JP2008051017A - Premixed compression self-igniting internal combustion engine - Google Patents

Premixed compression self-igniting internal combustion engine Download PDF

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Tatsuo Kobayashi
辰夫 小林
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a premixed compression self-igniting internal combustion engine, highly accurately adjusting a fuel mixture temperature by using back flow gas, while performing self-ignition combustion not generating misfire by using residual gas. <P>SOLUTION: An exhaust valve solenoid drive mechanism and an intake valve solenoid device mechanism leave over part of burnt gas as residual gas in a combustion chamber by negative overlap of a first exhaust valve opening period EX1 with an intake valve opening period IN. The exhaust valve solenoid drive mechanism makes the other part of the burnt gas flow back as back flow gas from the exhaust port into the combustion chamber. The back flow gas is slightly lower in temperature than the residual gas. An accelerator opening sensor detects an accelerator operation amount, which indicates engine load. In high load side operation, a CPU retards timing finishing the first exhaust valve opening period EX1 and second exhaust valve opening period EX2 so that a ratio of a residual gas amount with respect to a back flow gas amount in the high load side operation is smaller than that in low load side operation. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧縮行程にて燃焼室内の混合ガスを圧縮することにより自着火(自己着火)させ、膨張行程にてこの自着火した混合ガスを燃焼させる予混合圧縮自着火内燃機関(以下、単に「機関」ということがある。)に関する。   The present invention relates to a premixed compression self-ignition internal combustion engine (hereinafter simply referred to as a self-ignition (self-ignition) by compressing a mixed gas in a combustion chamber in a compression stroke and burning the self-ignited mixed gas in an expansion stroke. Sometimes referred to as “institution”).

従来から知られたこの種の機関の一つは、空気、燃料及び既燃ガス(排ガス)を含むガスを燃焼させることにより、自着火燃焼を制御するようになっている。より具体的に述べると、この機関は外部EGRシステム又は内部EGRシステムを利用している。   One conventionally known engine of this type controls self-ignition combustion by burning gas including air, fuel, and burned gas (exhaust gas). More specifically, this institution uses an external EGR system or an internal EGR system.

外部EGRシステムは、排気還流用管路、EGR弁及び熱交換器等を備える周知のシステムである。この外部EGRシステムは、燃焼室から排出された既燃ガスを熱交換器により冷却し、冷却された既燃ガスを排気還流用管路を通して機関の吸気系に戻す(還流させる)ことにより、燃焼室へと既燃ガスを流入させる。以下、この外部EGRシステムにより燃焼室に導入されるガスを「還流ガス」という。燃焼室へと流入する還流ガスの量は、EGR弁の開度を変更することにより調整される。   The external EGR system is a well-known system including an exhaust gas recirculation conduit, an EGR valve, a heat exchanger, and the like. This external EGR system uses a heat exchanger to cool the burned gas discharged from the combustion chamber, and returns the cooled burned gas to the engine intake system through the exhaust gas recirculation pipe (recirculation). Let burned gas flow into the chamber. Hereinafter, the gas introduced into the combustion chamber by the external EGR system is referred to as “reflux gas”. The amount of the reflux gas flowing into the combustion chamber is adjusted by changing the opening of the EGR valve.

内部EGRシステムの一つは、吸気動作中の所定の開弁期間において排気弁を開くことにより、排気ポートから燃焼室へと既燃ガスを逆流させるようになっている。この逆流する既燃ガスを「逆流ガス」という。逆流ガスの量は、吸気動作中の開弁期間を変更することにより調整される。また、内部EGRシステムの他の一つは、排気動作を終了するため排気弁を閉じた後に吸気動作を開始するため吸気弁を開き、この所謂「排気弁及び吸気弁の負のオーバーラップ」を利用して燃焼室に既燃ガスを残留させる。ここで燃焼室に残留する既燃ガスを「残留ガス」という。残留ガスの量は、負のオーバーラップ期間を変更することにより調整される。   One of the internal EGR systems is configured to cause the burnt gas to flow backward from the exhaust port to the combustion chamber by opening the exhaust valve during a predetermined valve opening period during the intake operation. This burned burned gas is called “backflow gas”. The amount of the backflow gas is adjusted by changing the valve opening period during the intake operation. Another one of the internal EGR systems is to close the exhaust valve in order to end the exhaust operation and then open the intake valve to start the intake operation. This so-called “negative overlap of the exhaust valve and the intake valve” is performed. Used to leave burnt gas in the combustion chamber. Here, the burnt gas remaining in the combustion chamber is referred to as “residual gas”. The amount of residual gas is adjusted by changing the negative overlap period.

例えば特許文献1に開示されている機関は、これら冷却された還流ガス及びより高温の逆流ガスの双方を用いる機関であって、還流ガス量及び逆流ガス量の比率を機関の負荷に応じて変化させるようになっている。即ち、この従来の機関は低負荷運転時に逆流ガスをより多くすることによって、自着火すべきタイミングにおける燃焼室内の混合ガスの温度(混合ガスが燃焼し始める圧縮端温度)をより高めて失火を防ぎ自着火による燃焼を安定させる。一方、この機関は高負荷運転時に還流ガスをより多くすることによって、自着火のタイミング前後における燃焼室内の過度の温度上昇を抑えて異常燃焼(過早着火又はノッキング等)を防いでいる。また、この特許文献1において、逆流ガスと残留ガスとを互いに置換可能な内部EGRガスとして扱うことができることが開示されている。即ち、その開示されている機関は、還流ガス量と逆流ガス量との比率に代えて、還流ガス量と残留ガス量との比率を機関の負荷に応じて変更するようになっている。   For example, the engine disclosed in Patent Document 1 is an engine that uses both the cooled recirculation gas and the higher-temperature backflow gas, and changes the ratio of the recirculation gas amount and the backflow gas amount according to the engine load. It is supposed to let you. That is, this conventional engine increases the temperature of the mixed gas in the combustion chamber (compression end temperature at which the mixed gas begins to burn) at the timing of self-ignition by increasing the amount of backflow gas during low-load operation, thereby causing misfire. Prevents self-ignition and stabilizes combustion. On the other hand, by increasing the amount of recirculated gas during high load operation, this engine suppresses an excessive temperature rise in the combustion chamber before and after the self-ignition timing, thereby preventing abnormal combustion (such as premature ignition or knocking). Moreover, this patent document 1 discloses that the backflow gas and the residual gas can be handled as internal EGR gas that can be replaced with each other. In other words, the disclosed engine changes the ratio of the amount of recirculated gas and the amount of residual gas in accordance with the load of the engine instead of the ratio of the amount of recirculated gas and the amount of backflow gas.

