the port occurs. Even in this case, the amount of air filling is reduced by blowing back the in-cylinder air to the intake port, and the torque is reduced.
このようにする場合に、上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を上記所定時期よりもさらに遅くすることに加え、点火時期のリタードを行うようになっていてもよい。このようにすると、吸気弁の閉弁時期を遅くすることと点火時期のリタードとの両方の作用でトルクが低減され、かつ、筒内ガスが吹き返されて吸気ポートで冷却されることにより、点火時期リタードによる筒内温度の上昇が抑制され、その後の高負荷運転時のノッキング発生を抑制することができる。 In this case, the torque reducing means retards the ignition timing in addition to delaying the intake valve closing timing further than the predetermined timing in a predetermined period immediately after the transition. It may be. By doing so, the torque is reduced by both the delay of the closing timing of the intake valve and the retard of the ignition timing, and the in-cylinder gas is blown back and cooled at the intake port, thereby igniting. An increase in the in-cylinder temperature due to the timing retard is suppressed, and the occurrence of knocking during the subsequent high load operation can be suppressed.
また、本発明において、筒内の温度状態が所定温度以下の低温状態を判別する手段を備え、上記トルク低減手段は、上記低温状態のとき、上記移行の直後の所定期間に、点火時期をリタードさせるようにしてもよい。このようにすると、筒内の温度状態が低温状態のとき、点火時期のリタードによってトルクが低減され、かつ、低温状態であるため点火時期リタードによって筒内温度が多少上昇してもノッキング発生等の問題は生じない。 Further, in the present invention, there is provided means for discriminating a low temperature state in which the temperature state in the cylinder is equal to or lower than a predetermined temperature, and the torque reducing means retards the ignition timing in a predetermined period immediately after the transition in the low temperature state. You may make it make it. In this way, when the temperature in the cylinder is low, the torque is reduced by the ignition timing retard, and since the temperature is low, knocking may occur even if the cylinder temperature rises somewhat due to the ignition timing retard. There is no problem.
以上のように、本発明の4サイクル火花点火式エンジンによると、排気弁の再開弁動作により内部EGRが導入されて圧縮自己着火が行われている運転領域から、火花点火が行われる運転領域へ移行したとき、スロットル弁の開度を小さくするとともに、移行直後の所定期間だけエンジンの燃焼トルクを減少させるようにしているため、上記移行直後の一時的な燃焼トルクの増大を抑制し、トルクショックを防止することができる。 As described above, according to the four-cycle spark ignition engine of the present invention, from the operation region where the internal EGR is introduced by the resuming valve operation of the exhaust valve and the compression self-ignition is performed, to the operation region where the spark ignition is performed. When the transition is made, the opening of the throttle valve is reduced and the combustion torque of the engine is reduced only for a predetermined period immediately after the transition. Can be prevented.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の一形態に係る4サイクル火花点火式エンジン10の概略構成を示す構成図であり、図2は図1に係るエンジン本体20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示す断面略図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a four-cycle spark
これらの図において、図示の4サイクル火花点火式エンジン10のエンジン本体20は、クランクシャフト21を回転自在に支持するシリンダブロック22と、シリンダブロック22の上部に配置されたシリンダヘッド23とを一体的に有している。
In these drawings, the
シリンダブロック22およびシリンダヘッド23には、複数の気筒24が設けられている。各気筒24には、クランクシャフト21に連結されたピストン25と、ピストン25が気筒24内に形成する燃焼室26とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック22には、クランクシャフト21の回転角(クランク角)を検出するクランク角センサ27が設けられている。
The
各燃焼室26の側部には、当該燃焼室26に直接燃料を噴射する燃料噴射弁28が設けられている。また、各燃焼室26の頂部には、点火プラグ29が装備され、そのプラグ先端が燃焼室26内に臨んでいる。点火プラグ29には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路29aが接続されている。
A
エンジン本体20は、当該気筒24内に対して新気を供給する吸気システム30と、気筒24の燃焼室26で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム50とを有している。
The
吸気システム30は、新気を気筒24内に供給するための吸気管31と、この吸気管31の下流側に連通するインテークマニホールド32を備え、このインテークマニホールド32はサージタンクから分岐してそれぞれ対応する気筒24に接続される分岐吸気管33を備えている。図示の実施形態において、各気筒24には、2つ一組の吸気ポート24aが形成されており(図1参照)、前記分岐吸気管33の下流端は、各気筒24の吸気ポート24aに対応して二股に形成されている。
The
吸気システム30の吸気管31には、エアフローセンサ34が設けられている。さらに吸気管31には、吸気流量を調節するスロットル弁35が設けられている。このスロットル弁35は、アクチュエータ36によって開閉駆動されるように構成されている。また、スロットル弁35の下流の吸気管31には、吸気管圧力を検出する圧力センサ37が設けられている。
An
各気筒24に設けられた各吸気ポート24aには吸気弁40が設けられ、図示の実施形態では吸気ポートに対応して各気筒毎に2つずつの吸気弁40が設けられている。各吸気弁40は、動弁機構41によって駆動される構成になっている。この動弁機構41は、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段を有し、当実施形態では、吸気弁駆動手段として、吸気弁40の開弁タイミング(位相角度)を変更可能なVCT(Variable Camshaft Timing機構)42と、吸気弁40のリフト量(開弁量)を無段階で変更可能なVVE(Variable Valve Event)43とを備えている。
Each
図3は、図1の実施形態に係る動弁機構41の具体的な構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration of the
同図に示すように、動弁機構41は、各気筒24が並ぶ方向(図1参照)に沿って延びるカムシャフト41aを備えており、このカムシャフト41aに対してVCT42とVVE43とが組み込まれている。
As shown in the figure, the
VCT42は、カムシャフト41aの端部に固定されるロータ(入力部材)42aと、ロータ42aの外周に同心に配置されたケーシング(出力部材)42bと、このケーシング42bに固定され、前記カムシャフト41aの外周に相対的に回動自在に配置されたスプロケット42cとを有している。スプロケット42cには、クランクシャフト21(図2参照)から駆動力を伝達するチェーン42dが巻回されている。また、ロータ42aとケーシング42bとの間には、図略の作動油室が形成されており、電磁弁42eの油圧制御によって、ロータ42aとケーシング42bは、一体的な回転動作または相対的な回転動作に切換えられるようになっている。これにより、VCT42は、クランクシャフト21に対するカムシャフト41aの位相をずらすことで吸気弁40の開弁開始時期および閉弁時期を同時に変更することが可能な作動時期可変機構を構成している。後述するように、電磁弁42eは、ECU100によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、ロータ42aとケーシング42bとが連結と非連結とに切換わるようになっている。
The
次に、VVE43は、吸気弁40に対応して各気筒毎に一対ずつの吸気カム43a、43bを備えている。これらの吸気カム43a,43bは、その間に設けられたスリーブ状の連結部43cによって互いに連結され、カムシャフト41aに対しては相対回転自在に取り付けられている。
Next, the
図4は、図3のVVEの要部を示す断面図であり、(A)は大リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(B)は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、(C)は小リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(D)は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。 4A and 4B are cross-sectional views showing the main part of the VVE in FIG. 3, where FIG. 4A shows the lift amount being 0 in the large lift control state, and FIG. 4B is the maximum lift amount in the large lift control state. (C) shows the time when the lift amount is 0 in the small lift control state, and (D) shows the time when the lift amount is maximum in the small lift control state.