しかしながら、従来の機関において燃焼室内へと高負荷運転時により多く流入させる還流ガスは冷却されているから、燃焼室内の混合ガスの温度はその流入させる還流ガスの量が僅かに増大しただけで大きく低下してしまう。つまり、自着火のタイミングを制御するために混合ガスの温度を精度良く調整することが重要であるにもかかわらず、従来の機関では混合ガスの温度を微調整することが難しく、その結果、混合ガスが圧縮端温度に至って自着火するタイミングを十分精密に制御することが困難になっている。
特開2005−16407号公報
However, in the conventional engine, the recirculated gas that flows more into the combustion chamber during high-load operation is cooled, so the temperature of the mixed gas in the combustion chamber increases only when the amount of the recirculated gas that flows in increases slightly. It will decline. In other words, in spite of the importance of accurately adjusting the temperature of the mixed gas in order to control the timing of self-ignition, it is difficult to fine-tune the temperature of the mixed gas in conventional engines, and as a result It is difficult to control the timing at which the gas reaches the compression end temperature and self-ignites sufficiently accurately.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-16407

従って、本発明の目的の1つは、残留ガスを用いて失火等を生じない安定した自着火燃焼を行わせつつ、逆流ガスを用いて混合ガスの温度をより細やかに調整することが可能な予混合圧縮自着火内燃機関を提供することにある。   Accordingly, one of the objects of the present invention is to make it possible to finely adjust the temperature of the mixed gas using the backflow gas while performing stable self-ignition combustion that does not cause misfire or the like using the residual gas. It is to provide a premixed compression self-ignition internal combustion engine.

本発明に係る予混合圧縮自着火内燃機関は、吸気、圧縮、膨張及び排気の各動作を順に含む燃焼サイクルを所定数のシリンダにて順次実行する。本機関は各シリンダ内に形成された燃焼室において、空気と燃料とを含む混合ガスを圧縮することにより自着火させて燃焼させるようになっており、残留ガス生成手段と、逆流ガス生成手段と、出力状態検出手段と、比率制御手段とを備える。   The premixed compression self-ignition internal combustion engine according to the present invention sequentially executes a combustion cycle including each operation of intake, compression, expansion and exhaust in a predetermined number of cylinders. In the combustion chamber formed in each cylinder, the engine is configured to self-ignite and burn by compressing a mixed gas containing air and fuel, and a residual gas generating means, a backflow gas generating means, And an output state detecting means and a ratio control means.

残留ガス生成手段は、前回の燃焼サイクルにおいて混合ガスの燃焼により燃焼室内に生じた既燃ガスのうちの一部が残留ガスとして、前回の次ぎになる今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する混合ガス中に含まれるように、この既燃ガスの一部を燃焼室内に残留させる。   Residual gas generation means is a part of the burned gas generated in the combustion chamber due to the combustion of the mixed gas in the previous combustion cycle as residual gas, in the mixed gas combusted in the current combustion cycle that follows the previous time. A portion of this burned gas is left in the combustion chamber to be included.

逆流ガス生成手段は、前回の燃焼サイクルにおいて生じた後に排気動作により燃焼室から排気ポートへと一旦排出されたガスの一部となる既燃ガスのうちの他の一部が逆流ガスとして、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する混合ガス中に含まれるように、この既燃ガスの他の一部を燃焼室内に逆流させる。排気ポート内やバルブシートは燃焼室内よりも温度が低いから、逆流ガスは排気ポートやバルブシートに熱を奪われ、その温度は上記残留ガスよりもやや低くなる。その一方、逆流ガスの温度は前述した還流ガスの温度よりも高い。   The backflow gas generation means is configured such that the other part of the burned gas that is part of the gas once exhausted from the combustion chamber to the exhaust port by the exhaust operation after the occurrence in the previous combustion cycle is the backflow gas. The other part of the burned gas is caused to flow back into the combustion chamber so as to be included in the mixed gas burned in the combustion cycle. Since the temperature in the exhaust port and the valve seat is lower than that in the combustion chamber, the backflow gas is deprived of heat by the exhaust port and the valve seat, and the temperature is slightly lower than the residual gas. On the other hand, the temperature of the backflow gas is higher than the temperature of the reflux gas described above.

出力状態検出手段は、機関の出力に応じて変化する出力状態値を検出する。具体的には、後述のように、この出力状態値として機関の負荷又は回転速度を用いる。更に、この出力状態値に機関のトルク、燃焼室内のガス又は排ガスの温度、圧縮上死点又は燃焼時前後における燃焼室内のガスの圧力などを用いてもよい。比率制御手段は、この検出された出力状態値に応じた機関の出力が大きくなるほど、上記逆流させられる逆流ガスの量に対する上記残留させられる残留ガスの量の比率がより小さくなるように、上記残留ガス生成手段及び上記逆流ガス生成手段の少なくとも一方を制御する。   The output state detection means detects an output state value that changes according to the output of the engine. Specifically, as described later, the engine load or the rotational speed is used as the output state value. Furthermore, the engine torque, the temperature of the gas or exhaust gas in the combustion chamber, the compression top dead center, or the pressure of the gas in the combustion chamber before and after combustion may be used as the output state value. The ratio control means is configured to reduce the ratio of the amount of residual gas remaining to the amount of counterflow gas to be backflowed as the engine output corresponding to the detected output state value increases. At least one of the gas generating means and the backflow gas generating means is controlled.