図3並びに図4(A)〜(D)に示すように、カムシャフト41aに対して相対回転自在に取り付けられた吸気カム43a,43bを揺動させるために、カムシャフト41aには、気筒24毎に設けられた偏心カム43dが固定されている。この偏心カム43dは、図4(A)〜(D)から明らかなように、カムシャフト41aに対して偏心している。偏心カム43dの外周には、オフセットリンク43eが回動自在に取り付けられている。オフセットリンク43eの外周部には、径方向に突出する突部43fが一体に設けられている。この突部43fには、カムシャフト41aと平行な連結ピン43gが貫通しており、この連結ピン43gによって、オフセットリンク43eの両側面には、それぞれリンクアーム43h、43iの一端部が回動自在に取り付けられている。一方のリンクアーム43hは、オフセットリンク43eと前記吸気カム43bとを連結するものであり、その他端部が、カムシャフト41aと平行なピン43jによって吸気カム43bの膨出部近傍部分に回動自在に連結されている。また、他方のリンクアーム43iは、オフセットリンク43eの位相を変更するコントロールシャフト43kにオフセットリンク43eを連結するためのものであり、このコントロールシャフト43kに固定されたコントロールアーム43mの端部に対し、リングアーム43iの他端部がカムシャフト41aと平行なピン43nで回動自在に連結されている。
As shown in FIG. 3 and FIGS. 4A to 4D, in order to swing
図3に示すように、コントロールシャフト43kの途中部には、扇形のウォームホイール43pが固定されており、このウォームホイール43pに噛合するウォームギヤ43qが、ステッピングモータ43rによって回転駆動されるようになっている。後述するように、ステッピングモータ43rは、ECU100によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、コントロールアーム43mの位相が決定され、それによってオフセットリンク43eの位相が決定されるので、タペット61を駆動する吸気カム43bの回動軌跡が当該吸気弁40の軸方向において変化し、バルブリフト量が無段階で変更されるようになっている。
As shown in FIG. 3, a fan-shaped
図4(B)に示すように、タペット61は、吸気弁40のバルブステム40aの端部に固定されている。他方、吸気弁40のバルブステム40aは、周知のバルブガイド40bにガイドされている。このバルブガイド40bの外周には、スプリングシート部40cが一体に形成されており、このスプリングシート部40cには、当該タペット61の内奥部に形成されたスプリングシート部61aとの間に縮設されるバルブスプリング40dが着座している。
As shown in FIG. 4B, the
前記吸気カム43bは、このタペット61に接合し、バルブスプリング40dの付勢力を受けている。
The
この状態において、ステッピングモータ43rによりコントロールシャフト43kおよびコントロールアーム43mを回動させて、図4(A)(B)に示すようにピン43nをコントロールシャフト43kの下方に位置付けると、吸気カム43bの揺動角が大きくなり、リフトピークにおけるバルブのリフト量が最も大きな大リフト制御状態になる。また、そこからコントロールアーム43mなどの回動によってピン43nを上方へ移動させると、これに応じて吸気カム43bの揺動角は小さくなり、図4(C)(D)に示すようにピン43nをカムシャフト41aの上方に位置付けると、バルブのリフト量が最も小さな小リフト制御状態になる。
In this state, when the
図4(A)(B)に示す大リフト制御状態において、吸気カム43bは、同図(B)に示すようにカムノーズの先端側でタペット61を押圧し、該タペット61を介して吸気弁40を大きくリフトさせたリフトピークの状態(吸気カム43bがタペット61を介して吸気弁40を大きくリフトさせた状態)と、同図(A)に示すように吸気弁40(吸気弁40)のリフト量が0になる状態との間で揺動する。小リフト制御状態である図4(C)(D)の場合も同様にリフトピークの状態(カムノーズの基端側でタペット61を押圧)とリフト量0の状態との間で揺動する(同図(D)および(C)参照)。
In the large lift control state shown in FIGS. 4A and 4B, the
図5は、図4(B)(D)の制御状態を模式的に表わすものであり、(A)は大リフト制御位置、(B)は小リフト制御位置に対応している。なお図5(A)(B)では、コントロールアーム43mおよびリンクアーム43h,43iについては簡略に直線で表しており、また、偏心カム43dの中心(オフセットリンク43eの外輪の中心)の回転軌跡を符号T0として示している。
FIG. 5 schematically shows the control states of FIGS. 4B and 4D, where FIG. 5A corresponds to the large lift control position, and FIG. 5B corresponds to the small lift control position. 5A and 5B, the
まず、図5(A)を参照して吸気カム43b自体のプロファイルを説明すると、この吸気カム43bの周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面(ベースサークル区間)θ1と、該θ1に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面(リフト区間)θ2とが形成されている。
First, the profile of the
図5(A)に実線で示すのは吸気弁40がリフトピーク近傍にある図4(B)の状態であり、このときには、リンクアーム43hによってピン43jが最も上方に引き上げられ、吸気カム43bは、カム面θ2のカムノーズ先端側がタペット61に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはバルブリフト量Hが0の状態(図4(A))であり、このときには吸気カム43bの基円面θ1がタペット61に接していて、吸気弁40が閉じた状態になっている。
The solid line in FIG. 5A shows the state of FIG. 4B where the
そして、カムシャフト41a(偏心カム43d)が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク43eの一端側(図の下端側)は、図に矢印で示すようにカムシャフト41aの軸心X周りを公転することになるが、このオフセットリンク43eの他端部の変位はそこに連結されたリンクアーム43iによって規制される。すなわち、リンクアーム43iは、コントロールシャフト43kの下方に位置付けられたピン43nを中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク43eの他端側(連結ピン43g)は、偏心カム43dが1回転する度に、ピン43nを中心として往復円弧運動をすることになる(この連結ピン43gの運動軌跡をT1として示す)。
When the
前記連結ピン43gの往復円弧運動T1に伴い、この同じ連結ピン43gによって一端部がオフセットリンク43eに連結されているリンクアーム43hの他端部(ピン43j)は、図にT2として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン43jによってリンクアーム43hに連結されている吸気カム43bが図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン43gが上方に移動するときには、リンクアーム43hによってピン43jが上方に引き上げられて、吸気カム43bのカムノーズがタペット61を押し下げ、これによりバルブスプリング40d(図4(B)参照)を圧縮しながら、吸気弁40をリフトさせる。
With the reciprocating arc motion T1 of the connecting pin 43g, the other end portion (pin 43j) of the
一方、連結ピン43gが下方に移動するときには、リンクアーム43hによってピン43jが下方に押し下げられて、吸気カム43bのカムノーズが上昇することになるので、前記の圧縮されたバルブスプリング40dの反力によってタペット61が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、吸気弁40が引き上げられて、吸気通路24aの吸気ポートが閉じられる。
On the other hand, when the connecting pin 43g moves downward, the pin 43j is pushed downward by the
つまり、大リフト制御状態では、吸気カム43bがその周面の基円面θ1およびカム面θ2の略全体によってタペット61を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応してバルブのリフト量が大きくなるものである。
That is, in the large lift control state, the
また、前記の大リフト制御状態から、コントロールアーム43mをコントロールシャフト43kの軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させて、図4(D)や図5(B)に示すように、リンクアーム43iの回動軸であるピン43nを大リフト制御状態よりもカムシャフト41aの回転方向の手前側に位置付けると、小リフト制御状態になる。この図5(B)においても図5(A)と同様に吸気弁40がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、リフト量Hが0の状態を仮想線で示している。
Further, from the above-mentioned large lift control state, the
図5(B)において、カムシャフト41a(偏心カム43d)が回転すると、前記大リフト制御状態と同様にオフセットリンク43eの連結ピン43gはリンクアーム43iによって変位が規制され、コントロールシャフト43kの側方に位置するピン43nを中心として、往復円弧運動T3をする(リンクアーム43iは図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する)。そして、その連結ピン43gの往復円弧運動T3に伴ってリンクアーム43hのピン43jが往復円弧運動T4をし、そのピン43jによってリンクアーム43hに連結されている吸気カム43bが、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁40を開閉するようになる。
In FIG. 5B, when the
つまり、小リフト制御状態では、前記大リフト制御状態と比べて吸気カム43bの揺動角が小さくなり、この吸気カム43bが、その周面の基円面θ1およびこれに連続するカム面θ2の一部分のみによってタペット61を押圧するようになって、バルブのリフト量が小さくなるものである。
That is, in the small lift control state, the swing angle of the
なお、当実施形態では、図2に示すように、4気筒のエンジンに対してVVE43を2組設け、各VVE43が2気筒ずつ個別に、排気弁のリフト量の調節を行い得るようになっている。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, two sets of VVE 43 are provided for a four-cylinder engine, and each VVE 43 can individually adjust the lift amount of the exhaust valve by two cylinders. Yes.