本機関によれば、機関の出力が大きくなるほど、上記逆流させられる逆流ガスの量に対する上記残留させられる残留ガスの量の比率がより小さくなるように調整される。その結果、低出力運転時において残留ガス量の比率はより大きいから、失火を生じさせることなく自着火による燃焼をより安定させることができる。また、高出力運転時において、本機関は異常燃焼を防ぐために従来のように冷却された還流ガスの比率を高めるのではなく、残留ガスよりもやや温度が低い逆流ガスの比率を高めている。そのため、混合ガスの温度をより細やかに精度良く調整することが可能となる。これにより、低出力運転時か高出力運転時かに関わらず自着火のタイミングを適切に制御することができる。   According to this engine, as the output of the engine increases, the ratio of the amount of residual gas to be left to the amount of counterflow gas to be backflowed is adjusted to be smaller. As a result, since the ratio of the residual gas amount is larger during low-power operation, combustion by self-ignition can be more stabilized without causing misfire. Further, during high power operation, the engine does not increase the ratio of the recirculated gas cooled in order to prevent abnormal combustion, but increases the ratio of the backflow gas that is slightly lower in temperature than the residual gas. Therefore, the temperature of the mixed gas can be adjusted more finely and with high accuracy. As a result, the self-ignition timing can be appropriately controlled regardless of whether the operation is a low output operation or a high output operation.

本発明の予混合圧縮自着火内燃機関において、出力状態検出手段は出力状態値として機関の負荷を検出してよい。機関の負荷は、例えば吸入空気量、スロットル弁開度、アクセルペダルの操作量若しくは燃料噴射量などにより表すことが可能であるから、出力状態検出手段はこれらの何れかを検出する。ここでは、比率制御手段は上記残留ガス生成手段及び上記逆流ガス生成手段の少なくとも一方を、検出された機関の負荷が大きくなるほど逆流ガス量に対する残留ガス量の比率がより小さくなるように制御する。   In the premixed compression self-ignition internal combustion engine of the present invention, the output state detection means may detect the engine load as the output state value. Since the engine load can be expressed by, for example, the intake air amount, the throttle valve opening, the accelerator pedal operation amount, the fuel injection amount, or the like, the output state detection means detects any of these. Here, the ratio control means controls at least one of the residual gas generation means and the backflow gas generation means so that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes smaller as the detected engine load increases.

通常、高負荷運転時には吸入空気量及び燃料噴射量が多くなり燃焼室内はより高温となるから、異常燃焼が生じやすくなる。これに対して、本機関では、高負荷運転時において残留ガス量の比率がより小さく調整されており、これによって高負荷運転時において混合ガスの圧縮端温度が過度に上昇して過早着火等の異常燃焼が起きることを防ぐことができる。   Normally, during high load operation, the intake air amount and the fuel injection amount increase, and the combustion chamber becomes hotter, so abnormal combustion tends to occur. On the other hand, in this engine, the ratio of the residual gas amount is adjusted to be smaller during high-load operation, which causes the compression end temperature of the mixed gas to rise excessively during high-load operation, resulting in premature ignition, etc. It is possible to prevent abnormal combustion.

また、本発明の予混合圧縮自着火内燃機関において、出力状態検出手段は出力状態値として機関の回転速度を検出してもよい。ここでは、比率制御手段は上記残留ガス生成手段及び上記逆流ガス生成手段の少なくとも一方を、検出された機関の回転速度が大きくなるほど逆流ガス量に対する残留ガス量の比率がより小さくなるように制御する。   In the premixed compression self-ignition internal combustion engine of the present invention, the output state detection means may detect the engine speed as the output state value. Here, the ratio control means controls at least one of the residual gas generation means and the backflow gas generation means so that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes smaller as the detected rotational speed of the engine increases. .

通常、高速運転時には排気動作のため排気弁を開く時間が短くなるから、既燃ガス自体が燃焼室内に留まろうとする慣性により既燃ガスが排気ポートへと排出され難くなる。そのため、高速運転時に残留ガス量が増加する。これとともに高速運転時には既燃ガスから燃焼室の側壁面への伝熱時間が短くなる。これらにより高速運転時に混合ガスの温度がより高くなる。これに対して、本機関では、高速運転時において残留ガス量の比率がより小さく調整されており、これによって高速運転時における異常燃焼が防がれている。   Normally, during high-speed operation, the time for opening the exhaust valve is shortened due to the exhaust operation, so the burnt gas itself is less likely to be discharged to the exhaust port due to the inertia of the burnt gas itself remaining in the combustion chamber. As a result, the amount of residual gas increases during high-speed operation. At the same time, during high-speed operation, the heat transfer time from the burned gas to the side wall of the combustion chamber is shortened. As a result, the temperature of the mixed gas becomes higher during high-speed operation. On the other hand, in this engine, the ratio of the residual gas amount is adjusted to be smaller during high-speed operation, thereby preventing abnormal combustion during high-speed operation.

この機関は、検出された機関の回転速度が大きいほど燃焼室に吸入される空気の量をより多くするガス量調節手段を更に備えていることが好ましい。例えば、この高速運転時における吸入ガスの増量は、アクセル開度に対するスロットル弁開度を通常時よりも大きくするように補正することにより、またターボチャージャにより上昇される過給圧を通常時よりも大きな値に補正することにより行われる。これによると、高速運転時において、残留ガス又は逆流ガスよりも低温の空気が燃焼室内に多量に吸入されるから、混合ガスの圧縮端温度をより有効に低下させて異常燃焼を防ぐことができる。   This engine preferably further includes a gas amount adjusting means for increasing the amount of air taken into the combustion chamber as the detected rotational speed of the engine increases. For example, the increase in intake gas during high-speed operation can be achieved by correcting the throttle valve opening relative to the accelerator opening so that it is larger than normal, and increasing the boost pressure raised by the turbocharger more than normal. This is done by correcting to a large value. According to this, air at a lower temperature than the residual gas or the backflow gas is sucked in a large amount into the combustion chamber during high-speed operation, so that the compression end temperature of the mixed gas can be more effectively lowered to prevent abnormal combustion. .

本機関において、残留ガス生成手段は、前回の燃焼サイクル中の排気動作を行う期間である第1排気弁開弁期間にて排気弁を開くとともに今回の燃焼サイクル中の吸気動作を行う期間である吸気弁開弁期間にて吸気弁を開くことにより、混合ガスの燃焼により燃焼室内に生じた上記既燃ガスのうちの一部を上記残留ガスとして燃焼室内に残留させることが望ましい。そして、逆流ガス生成手段は、今回の燃焼サイクル中の吸気弁開弁期間内に開始タイミングを有する第2排気弁開弁期間にて排気弁を開くことにより、燃焼室から一旦排出されたガスの一部となる上記既燃ガスの他の一部を上記逆流ガスとして燃焼室内へと逆流させることが望ましい。これによると、混合ガスの温度を微調整する等といった効果が、排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを変更するための簡便な構成により達せられ、複雑な構造を要しない。そのため、機関の製造コストを低く抑えることができる。   In this engine, the residual gas generating means is a period in which the exhaust valve is opened during the first exhaust valve opening period during which the exhaust operation is performed during the previous combustion cycle and the intake operation is performed during the current combustion cycle. It is desirable that a part of the burned gas generated in the combustion chamber by the combustion of the mixed gas is left as the residual gas in the combustion chamber by opening the intake valve during the intake valve opening period. Then, the backflow gas generating means opens the exhaust valve during the second exhaust valve opening period having the start timing within the intake valve opening period during the current combustion cycle, so that the gas once discharged from the combustion chamber It is desirable that the other part of the burned gas, which is a part, is caused to flow back into the combustion chamber as the backflow gas. According to this, an effect such as fine adjustment of the temperature of the mixed gas can be achieved by a simple configuration for changing the opening and closing timings of the exhaust valve and the intake valve, and a complicated structure is not required. Therefore, the manufacturing cost of the engine can be kept low.

上述した機関においてシリンダは、(1)直列型に3気筒又はV型に各列3気筒ずつ6気筒配置してよい。以下、上述した機関において、このようなシリンダ配置を有する機関を単に「直列3気筒等の機関」と称する。この直列3気筒等の機関において、上記比率制御手段は上記逆流ガス生成手段を制御することによって、上記出力状態検出手段により検出された出力状態値(即ち、負荷又は回転速度等)が大きくなるほど第2排気弁開弁期間の終了タイミングをより遅らせるようになっていることが好ましい(図5の(A)を参照。)。   In the engine described above, the cylinders may be arranged as follows: (1) 3 cylinders in series or 3 cylinders in each row in V type. Hereinafter, in the above-described engine, an engine having such a cylinder arrangement is simply referred to as an “in-line three-cylinder engine”. In the inline three-cylinder engine or the like, the ratio control unit controls the backflow gas generation unit, so that the output state value (that is, the load or the rotational speed) detected by the output state detection unit increases. It is preferable to delay the end timing of the two exhaust valve opening period (see FIG. 5A).

ところで、一のシリンダにおける第2排気弁開弁期間は一般に吸気行程の中期から後期にかけての期間が設定される。そのため、直列3気筒等の機関においてこの第2排気弁開弁期間の初期は、他のシリンダの排気弁が開かれた直後にブローダウンが生ずるタイミングと略前後して重なり、その排気圧力(排気ポート、排気マニホールド及び排気管の近傍の圧力)は急激に変動して安定しない。一方、この第2排気弁開弁期間の後期における排気圧力は比較的安定している。   Incidentally, the second exhaust valve opening period in one cylinder is generally set to a period from the middle stage to the latter stage of the intake stroke. Therefore, in an engine such as an inline three cylinder, the initial period of the second exhaust valve opening period overlaps with the timing at which blowdown occurs immediately after the exhaust valves of other cylinders are opened, and the exhaust pressure (exhaust pressure) The pressure in the vicinity of the port, exhaust manifold and exhaust pipe) fluctuates rapidly and is not stable. On the other hand, the exhaust pressure in the second half of the second exhaust valve opening period is relatively stable.

この第2排気弁開弁期間についてより具体的に説明する。本機関を直列3気筒機関として、各シリンダを、機関の出力を取り出す側と離れた位置から順に第1シリンダ、第2シリンダ、第3シリンダと特定する。第1シリンダにおける第2排気弁開弁期間(図4のシリンダ#1の第2排気弁開弁期間EX2)の初期は、第3シリンダにおける第1排気弁開弁期間(同図4のシリンダ#3の排気弁開弁期間EX1)の初期と重なり、この第3シリンダによるブローダウンが生じた直後のタイミングとなっている(同図4のBD#3の実線を参照。)。ブローダウンによって排気圧力(同図4の排気圧力PE)は急激に上昇し、その後急激に下降する。このブローダウン前後のタイミングにて燃焼室内へと吸入される逆流ガスの量を調整しようとしても、その逆流ガスの量はその排気弁を開く度に大きく変動する可能性があり、また排気弁を開くタイミングの僅かな変化に対してその逆流ガス量は大きく変動してしまう。即ち、第2排気弁開弁期間における逆流ガス量を、その第2排気弁開弁期間の開始タイミングを変更することによって微調整することは難しい。これに対し、第2排気弁開弁期間の後期において排気圧力は比較的変化が乏しく安定しているから、このタイミングの前後にて逆流ガスを吸入すると、その逆流ガス量は安定している。つまり、第2排気弁開弁期間における逆流ガス量を、その第2排気弁開弁期間の終了タイミングを変更することによって微調整することが可能である。   The second exhaust valve opening period will be described more specifically. This engine is an in-line three-cylinder engine, and each cylinder is identified as a first cylinder, a second cylinder, and a third cylinder in order from a position away from the engine output side. The initial period of the second exhaust valve opening period (second exhaust valve opening period EX2 of cylinder # 1 in FIG. 4) in the first cylinder is the first exhaust valve opening period (cylinder # in FIG. 4) of the third cylinder. 3 and the initial timing of the exhaust valve opening period EX1), the timing immediately after the blowdown by the third cylinder occurs (see the solid line of BD # 3 in FIG. 4). The exhaust pressure (exhaust pressure PE in FIG. 4) rapidly increases by blowdown, and then decreases rapidly. Even if an attempt is made to adjust the amount of backflow gas sucked into the combustion chamber at the timing before and after the blowdown, the amount of backflow gas may fluctuate greatly every time the exhaust valve is opened. The backflow gas amount greatly fluctuates with a slight change in the opening timing. That is, it is difficult to finely adjust the backflow gas amount in the second exhaust valve opening period by changing the start timing of the second exhaust valve opening period. On the other hand, since the exhaust pressure is relatively little changed and stable in the later stage of the second exhaust valve opening period, the amount of the backflow gas is stable when the backflow gas is sucked before and after this timing. That is, it is possible to finely adjust the backflow gas amount during the second exhaust valve opening period by changing the end timing of the second exhaust valve opening period.