上述したVCT42、VVE43により、吸気弁40は、その開閉タイミング並びにバルブリフト量Hを変更可能に構成されている。
By the
次に、排気システム50は、図1、図2に示すように、各気筒24に2つ一組で形成された排気ポート24bに接続された二股状の分岐排気管51を下流排出側で集合させたエキゾーストマニホールド52と、このエキゾーストマニホールド52の下流側集合部に接続されて、エキゾーストマニホールド52から既燃ガスを排出する排気管53とを有している。
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the
上記各排気ポート24bには排気弁60が設けられている。この排気弁60も、一つの気筒24に対し、2つ一組で装備されている。各排気弁60は、動弁機構62によって駆動されるようになっている。この動弁機構62は、排気弁60を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作を可能にするように構成されるとともに、この再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段として、ロストモーション機能を有する弁動作切換機構70を備えている。
Each
すなわち、上記動弁機構62は、伝動機構64と、伝動機構64を介しクランクシャフト21の駆動力で駆動されるカムシャフト62aとを備え、一方の排気弁60に対し、異なる位相で排気弁60を駆動する二組の排気カム62b、62cがカムシャフト62aに設けられるとともに、これらの排気カム62b、62cと一方の排気弁60との間に弁動作切換機構70が設けられている。そして、この弁動作切換機構70により、排気カム62b、62cの両方の駆動を排気弁60に伝える状態と一方の排気カム62bの駆動のみを排気弁60に伝える状態とに切換可能となっている。二組の排気カム62b、62cのうちの一方は、排気行程において気筒24内の既燃ガスを排出するために排気弁60を開く第1排気カム62bであり、他方は、後述する吸気行程で排気弁60を再度開いて、筒内に排気ガスを還流させる第2排気カム62cである。当実施形態では、第1排気カム62bは2つ一組の対をなしており、第2排気カム62cはカムシャフト62aの軸方向において第1排気カム62b、62b間に配置されている(図7参照)。なお、他方の排気弁60は、カムシャフト62aに設けられた1つの排気カムで直動式のタペットを介して駆動され、常に排気行程でのみ開かれるようになっている。
That is, the valve mechanism 62 includes a
上記弁動作切換機構70の具体的構造を、図6〜図8によって説明する。
A specific structure of the valve
図6は弁動作切換機構70の分解斜視図、図7は弁動作切換機構70の正面断面図、図9は弁動作切換機構70の平面断面図である。
6 is an exploded perspective view of the valve
これらの図を参照して、弁動作切換機構70は、第2排気カム62cが排気弁60のステム60aを押し下げる機能をON/OFFするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。
Referring to these drawings, the valve
すなわち、この弁動作切換機構70は、矩形のハウジング71と、ハウジング71内に昇降可能に収容され、前記排気弁60のステム60aの端部に固定されるサイドタペット72と、サイドタペット72に対し、当該サイドタペット72と相対変位可能に組み付けられ、センタタペット73とを有している。そして、上記サイドタペット72に第1排気カム62bが当接し、センタタペット73に第2排気カム62cが当接している。
That is, the valve
サイドタペット72は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト62aと直交する直径方向に収容凹部72aを形成している。収容凹部72aの両側の壁部72bには、前記カムシャフト62aと平行な挿通孔72cが形成されている。各挿通孔72cには、有底のスリーブ状ホルダ75a、75bが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。一方のスリーブ状ホルダ75aの外側には軸受76が固定され、その軸受76に保持された転動体76aが、ハウジング71の内壁に形成された縦溝71aに転がり接触している。これにより、サイドタペット72は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向(排気弁60を開閉する方向)沿いに移動可能になっている。サイドタペット72の下部には、バルブスプリング60dを受けるスプリングシート72dが固定されている。
The
他方、センタタペット73は、平面でみて前記サイドタペット72の収容凹部72aの輪郭に沿う「I」字形の構造体であり、前記収容凹部72aと、ハウジング71に設けられた係止部に規定されたストロークSにおいて、サイドタペット72に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記排気カム62cに臨んでいる。
On the other hand, the
センタタペット73は、サイドタペット72の収容凹部72aの底部に配置された一対のコイルばね77によって、常時、排気カム62cの方へ付勢されている。このコイルばね77は、バルブスプリング60dよりも付勢力が充分小さくなるよう、ばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット72の壁部72bの上面と、センタタペット73の上面とは、図7に示すように面一になっている。センタタペット73には、上記自由状態において前記挿通孔72cと同心に連通するピン孔73aが穿設されている。このピン孔73aには、ピンユニット78が収容されている。
The
ピンユニット78は、一方のスリーブ状ホルダ75aの内に出没可能に設けられたロックプランジャ78aと、このロックプランジャ78aとスリーブ状ホルダ75aの間に介装されるコイルばね78bと、ロックプランジャ78aのコイルばね78bと反対側に同心に配置されたロックピン78cと、ロックピン78cを前記ロックプランジャ78a側に駆動するために他方のスリーブ状ホルダ75b内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ78dと、ロックピン78cを支持するためにピン孔73aの両開口端に固定される一対のブッシュ78e、78fと、ロックピン78cの略中央部に一体形成されたフランジ78gと軸受76の配置されている側のブッシュ78eとの間に介装されて、フランジ78gを介し、ロックピン78cをロック解除プランジャ78d側へ付勢するコイルばね78hとを有している。自由状態において、ロックプランジャ78aおよびロックピン78cは、それぞれ壁部72bと、センタタペット73との間に介在し、センタタペット73をサイドタペット72にロックした状態になる。この状態では、サイドタペット72が第1排気カム62bに駆動されたときに排気弁60を開作動するとともに、センタタペット73が第2排気カム62cに駆動されたときもサイドタペット72を介して排気弁60を開作動することになる。
The
また、軸受76が設けられた側とは反対側において、壁部72bとこれに固定されたスリーブ状ホルダ75bとには、作動油路PHが形成されている。そして、後述するECU100の制御によって、この作動油路PHに作動油回路79から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ78dが、図7、図8の左側に駆動されて、ロックピン78cを壁部72bからセンタタペット73へ押込み、これと同時にロックプランジャ78aも対応する壁部72b内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット73が第2排気カム62cに駆動されると、センタタペット73は、サイドタペット72の収容凹部72a内で昇降し、その力は、コイルばね77に吸収されて排気弁60には伝達されなくなる。これにより、サイドタペット72が第1排気カム62bに駆動されたときにのみ排気弁60が開作動して、第2カム62cによる排気弁60の開作動(吸気行程での排気弁の再開弁動作)を停止させることが可能になる。作動油回路79には、電磁弁79aが設けられており、この電磁弁79aは、制御装置としてのECU100によって制御されるようになっている。
Further, on the side opposite to the side on which the
なお、当実施形態では、図2に示すように、作動油路79及び電磁弁79aを2組設けることにより、2気筒ずつ個別に弁動作切換機構70を作動させることができるようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, by providing two sets of