従って、直列3気筒等の機関において上記検出された出力状態値(例えば負荷)が大きいほど、第2排気弁開弁期間の終了タイミングをより遅らせて逆流ガスを増やすことによって、他のシリンダのブローダウンによる影響が防がれつつ混合ガスの温度が微調整される。   Accordingly, the larger the detected output state value (for example, the load) in an in-line three-cylinder engine, etc., the more the backflow gas is increased by delaying the end timing of the second exhaust valve opening period, thereby increasing the flow of other cylinders. The temperature of the mixed gas is finely adjusted while the influence of the down is prevented.

また、直列3気筒等の機関において開始タイミング制御手段を更に設けてもよい。この開始タイミング制御手段は上記残留ガス生成手段を制御することによって、上記検出された出力状態値が大きくなるほど第1排気弁開弁期間の開始タイミングをより遅らせるようにこの開始タイミングを調節する(図5の(B)を参照。)。この場合、比率制御手段は上記逆流ガス生成手段を制御することによって、第2排気弁開弁期間の開始タイミングを、開始タイミング制御手段により調節される第1排気弁開弁期間の開始タイミングに対し予め調整されているタイミングまで遅らせる。   Further, a start timing control means may be further provided in an engine such as an inline three cylinder. The start timing control means adjusts the start timing so as to delay the start timing of the first exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the residual gas generation means (see FIG. (See 5 (B).) In this case, the ratio control means controls the backflow gas generation means so that the start timing of the second exhaust valve opening period is relative to the start timing of the first exhaust valve opening period adjusted by the start timing control means. Delay until the pre-adjusted timing.

開始タイミング制御手段による第1排気弁開弁期間の開始タイミングの上述した調整は、例えば機関の膨張比を変更することを目的として行われる。即ち、ここでは、高負荷運転時において第1排気弁開弁期間の開始タイミング(及び終了タイミング)を低負荷側自着火運転時よりも遅角させ、これにより膨張比をより大きくする。このように膨張比を大きくすることにより熱効率が高められる。一方、低負荷側自着火運転時においてこの第1排気弁開弁期間の開始タイミング(及び終了タイミング)を高負荷運転時よりも進角させ、これにより膨張比を小さくする。既燃ガスを十分に断熱膨張させると温度が低下してしまうが、この第1排気弁開弁期間の進角によってその温度低下が抑えられる。また、この第1排気弁開弁期間の開始タイミングの調整は、残留ガス量を調整することを目的として行ってもよい。   The above-described adjustment of the start timing of the first exhaust valve opening period by the start timing control means is performed for the purpose of changing the expansion ratio of the engine, for example. That is, here, the start timing (and end timing) of the first exhaust valve opening period during the high load operation is retarded from that during the low load side self-ignition operation, thereby increasing the expansion ratio. The thermal efficiency is increased by increasing the expansion ratio in this way. On the other hand, the start timing (and end timing) of the first exhaust valve opening period is advanced during the low load side self-ignition operation, compared with the high load operation, thereby reducing the expansion ratio. If the burnt gas is sufficiently adiabatically expanded, the temperature is lowered, but the temperature drop is suppressed by the advance angle of the first exhaust valve opening period. The start timing of the first exhaust valve opening period may be adjusted for the purpose of adjusting the residual gas amount.

更に、前述したように、直列3気筒又はV型6気筒等の機関では、一のシリンダにおける第2排気弁開弁期間の初期は他のシリンダにおける排気行程の初期と重なり、逆流ガス量(第2排気弁開弁期間における排気ポートからの既燃ガスの吸入量)を安定させることは難しい。これに対し、本機関のように、開始タイミング制御手段による第1排気弁開弁期間の開始タイミングの変更に合わせて、第2排気弁開弁期間の開始タイミングを予め調整されたタイミングまで遅らせれば、他のシリンダのブローダウンにより逆流ガス量が変動することを抑えることができる。(当然ながら、機関が有する複数のシリンダは同じように排気弁開弁期間の開始タイミングを調節され、また同じように第2排気弁開弁期間を変更されることを前提としている。)   Further, as described above, in an engine such as an in-line 3 cylinder or a V type 6 cylinder, the initial period of the second exhaust valve opening period in one cylinder overlaps with the initial stage of the exhaust stroke in the other cylinder, and the amount of backflow gas (first 2) It is difficult to stabilize the amount of burned gas from the exhaust port during the exhaust valve opening period. On the other hand, as in this engine, the start timing of the second exhaust valve opening period can be delayed to a previously adjusted timing in accordance with the change of the start timing of the first exhaust valve opening period by the start timing control means. For example, it is possible to prevent the backflow gas amount from fluctuating due to blowdown of other cylinders. (Of course, the plurality of cylinders of the engine are premised on that the start timing of the exhaust valve opening period is similarly adjusted and the second exhaust valve opening period is similarly changed.)