また、4サイクル火花点火式エンジン10には、ECU100が設けられている。
The four-cycle
図1に示すように、ECU100は、CPU101、メモリ102、インターフェース103並びにこれらのユニット101〜103を接続するバス104を有している。
As shown in FIG. 1, the
ECU100のメモリ102には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、CPU101がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図2に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷等の運転状態を判定する運転状態判定手段110と、判定された運転状態に応じてエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段120と、判定された運転状態に応じてスロットル弁35を制御するスロットル弁制御手段130と、圧縮自己着火を行わせる運転領域から火花点火を行わせる運転域への移行時にエンジンの燃焼トルクを減少させる制御を行うトルク低減手段140とを機能的に有している。
The
上記燃焼制御手段120は、吸気システム30の動弁機構41に設けられたVCT42の電磁弁42eを制御するVCT制御手段121と、吸気システム30に設けられたVVE43のステッピングモータ43rを制御するVVE制御手段122と、電磁弁79a、を駆動制御することにより、排気弁60に対して設けられた弁動作切換機構70を切換制御する排気弁制御手段123と、点火プラグ29による点火を制御する点火制御手段124とを含んでいる。
The combustion control means 120 includes a VCT control means 121 that controls the
ECU100には、入力要素として、クランク角センサ27、エアフローセンサ34、圧力センサ37、アクセル開度センサ66等の各種検出手段が接続されている。他方、制御要素として、スロットル弁35のアクチュエータ36、動弁機構41のVCT42に設けられた電磁弁42e、各弁動作切換機構70を駆動する作動油回路79の電磁弁79a、吸気システム30に設けたVVE43のステッピングモータ43r、点火プラグ29による点火をコントロールする点火回路29a、燃料噴射弁28等が接続されている。
Various detection means such as a
次に、ECU100に記憶されている制御特性について、図11〜図15を参照しながら説明する。
Next, the control characteristics stored in the
図9は、上記ECU100の燃焼制御手段120による運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of operation region setting for performing control according to the operation state by the combustion control means 120 of the
同図に示すように、ECU100に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火運転(図中にHCCIと表記)を行う領域Aと、火花点火運転(図中にSIと表記)を行う領域Bとが設定されている。圧縮自己着火運転の領域Aは、エンジン回転数neが比較的低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の領域となっている。また、火花点火運転の領域Bは、圧縮自己着火運転の領域A以外の領域、つまり高回転側および高負荷側の領域である。
As shown in the figure, as an operation region set in the
ECU100の運転状態判定手段110は、クランク角センサ27やアクセル開度センサ66等から、エンジンの運転状態を検出し、運転状態が上記領域A,Bの何れにあるかを判定する。
The operating state determining means 110 of the
図10(A)〜(C)は、運転状態に応じた吸気弁40および排気弁60の開弁動作の特性を示す図である。この運転状態に応じた開弁動作の特性を説明する。
FIGS. 10A to 10C are diagrams illustrating the characteristics of the opening operation of the
領域Aでは、図10(A)に示すように排気弁60の開弁動作EX1、吸気弁40の開弁動作INaおよび排気弁60の再開弁動作EX2が設定される。つまり、排気弁60が排気行程で開かれ(EX1)、次いで、吸気上死点付近で排気弁60が閉じられるとともに吸気弁40が開かれ(INa)、さらに吸気行程の途中で排気弁60が再開弁動作を行い(EX2)、かつ、吸気弁40が下死点より前で閉弁するように設定される。そして、このような設定に従って吸気弁40および排気弁60が開閉作動するように、VCT制御手段121、VVE制御手段122および排気弁制御手段123による制御が行われる。
In the region A, as shown in FIG. 10A, the valve opening operation EX1 of the
なお、領域A内で運転状態が変ると、それに応じ、吸気弁40の閉弁時期が、下死点より前の期間で変化するように調整される。すなわち、VCT制御手段121およびVVE制御手段122が閉弁時期調整手段として機能し、領域A内でエンジン負荷が高くなるに伴い、吸気弁40の閉弁時期が下死点に近づいて吸気弁開弁期間が長くなり、かつ、吸気弁リフト量も大きくなるように調整される。
Note that when the operating state changes in the region A, the valve closing timing of the
一方、領域Bでは、図10(B)に示すように、排気弁60は排気行程における開弁動作EX1のみを行って、吸気行程での再開弁動作EX2を停止し、吸気弁40は、領域Aでの開弁特性と比べて吸気弁閉時期が遅角(好ましくは下死点後まで遅角)され、開弁期間および開弁リフト量が大きくなるように開弁特性(INb)が設定される。そして、このような設定に従って吸気弁40および排気弁60が開閉作動するように、VCT制御手段121、VVE制御手段122および排気弁制御手段123による制御が行われるとともに、点火制御手段124による制御で火花点火が行われる。
On the other hand, in the region B, as shown in FIG. 10B, the
また、領域Aから領域Bへ移行したときには、排気弁60の再開弁動作EX2が停止され、かつ、火花点火が行われるが、再開弁動作EX2による内部EGRの導入がなくなることに伴う新気量増加傾向を是正するため、スロットル弁制御手段120によりスロットル弁35の開度が小さくなるように制御されるとともに、トルク低減手段140により、移行直後の所定期間だけエンジンの燃焼トルクを減少させる制御が行われる。このトルク低減手段140による移行直後の制御として、当実施形態では、図10(C)に示すように、吸気弁40の開弁特性(INc,INc´)が領域Bでの通常の開弁特性(INb)に対して吸気量を減少させるように補正される。具体的には、通常の開弁特性(INb)と比べて吸気弁閉時期が進角されることで吸気弁開弁期間が短くされるとともにリフト量も小さくされ、領域Aでの開弁特性(INa)に近い特性としている。
In addition, when the region A is shifted to the region B, the restart valve operation EX2 of the
なお、この移行直後における吸気弁40の開弁特性(INc,INc´)は、後に詳述するように吸気管圧力に応じて調整される。
Note that the valve opening characteristics (INc, INc ′) of the
図11は、4気筒4サイクルエンジンの各気筒の行程と、圧縮自己着火運転から火花点火運転への移行時の着火状態の変化とを示している。なお、この図において、Fは燃料噴射、CIは自己着火、SIは火花点火をそれぞれ示している。 FIG. 11 shows the stroke of each cylinder of the four-cylinder four-cycle engine and the change in the ignition state during the transition from the compression self-ignition operation to the spark ignition operation. In this figure, F indicates fuel injection, CI indicates self-ignition, and SI indicates spark ignition.
この図のように、各気筒では1サイクル(エンジン2回転)の間に吸入、圧縮、膨張、排気の4行程が順次行われる。そして、4気筒4サイクルエンジンでは一般に、気筒列方向一端側から順に第1〜第4気筒(#1〜#4)とすると、第2気筒(#2)、第1気筒(#1)、第3気筒(#3)、第4気筒(#4)の順にクランク角で180°ずつの位相差をもって上記各行程が行われる。 As shown in this figure, in each cylinder, four strokes of suction, compression, expansion, and exhaust are sequentially performed during one cycle (two engine revolutions). In general, in a four-cylinder four-cycle engine, if the first to fourth cylinders (# 1 to # 4) are sequentially arranged from one end side in the cylinder row direction, the second cylinder (# 2), the first cylinder (# 1), the first cylinder Each of the above strokes is performed with a phase difference of 180 ° in crank angle in the order of the third cylinder (# 3) and the fourth cylinder (# 4).
また、当実施形態では第1、第2気筒(#1,#2)を第1グループ、第3、第4気筒(#3,#4)を第2グループとして、各グループ毎に2気筒ずつ、吸気弁40および排気弁60の開弁特性が制御される。
In this embodiment, the first and second cylinders (# 1, # 2) are the first group, and the third and fourth cylinders (# 3, # 4) are the second group, and two cylinders for each group. The valve opening characteristics of the
このようにした場合に、運転状態判定手段により圧縮自己着火運転の領域(図9中の領域A)から火花点火運転の領域(図9中の領域B)への移行が判定されたとき、排気弁の動作中はその特性を切換えることができないため、移行判定時点t0後に、各グループ毎に、2気筒のうちで排気弁60の再開弁動作が遅い方の気筒の再開弁動作終了直後に、電磁弁79aが制御されることにより再開弁動作が停止されるように排気弁開弁特性が切換えられる。この排気弁開弁特性切換のタイミングは、図11中に一点鎖線の楕円で囲って示すように、第1グループでは第1気筒の圧縮行程(第2気筒の膨張行程)、第2グループでは第4気筒の圧縮行程(第3気筒の膨張行程)となる。このように排気弁開弁動作が停止された後は、火花点火が行われる。
In this case, when the operation state determination means determines that the shift from the compression self-ignition operation region (region A in FIG. 9) to the spark ignition operation region (region B in FIG. 9) is performed, Since the characteristics of the valve cannot be switched during the operation of the valve, immediately after the transition determination time t 0 , immediately after the restart valve operation of the cylinder with the slower restart valve operation of the
図12及び図13は、ECU100の燃焼制御手段120等による制御の一例をフローチャートで示している。このフローチャートを、図9〜図11も参照しつつ説明する。
FIGS. 12 and 13 are flowcharts showing an example of control by the combustion control means 120 of the
ECU100は、先ずステップS1で、エンジンが温間で、かつ、運転状態が領域Aにあるか否かを判定し、その判定がNOの場合、つまり運転状態が高負荷領域(領域B)にあるときやエンジン冷機時には、ステップS2で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じてSI(火花点火運転)モードのマップから求めた吸排気弁の開弁特性(図10(B)参照)および点火時期で、火花点火運転を行う。
The
ステップS1の判定がYESのときは、ステップS3で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じてHCCI(圧縮自己着火運転)モードのマップから求めた吸排気弁の開弁特性とし、つまり吸気弁は閉時期が下死点より前で小リフトの特性、排気弁は再開弁動作を実行する特性とし、これにより圧縮自己着火運転を行う。 When the determination in step S1 is YES, in step S3, all the cylinders have the intake / exhaust valve opening characteristics obtained from the map of the HCCI (compression self-ignition operation) mode according to the engine speed and load, that is, the intake air The valve has a small lift characteristic when the closing timing is before the bottom dead center, and the exhaust valve has a characteristic of executing a restart valve operation, thereby performing a compression self-ignition operation.
次にステップS4で、運転状態が領域Aから領域Bへ移行したか否を判定する。移行していなければ、ステップS3を繰返し、圧縮自己着火運転を持続する。 Next, in step S4, it is determined whether or not the operating state has shifted from region A to region B. If not, step S3 is repeated and the compression self-ignition operation is continued.
運転状態が領域Aから領域Bへ移行したときは、ステップS5で、スロットル弁35を閉動作する。それとともに、ステップS6で、先に排気弁開弁特性の切換可能な気筒が第1グループか否かを判別する。つまり、図11中に示したように排気弁の開弁特性の切換が可能な時期は第1グループと第2グループとで異なり、領域Aから領域Bへの移行の時期によっていずれのグループが先に切換可能になるかが変ってくるので、それをステップS6で判別している。
When the operating state shifts from the region A to the region B, the
ステップS6の判定がYESの場合(あるいは後記ステップS18の処理の後)は、ステップS7で、第1グループにおいて所定タイミング(第1気筒の圧縮行程初期)を過ぎたら排気弁60の再開弁動作を停止させる。続いてステップS8で、第1グループでの排気弁60の再開弁動作の停止が完了したか否かを判定し、完了していれば、ステップS9で、吸気弁開弁特性と点火時期の補正を行う。当実施形態では、SIモードマップをベースに火花点火運転時の基準吸気管圧力を求めるとともに、吸気行程前の実吸気管圧力を圧力センサにより検出して、基準吸気管圧力と実吸気管圧力との差を演算し、その差に応じて吸気弁開弁特性と点火時期を補正する。
If the determination in step S6 is YES (or after the processing in step S18 described later), in step S7, the resuming valve operation of the
この場合、吸気弁開弁特性は、図10(C)に示すように、閉時期を下死点より前にして開弁期間を短くし、かつ、リフト量も小さくするように補正する。特に、上記差の絶対値が大きいほど開弁期間およびリフト量を小さくし、上記差の絶対値が小さくなるにつれてSIモードでの開弁特性に近づけるようにする。 In this case, as shown in FIG. 10C, the intake valve opening characteristic is corrected so that the valve closing period is shortened before the bottom dead center and the lift amount is also reduced. In particular, the larger the absolute value of the difference, the smaller the valve opening period and the lift amount, and the closer the absolute value of the difference is, the closer to the valve opening characteristic in the SI mode.