加えて、先述した機関においてシリンダは、(2)直列型に4気筒又はV型に各列4気筒ずつ8気筒配置してもよい。以下、先述した機関において、このようなシリンダ配置を有する機関を単に「直列4気筒等の機関」と称する。直列4気筒等の機関において、上記比率制御手段は上記逆流ガス生成手段を制御することによって、上記出力状態検出手段により検出された出力状態値が大きくなるほど第2排気弁開弁期間の開始タイミングをより進めるようになっていることが望ましい(図5の(C)を参照。)。   In addition, in the engine described above, the cylinders may be (2) eight cylinders arranged in series, four cylinders or four V cylinders in each row. Hereinafter, in the above-described engine, an engine having such a cylinder arrangement is simply referred to as an “in-line four-cylinder engine”. In an engine such as an inline 4-cylinder engine, the ratio control unit controls the backflow gas generation unit so that the start timing of the second exhaust valve opening period increases as the output state value detected by the output state detection unit increases. It is desirable to further advance (see FIG. 5C).

第2排気弁開弁期間につきより具体的に説明する。本機関を直列4気筒機関として、上述と同様に、各シリンダを、出力側と離れた位置から順に第1シリンダ、第2シリンダ、第3シリンダ、第4シリンダと特定する。このとき、第1シリンダにおける第2排気弁開弁期間(図8のシリンダ#1の第2排気弁開弁期間EX2)の後期は、第4シリンダにおける第1排気弁開弁期間(同図8のシリンダ#4の第1排気弁開弁期間EX1)の初期と重なる。即ち、第1シリンダの第2排気弁開弁期間の後期は、第4シリンダによるブローダウンが生ずるタイミングとなっている。このブローダウン前後に排気圧力は激しく上下する(同図8のBD#4の実線を参照。)。これに対して、第2排気弁開弁期間の初期における排気圧力は比較的安定している。   The second exhaust valve opening period will be described more specifically. As this engine is an in-line four-cylinder engine, each cylinder is identified as a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder in order from a position away from the output side in the same manner as described above. At this time, the second exhaust valve opening period (second exhaust valve opening period EX2 of cylinder # 1 in FIG. 8) in the first cylinder is the first exhaust valve opening period (FIG. 8) in the fourth cylinder. This overlaps with the initial period of the first exhaust valve opening period EX1) of cylinder # 4. That is, the latter period of the second exhaust valve opening period of the first cylinder is the timing at which blowdown by the fourth cylinder occurs. Before and after this blowdown, the exhaust pressure rises and falls violently (see the solid line for BD # 4 in FIG. 8). On the other hand, the exhaust pressure in the initial stage of the second exhaust valve opening period is relatively stable.

従って、直列4気筒機関等においては検出された出力状態値が大きいほど第2排気弁開弁期間の開始タイミングをより進めることにより逆流ガスを増やすことによって、第2排気弁開弁期間が他のシリンダのブローダウンと重なり、第2排気弁開弁期間における逆流ガス量がそのブローダウンの影響を受けて急激に変動することを防ぐことができる。   Accordingly, in an in-line four-cylinder engine or the like, the larger the detected output state value is, the more the backflow gas is increased by advancing the start timing of the second exhaust valve opening period, so that the second exhaust valve opening period becomes another It overlaps with the blow-down of the cylinder, and it is possible to prevent the backflow gas amount during the opening period of the second exhaust valve from fluctuating rapidly under the influence of the blow-down.

また、直列4気筒等の機関において別の開始タイミング制御手段を更に設けてもよい。この開始タイミング制御手段は上記残留ガス生成手段を制御することによって、上記検出された出力状態値が大きくなるほど第1排気弁開弁期間の開始タイミングをより遅らせるようにこの開始タイミングを調節する(図5の(D)を参照。)。このとき、比率制御手段は上記逆流ガス生成手段を制御することによって、第2排気弁開弁期間の終了タイミングを、開始タイミング制御手段により調節される第1排気弁開弁期間の開始タイミングに対し予め調整されているタイミングまで遅らせる。これによって、他のシリンダのブローダウンによる悪影響を回避することができる。   Further, another start timing control means may be further provided in an inline 4-cylinder engine. The start timing control means adjusts the start timing so as to delay the start timing of the first exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the residual gas generation means (see FIG. (See (D) of 5). At this time, the ratio control means controls the backflow gas generation means so that the end timing of the second exhaust valve opening period is relative to the start timing of the first exhaust valve opening period adjusted by the start timing control means. Delay until the pre-adjusted timing. As a result, adverse effects caused by blowdown of other cylinders can be avoided.

以下、本発明による予混合圧縮自着火内燃機関の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of a premixed compression self-ignition internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

a.第1実施形態
図1は第1実施形態に係る内燃機関の概略構成を示している。この内燃機関10は4ストローク直列3気筒機関である。即ち、機関10が有する3つのシリンダは(紙面と垂直な方向に)一列に並べて配置されており、各シリンダにおいて順次実行される1つの燃焼サイクルは順に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を含んでいる。また、機関10は自着火運転方式と火花点火運転方式とを切り替えて運転するようになっている。なお、この図1には1つのシリンダの縦断面のみを示しているが、他のシリンダも同様の構成を備えている。
a. First Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment. The internal combustion engine 10 is a four-stroke in-line three-cylinder engine. That is, the three cylinders of the engine 10 are arranged in a line (in a direction perpendicular to the paper surface), and one combustion cycle sequentially executed in each cylinder is in order an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Is included. The engine 10 is operated by switching between the self-ignition operation method and the spark ignition operation method. Although FIG. 1 shows only a longitudinal section of one cylinder, the other cylinders have the same configuration.