なお、吸気弁開弁特性は、閉時期をSIモードでの通常の閉時期よりも遅くして、有効圧縮比が減少し、吸気の吹き返しが生じる程度の遅閉じとなるように補正してもよい。また、点火時期は、上記差の絶対値が大きくなるほどリタードさせるように補正すればよい。 Note that the intake valve opening characteristics may be corrected so that the closing timing is delayed from the normal closing timing in the SI mode so that the effective compression ratio is reduced and the intake air is blown back. Good. Further, the ignition timing may be corrected so as to retard as the absolute value of the difference increases.
ステップS9に続いてステップS10で、全グループでの再開弁動作の停止が完了したかどうかを判定し、完了していなければ、ステップS11でフラッグFを「1」にセットするとともに、ステップS12で、第2グループの気筒において、吸気行程前の吸気管圧力に対応したHCCIモードの吸気弁小リフト特性(図10(A)参照)を設定する。 In step S10 following step S9, it is determined whether or not the stop of the restart valve operation in all groups is completed. If not, flag F is set to “1” in step S11, and in step S12. In the second group of cylinders, the HCCI mode intake valve small lift characteristic (see FIG. 10A) corresponding to the intake pipe pressure before the intake stroke is set.
上記ステップS6の判定がNOの場合や、上記ステップS12の処理の後は、ステップS13に移る。ステップS13では、第2グループにおいて所定タイミング(第4気筒の圧縮行程初期)を過ぎたら排気弁の再開弁動作を停止させる。次にステップS14で、フラッグFが「1」か否かを判定し、その判定がYESであれば、ステップS15で、第2グループでの排気弁の再開弁動作の停止が完了したか否かを判定する。 If the determination in step S6 is NO, or after the process in step S12, the process proceeds to step S13. In step S13, when a predetermined timing (initial stage of the compression stroke of the fourth cylinder) has passed in the second group, the restart valve operation of the exhaust valve is stopped. Next, in step S14, it is determined whether or not the flag F is “1”. If the determination is YES, it is determined in step S15 whether the stop of the restart valve operation of the exhaust valve in the second group has been completed. Determine.
第2グループでの排気弁の再開弁動作の停止が完了していれば、ステップS16で、第2グループの気筒についてステップS9と同様の処理で吸気弁開弁特性等の補正を行う。続いてステップS17で、全グループでの再開弁動作の停止が完了したかどうかを判定する。完了していなければ、ステップS18で、第1グループの気筒についてステップS12と同様の処理を行ってから、上記ステップS7に移る。 If the stop of the restart valve operation of the exhaust valve in the second group is completed, in step S16, the intake valve opening characteristics and the like are corrected by the same processing as in step S9 for the cylinders in the second group. Subsequently, in step S17, it is determined whether or not the stop of the restart valve operation in all groups is completed. If not completed, in step S18, the same process as in step S12 is performed for the first group of cylinders, and then the process proceeds to step S7.
上記ステップS10又はステップS17で、全グループの再開弁動作の停止が完了していることを判定したときは、ステップS19でフラッグFを「0」にするとともに、ステップS20で、圧力センサで検出された実吸気管圧力がSI運転時の基準吸気管圧力(適正吸気管圧力)まで低下したか否かを判定する。この判定がNOであれば、ステップS21で、全気筒についてステップS9と同様の処理で吸気弁開弁特性等の補正を行ってから、ステップS20に戻る。そして、ステップS20の判定がYESになれば、ステップS21で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じてSIモードのマップから求めた吸排気弁の開弁特性(図10(b)参照)および点火時期で、火花点火運転を行う。 When it is determined in step S10 or step S17 that the stop of the restart valve operation of all the groups has been completed, the flag F is set to “0” in step S19 and detected by the pressure sensor in step S20. It is determined whether or not the actual intake pipe pressure has decreased to a reference intake pipe pressure (appropriate intake pipe pressure) during SI operation. If this determination is NO, in step S21, correction of the intake valve opening characteristics and the like is performed for all the cylinders by the same process as in step S9, and then the process returns to step S20. If the determination in step S20 is YES, in step S21, the intake / exhaust valve opening characteristics obtained from the SI mode map for all cylinders in accordance with the engine speed and load (see FIG. 10B). The spark ignition operation is performed at the ignition timing.
以上のような当実施形態による制御動作をタイムチャートで概略的に示すと、図14のようになる。 The control operation according to this embodiment as described above is schematically shown in a time chart as shown in FIG.
すなわち、アクセル開度が大きくなること等により運転状態が圧縮自己着火運転の領域Aから火花点火運転の領域Bへ移行したときは、その移行時点t0でスロットル開度が小さくされ、かつ、移行時点t0後の所定時期t1に排気弁の再開弁動作が停止され、圧縮自己着火運転から火花点火運転に切換わる。なお、この切換わりの時期t1は第1グループの気筒と第2グループの気筒とで異なるが、図14では説明の簡略化のため一方のグループについてのみ示す。 That is, when the operating state such as by the accelerator opening increases the transition from the region A of the compression-ignition operation to the area B of the spark ignition operation, the throttle opening is small at the transition point t 0, and migration resume valve operation of the exhaust valve in a predetermined time t 1 after the time point t 0 is stopped, switching switched to spark ignition operation from the compression-ignition operation. Incidentally, showing the time t 1 of the switched is different between the cylinders of the cylinder and a second group of the first group, the one of the group for the sake of simplicity in FIG. 14 only.
上記のように排気弁の再開弁動作が停止されて圧縮自己着火運転から火花点火運転に切換わると、内部EGRの導入が停止されることで新気量が増加する傾向が生じ、これに対して新気量の増加を抑制すべくスロットル開度が小さくされるが、各気筒での吸入が何回か行われるまではスロットル弁下流の吸気管圧力は低下しない。このため、仮に排気弁の再開弁動作の停止と同時に吸気弁をSIモードによる開弁特性に切換えたとすると(図14中の二点鎖線部分201)、上記吸気管圧力が低下するまでの間に、一時的にトルクが急増し(図14中の二点鎖線部分202)、トルクショックが生じる。
When the restart valve operation of the exhaust valve is stopped as described above and the operation is switched from the compression self-ignition operation to the spark ignition operation, the introduction of the internal EGR is stopped and the fresh air amount tends to increase. Thus, the throttle opening is reduced to suppress the increase in the fresh air amount, but the intake pipe pressure downstream of the throttle valve does not decrease until the intake of each cylinder is performed several times. For this reason, if the intake valve is switched to the SI mode valve opening characteristic simultaneously with the stop of the restart operation of the exhaust valve (two-dot
これに対し、当実施形態では、上記吸気管圧力が火花点火運転時の適正吸気管圧力に低下するまでの間、エンジンの新気吸入量を制限するように吸気弁の開弁特性が補正され、例えば閉弁時期が下死点より進角される(図14中の実線部分301)ことにより開弁期間が短くされるとともにリフト量も小さくされる。これにより、一時的なトルクの急増が抑制され(図14中の実線部分302)、トルクショックが防止されることとなる。
On the other hand, in this embodiment, the valve opening characteristic of the intake valve is corrected so as to limit the fresh air intake amount of the engine until the intake pipe pressure decreases to an appropriate intake pipe pressure during the spark ignition operation. For example, when the valve closing timing is advanced from the bottom dead center (
なお、上記吸気管圧力が低下するまでの間の吸気弁開弁特性の補正として、SIモードでの通常の閉時期よりも遅閉じとなるように補正しても、吸気が吹き返されることで新気充填量が減少し、トルクの急増を抑制することができる。また、点火時期をリタードさせることによってもトルクが低減される。とくに、吸気弁の遅閉じと点火時期のリタードとを併用すれば、両方の作用によってトルクの急増を抑制する効果が高められ、しかも、点火時期のリタードだけでは筒内温度が上昇してその後の高負荷運転時にノッキングを生じる懸念があるのに対し、吸気弁の遅閉じを行うと筒内ガスが吸気通路に吹き返されてここで冷却されることにより筒内温度の上昇が抑えられ、その後の高負荷運転時のノッキング抑制に有利となる。 As a correction of the intake valve opening characteristic until the intake pipe pressure decreases, the intake air is blown back even if it is corrected so that it closes later than the normal closing timing in the SI mode. The air filling amount is reduced, and a sudden increase in torque can be suppressed. The torque is also reduced by retarding the ignition timing. In particular, if the intake valve is closed slowly and the ignition timing retard is used in combination, the effect of suppressing the sudden increase in torque is enhanced by both actions. While there is a concern that knocking may occur during high load operation, if the intake valve is closed slowly, the in-cylinder gas is blown back into the intake passage and cooled here, thereby suppressing an increase in the in-cylinder temperature. This is advantageous for suppressing knocking during high-load operation.
図15及び図16は、ECU100の燃焼制御手段120等による制御の別の例をフローチャートで示している。
15 and 16 are flowcharts showing another example of control by the combustion control means 120 of the
この例でも、ステップS1〜ステップS5は図12に示す例と同じである。 Also in this example, steps S1 to S5 are the same as the example shown in FIG.
ステップS5に続いてステップS101では、エンジンの運転状態(低温燃焼の圧縮自己着火運転の持続時間等)や吸気温度、エンジン冷却水温度等から筒内温度状態(シリンダ壁温)を推定して、この筒内温度状態が所定温度以下の低温状態か否かを判定する。 In step S101 following step S5, the in-cylinder temperature state (cylinder wall temperature) is estimated from the operating state of the engine (such as the duration of low-temperature combustion compression self-ignition operation), the intake air temperature, the engine coolant temperature, etc. It is determined whether or not the in-cylinder temperature state is a low temperature state equal to or lower than a predetermined temperature.
ステップS101の判定がNOの場合は、ステップS102で高温モード対応制御を行う。この高温モード対応制御としては、前述の図12,図13のフローチャート中のステップS6〜S22の処理を行えばよい。 If the determination in step S101 is no, high temperature mode compatible control is performed in step S102. As the high temperature mode compatible control, the processes in steps S6 to S22 in the flowcharts of FIGS.
ステップS101の判定がYESの場合は、ステップS103で、先に排気弁開弁特性の切換可能な気筒が第1グループか否かを判別する。この判定がYESの場合(あるいは後記ステップS116の処理の後)は、ステップS104で、第1グループにおいて所定タイミング(第1気筒の圧縮行程初期)を過ぎたら排気弁の再開弁動作を停止させるとともに、ステップS105で、第1グループの吸気弁開弁特性をSIモードに変更する。 If the determination in step S101 is YES, in step S103, it is first determined whether or not the cylinder in which the exhaust valve opening characteristic can be switched is the first group. If this determination is YES (or after the process of step S116 described later), the restart valve operation of the exhaust valve is stopped when a predetermined timing (initial stage of the compression stroke of the first cylinder) has passed in the first group in step S104. In step S105, the intake valve opening characteristics of the first group are changed to the SI mode.
続いてステップS106で、第1グループでの排気弁60の再開弁動作の停止が完了したか否かを判定し、完了していれば、ステップS107で、点火時期リタード量を設定し、そのリタード量で点火時期の制御を実行する。当実施形態では、SIモードマップをベースに火花点火運転時の基準吸気管圧力を求めるとともに、吸気行程前の実吸気管圧力を圧力センサにより検出して、基準吸気管圧力と実吸気管圧力との差を演算し、その差に応じて点火時期リタード量を設定する。この場合、上記差の絶対値が大きいほど点火時期リタード量を大きくする。
Subsequently, in step S106, it is determined whether or not the stop of the restart valve operation of the
ステップS107に続いてステップS108で、全グループでの再開弁動作の停止が完了したかどうかを判定し、完了していなければ、ステップS109でフラッグFを「1」にセットする。 In step S108 following step S107, it is determined whether the stop of the restart valve operation in all groups is completed. If not, the flag F is set to “1” in step S109.
上記ステップS103の判定がNOの場合や、上記ステップS109の処理の後は、ステップS110に移る。ステップS110では、第2グループにおいて所定タイミング(第4気筒の圧縮行程初期)を過ぎたら排気弁の再開弁動作を停止させるとともに、ステップS111で、第2グループの吸気弁開弁特性をSIモードに変更する。 If the determination in step S103 is NO, or after the process in step S109, the process proceeds to step S110. In step S110, when a predetermined timing (initial stage of the compression stroke of the fourth cylinder) has passed in the second group, the restart operation of the exhaust valve is stopped, and in step S111, the intake valve opening characteristic of the second group is set to the SI mode. change.
次にステップS112で、フラッグFが「1」か否かを判定し、その判定がYESであれば、ステップS113で、第2グループでの排気弁の再開弁動作の停止が完了したか否かを判定する。 Next, in step S112, it is determined whether or not the flag F is “1”. If the determination is YES, it is determined in step S113 whether the stop of the restart valve operation of the exhaust valve in the second group is completed. Determine.
第2グループでの排気弁の再開弁動作の停止が完了していれば、ステップS114で、第2グループの気筒についてステップS107と同様の処理で点火時期リタード量を設定し、実行する。続いてステップS115で、全グループでの再開弁動作の停止が完了したかどうかを判定する。完了していなければ、上記ステップS104に移る。 If the stop of the resuming valve operation of the exhaust valve in the second group is completed, the ignition timing retard amount is set and executed in the same process as in step S107 for the cylinders in the second group in step S114. Subsequently, in step S115, it is determined whether or not the stop of the restart valve operation in all groups is completed. If not completed, the process proceeds to step S104.
上記ステップS108又はステップS115で、全グループの再開弁動作の停止が完了したことを判定したときは、ステップS116でフラッグFを「0」にするとともに、ステップS117で、圧力センサで検出された実吸気管圧力がSI運転時の基準吸気管圧力まで低下したか否かを判定する。この判定がNOであれば、ステップS118で、全気筒についてステップS9と同様の処理で点火時期リタード量を設定し、実行してから、ステップS117に戻る。そして、ステップS117の判定がYESになれば、ステップS119で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じてSIモードのマップから求めた点火時期で火花点火運転を行う。 When it is determined in step S108 or step S115 that the stop of the restart valve operation of all the groups has been completed, the flag F is set to “0” in step S116 and the actual value detected by the pressure sensor in step S117. It is determined whether or not the intake pipe pressure has decreased to the reference intake pipe pressure during SI operation. If this determination is NO, in step S118, the ignition timing retard amount is set and executed for all the cylinders by the same process as in step S9, and then the process returns to step S117. If the determination in step S117 is YES, in step S119, all cylinders perform a spark ignition operation at the ignition timing obtained from the SI mode map according to the engine speed and load.