機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20に空気(新気)を供給するための吸気系40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系50とを含んでいる。   The engine 10 includes a cylinder block 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head 30 fixed on the cylinder block 20, and air (fresh air) to the cylinder block 20. An intake system 40 for supplying and an exhaust system 50 for releasing the exhaust gas from the cylinder block unit 20 to the outside are included.

シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、この往復動がコンロッド23を通じてクランク軸24に伝達され、これによりクランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21の側壁面とピストン22の頂面とは、シリンダヘッド部30の下面とともにペントルーフ型の燃焼室25を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and this reciprocation is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The side wall surface of the cylinder 21 and the top surface of the piston 22 together with the lower surface of the cylinder head portion 30 form a pent roof type combustion chamber 25.

シリンダヘッド部30は、混合ガス(少なくとも空気と燃料とを含む。)を燃焼室25内へと吸入させるための燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉するための吸気弁32、駆動回路33に接続されていてこの駆動回路33からの駆動信号に応答して吸気弁32を電磁的に開閉する吸気弁電磁駆動機構32aを備えている。この吸気弁電磁駆動機構32aは吸気弁32の開閉に先立って予め設定された開閉タイミング(クランク角度)にてまた予め設定されたリフト量VLだけ吸気弁32を開くようになっている。CPU71はこの開閉タイミング及びリフト量VLを機関10の負荷に応じて可変に設定することが可能である。後述する排気弁電磁駆動機構38aについても同様である。   The cylinder head portion 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25 for sucking mixed gas (including at least air and fuel) into the combustion chamber 25, and an intake valve 32 for opening and closing the intake port 31. The intake valve electromagnetic drive mechanism 32 a is connected to the drive circuit 33 and electromagnetically opens and closes the intake valve 32 in response to a drive signal from the drive circuit 33. The intake valve electromagnetic drive mechanism 32a opens the intake valve 32 at a preset opening / closing timing (crank angle) prior to opening / closing of the intake valve 32 and by a preset lift amount VL. The CPU 71 can variably set the opening / closing timing and the lift amount VL according to the load of the engine 10. The same applies to an exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a described later.

また、シリンダヘッド部30は、燃焼室25内に、吸気行程中の所定のタイミングにて、混合ガスを形成するための燃料をこの燃焼室25内の上部に向けて直接噴射する直噴弁34、及び、燃焼室25内の上部に露呈した電極部における火花放電より混合ガスに火花点火する点火プラグ35を備えている。直噴弁34には図示しない蓄圧室、燃料ポンプ及び燃料タンクが順に接続されている。これら蓄圧室、燃料ポンプ及び燃料タンクは機関10に1つずつ設けられ、3つのシリンダに設けられた各直噴弁の間で共用される。燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を高圧にしてから蓄圧室に供給し、蓄圧室は高圧の燃料を貯蔵するようになっている。直噴弁34は、駆動信号(燃料噴射信号)に応答して開いたとき、蓄圧室から燃焼室25内へと高圧の燃料を噴射するようになっている。点火プラグ35には、この点火プラグ35に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ36が接続されている。点火プラグ35は火花点火運転時に混合ガスへの火花点火を行い、自着火運転時に火花点火を停止するように制御されるようになっている。   Further, the cylinder head portion 30 directly injects fuel for forming a mixed gas into the combustion chamber 25 toward the upper portion in the combustion chamber 25 at a predetermined timing during the intake stroke. In addition, a spark plug 35 that sparks and ignites the mixed gas from the spark discharge at the electrode portion exposed in the upper part of the combustion chamber 25 is provided. An accumulator chamber, a fuel pump, and a fuel tank (not shown) are connected to the direct injection valve 34 in this order. These pressure accumulating chambers, fuel pumps, and fuel tanks are provided one by one in the engine 10 and are shared among the direct injection valves provided in the three cylinders. The fuel pump raises the fuel in the fuel tank to high pressure and supplies it to the pressure accumulation chamber. The pressure accumulation chamber stores high pressure fuel. The direct injection valve 34 is configured to inject high-pressure fuel from the pressure accumulation chamber into the combustion chamber 25 when opened in response to a drive signal (fuel injection signal). An igniter 36 including an ignition coil that generates a high voltage to be applied to the spark plug 35 is connected to the spark plug 35. The spark plug 35 is controlled so as to ignite the mixed gas during the spark ignition operation and to stop the spark ignition during the self-ignition operation.

更に、シリンダヘッド部30は、既燃ガス(混合ガスの燃焼により生じたガス)を燃焼室25から排出させるための燃焼室25に連通した排気ポート37、排気ポート37を開閉するための排気弁38、及び、駆動回路33に接続されていて駆動回路33からの駆動信号に応答して排気弁38を電磁的に開閉する排気弁電磁駆動機構38aを備えている。   Further, the cylinder head portion 30 includes an exhaust port 37 communicating with the combustion chamber 25 for discharging burned gas (gas generated by the combustion of the mixed gas) from the combustion chamber 25, and an exhaust valve for opening and closing the exhaust port 37. 38, and an exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a that is connected to the drive circuit 33 and electromagnetically opens and closes the exhaust valve 38 in response to a drive signal from the drive circuit 33.

吸気系40は、下流側となる各シリンダの吸気ポート31へとそれぞれ枝分かれして連通した吸気マニホールド41、この吸気マニホールド41の上流側への集合部となるサージタンク42、サージタンク42に一端が接続された吸気ダクト43、吸気ダクト43の他端部から下流に向けて吸気マニホールド41側へと順に吸気ダクト43に配設されたエアフィルタ44、ターボチャージャ81のコンプレッサ81a、バイパス流量調整弁45、インタークーラ46及びスロットル弁47を備えている。   The intake system 40 includes an intake manifold 41 that branches and communicates with an intake port 31 of each cylinder on the downstream side, a surge tank 42 that is a gathering portion on the upstream side of the intake manifold 41, and one end of the surge tank 42. The connected intake duct 43, the air filter 44 disposed in the intake duct 43 in order from the other end of the intake duct 43 toward the downstream side, the compressor 81a of the turbocharger 81, and the bypass flow rate adjustment valve 45. , An intercooler 46 and a throttle valve 47 are provided.