このフローチャートに示す例によると、筒内温度が低温状態にある場合において運転状態が圧縮自己着火運転の領域Aから火花点火運転の領域Bへ移行したときは、スロットル開度が小さくされるとともに、吸気管圧力が火花点火運転時の適正吸気管圧力に低下するまでの期間だけ、点火時期が火花点火運転での通常の点火時期に対してリタードされることにより、エンジントルクが低減される。従って、圧縮自己着火運転の領域Aから火花点火運転の領域Bへの移行直後における一時的なトルクの急増を抑制することができる。 According to the example shown in this flowchart, when the in-cylinder temperature is in a low temperature state, when the operation state shifts from the compression self-ignition operation region A to the spark ignition operation region B, the throttle opening is reduced, The engine torque is reduced by retarding the ignition timing with respect to the normal ignition timing in the spark ignition operation only during a period until the intake pipe pressure is reduced to an appropriate intake pipe pressure during the spark ignition operation. Therefore, a temporary rapid increase in torque immediately after the transition from the region A of the compression self-ignition operation to the region B of the spark ignition operation can be suppressed.
また、点火時期をリタードすると筒内温度(シリンダ壁温)が上昇し易くなるが、筒内温度が低温状態にある場合に点火時期のリタードを行っているので、この低温状態から多少筒内温度が上昇しても、その後の高負荷運転時にノッキングが発生することは充分に避けられる。 In addition, when the ignition timing is retarded, the in-cylinder temperature (cylinder wall temperature) is likely to rise. However, since the ignition timing is retarded when the in-cylinder temperature is in a low temperature state, the in-cylinder temperature is somewhat reduced from this low temperature state. Even if it rises, it is sufficiently avoided that knocking occurs during the subsequent high load operation.
10 火花点火式エンジン
24 気筒
29 点火プラグ
29a 点火回路
40 吸気弁
41 動弁機構
42 VCT
43 VVE
60 排気弁
62 動弁機構
62b,62c 排気カム
70 弁動作切換機構
100 ECU
120 燃焼制御手段
121 VCT制御手段
122 VVE制御手段
123 排気弁制御手段
124 点火制御手段
130 スロットル弁制御手段
140 トルク低減手段
DESCRIPTION OF
43 VVE
60 Exhaust valve 62
120 Combustion control means 121 VCT control means 122 VVE control means 123 Exhaust valve control means 124 Ignition control means 130 Throttle valve control means 140 Torque reduction means
Claims (7)
上記排気弁の再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、
吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段と、
エンジンの部分負荷域では吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁するとともに、排気弁の再開弁動作を行わせることにより圧縮自己着火を行わせ、一方、エンジンの高負荷域では、吸気弁の閉弁時期を下死点以後の所定時期とし、かつ排気弁の再開弁動作を停止させた状態で火花点火を行わせるように制御する燃焼制御手段と、
上記圧縮自己着火を行わせる運転領域から上記火花点火を行わせる運転領域への移行時に、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を小さくするように制御するスロットル弁制御手段と、
上記移行の直後の所定期間だけエンジンの燃焼トルクを減少させるトルク低減手段とを備えたことを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 In the predetermined engine operating range, in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke, the reopening valve operation that opens the exhaust valve again in the intake stroke increases the in-cylinder temperature by the internal EGR and performs compression self-ignition. In a 4-cycle spark ignition engine,
Exhaust valve drive means that enables switching between execution and stop of the restart valve operation of the exhaust valve;
Intake valve driving means for making the opening / closing timing of the intake valve variable;
In the partial load region of the engine, the intake valve is opened near the intake top dead center and closed before the bottom dead center, and the compression valve self-ignition is performed by restarting the exhaust valve, Combustion control means for controlling the spark valve ignition to be performed in a state where the closing timing of the intake valve is a predetermined timing after bottom dead center and the restart valve operation of the exhaust valve is stopped in a high load region of the engine;
Throttle valve control means for controlling the opening of the throttle valve provided in the intake passage to be small at the time of transition from the operation region in which the compression self-ignition is performed to the operation region in which the spark ignition is performed;
A four-cycle spark ignition engine characterized by comprising torque reducing means for reducing the combustion torque of the engine for a predetermined period immediately after the transition.
上記移行の直後の所定期間は、スロットル弁の下流の吸気管圧力が火花点火を行わせる運転域での適正吸気管圧力に低下するまでの期間であることを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to claim 1,
The four-cycle spark ignition engine characterized in that the predetermined period immediately after the transition is a period until the intake pipe pressure downstream of the throttle valve is reduced to an appropriate intake pipe pressure in an operating range in which spark ignition is performed. .
上記トルク低減手段は、上記移行の直後において排気弁の再開弁動作を行わせる状態から再開弁動作を停止する状態へ切換わってから上記所定期間が経過するまで、吸気弁の閉弁時期を、火花点火を行わせる運転域において設定される上記所定時期よりも進角させるものであることを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to claim 1 or 2,
The torque reduction means is configured to change the intake valve closing timing until the predetermined period elapses after switching from a state in which the restart valve operation of the exhaust valve is performed immediately after the transition to a state in which the restart valve operation is stopped. A four-cycle spark ignition engine characterized by being advanced with respect to a predetermined time set in an operating range in which spark ignition is performed.
上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を、スロットル弁の下流の吸気管圧力に応じて調整することを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to claim 3,
The four-cycle spark ignition engine characterized in that the torque reducing means adjusts the closing timing of the intake valve in accordance with the intake pipe pressure downstream of the throttle valve in a predetermined period immediately after the transition.
上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を、火花点火を行わせる運転域において設定される上記所定時期よりもさらに遅くて、筒内空気の吸気ポートへの吹き返しが生じるような時期とすることを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to claim 1 or 2,
In the predetermined period immediately after the transition, the torque reducing means sets the closing timing of the intake valve to the intake port for in-cylinder air further later than the predetermined timing set in the operating range in which spark ignition is performed. A four-cycle spark-ignition engine characterized by the timing at which the engine blows back.
上記トルク低減手段は、上記移行の直後の所定期間に、吸気弁の閉弁時期を上記所定時期よりもさらに遅くすることに加え、点火時期のリタードを行うことを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to claim 5,
The four-cycle spark ignition type, wherein the torque reduction means retards the ignition timing in addition to delaying the closing timing of the intake valve further than the predetermined timing in a predetermined period immediately after the transition. engine.
筒内の温度状態が所定温度以下の低温状態を判別する手段を備え、
上記トルク低減手段は、上記低温状態のとき、上記移行の直後の所定期間に、点火時期をリタードさせることを特徴とする4サイクル火花点火式エンジン。 The four-cycle spark ignition engine according to any one of claims 1 to 6,
Means for determining a low temperature state in which the temperature state in the cylinder is equal to or lower than a predetermined temperature;
The four-cycle spark ignition engine characterized in that the torque reduction means retards the ignition timing in a predetermined period immediately after the transition in the low temperature state.
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