加えて、吸気系40は、インタークーラ46をバイパスするためのバイパス通路48を備えている。このバイパス通路48の一端はバイパス流量調整弁45と接続されており、その他端はインタークーラ46とスロットル弁47の間の位置にて吸気ダクト43に接続されている。バイパス流量調整弁45は、駆動信号に応答してバルブ開度を変更することにより、インタークーラ46へと流入する空気量と、バイパス通路48へと流入する空気量(インタークーラ46をバイパスする空気量)とを調整できるようになっている。このインタークーラ46は本例では水冷式であって、吸気ダクト43を通過していく空気を冷却するようになっている。   In addition, the intake system 40 includes a bypass passage 48 for bypassing the intercooler 46. One end of the bypass passage 48 is connected to the bypass flow rate adjusting valve 45, and the other end is connected to the intake duct 43 at a position between the intercooler 46 and the throttle valve 47. The bypass flow rate adjusting valve 45 changes the valve opening degree in response to the drive signal, so that the amount of air flowing into the intercooler 46 and the amount of air flowing into the bypass passage 48 (air bypassing the intercooler 46). Amount) and can be adjusted. The intercooler 46 is water-cooled in this example, and cools the air passing through the intake duct 43.

スロットル弁47は吸気ダクト43内においてこの吸気ダクト43に回動可能に支持されており、スロットルモータ47aに接続されている。スロットルモータ47aはスロットル弁47を回転駆動し、これにより吸気ダクト43の開口断面積を変更するようになっている。   The throttle valve 47 is rotatably supported by the intake duct 43 in the intake duct 43, and is connected to a throttle motor 47a. The throttle motor 47a rotationally drives the throttle valve 47, thereby changing the opening cross-sectional area of the intake duct 43.

排気系50は、上流側となる各シリンダの排気ポート37へとそれぞれ枝分かれして連通した通路と、この各通路を下流側にて合流させる集合部とからなる排気マニホールド51、排気マニホールド51の集合部の下流にてこの集合部から連通した排気管52、排気管52内に配設されたターボチャージャ81のタービン81b、排ガスがタービン81bをバイパスするように両端がこのタービン81bの上流及び下流にて排気管52に連通したウェイストゲート通路53、ウェイストゲート通路53に配設された過給圧調整弁53a、及び、タービン81bの下流の排気管52に配設された三元触媒54を備えている。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 and a collection of exhaust manifolds 51 each including a passage that branches and communicates with the exhaust port 37 of each cylinder on the upstream side, and a collecting portion that joins the passages on the downstream side. The exhaust pipe 52 communicated from the collecting section downstream of the turbine section, the turbine 81b of the turbocharger 81 disposed in the exhaust pipe 52, and both ends upstream and downstream of the turbine 81b so that the exhaust gas bypasses the turbine 81b. A waste gate passage 53 communicating with the exhaust pipe 52, a supercharging pressure adjusting valve 53a disposed in the waste gate passage 53, and a three-way catalyst 54 disposed in the exhaust pipe 52 downstream of the turbine 81b. Yes.

これらのように吸気系40と排気系50との各部を配置することによって、ターボチャージャ81のタービン81bは排ガスのエネルギーにより回転し、このタービン81bの回転がタービン81bと同軸上のコンプレッサ81aへと伝わり、この伝えられた回転によりコンプレッサ81a内の空気が圧縮される。ターボチャージャ81はこのようにして機関10に空気を過給するようになっている。また、過給圧調整弁53aはタービン81bへと流入していく排ガスの量を駆動信号に応答して調整し、これにより吸気マニホールド41内の圧力(過給圧)を調整するようになっている。   By arranging the portions of the intake system 40 and the exhaust system 50 as described above, the turbine 81b of the turbocharger 81 is rotated by the energy of the exhaust gas, and the rotation of the turbine 81b is transferred to the compressor 81a coaxial with the turbine 81b. The air in the compressor 81a is compressed by the transmitted rotation. The turbocharger 81 supercharges air to the engine 10 in this way. Further, the supercharging pressure adjustment valve 53a adjusts the amount of exhaust gas flowing into the turbine 81b in response to the drive signal, thereby adjusting the pressure (supercharging pressure) in the intake manifold 41. Yes.

機関10はエアフローメータ61、クランクポジションセンサ62及びアクセル開度センサ63を備えている。エアフローメータ61は吸入されていく空気量Gaを表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ62は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにクランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この幅広のパルス信号が機関10の回転速度NEを表す。アクセル開度センサ63は、運転者により操作されるアクセルペダル82の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。   The engine 10 includes an air flow meter 61, a crank position sensor 62, and an accelerator opening sensor 63. The air flow meter 61 outputs a signal representing the amount of air Ga that is being inhaled. The crank position sensor 62 outputs a signal having a narrow pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 ° and a signal having a wide pulse every time the crankshaft 24 rotates 360 °. This wide pulse signal represents the rotational speed NE of the engine 10. The accelerator opening sensor 63 outputs a signal representing the operation amount Accp of the accelerator pedal 82 operated by the driver.

電気制御装置70は、互いにバス接続されたCPU71、CPU71が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともにこの格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、並びに、ADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース75は上記センサ61〜63と接続され、CPU71にセンサ61〜63からの信号を供給するようになっている。また、インターフェース75は駆動回路33、直噴弁34、イグナイタ36、バイパス流量調整弁45、スロットルモータ47a及び過給圧調整弁53aと接続されていて、CPU71の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。   The electric control device 70 includes a CPU 71 connected to each other by a bus, a routine (program) executed by the CPU 71, a table (look-up table, map), a ROM 72 in which constants are stored in advance, and the CPU 71 temporarily stores data as necessary. The microcomputer includes a RAM 73 to be stored, a backup RAM 74 that stores data while the power is turned on, and retains the stored data while the power is shut off, and an interface 75 including an AD converter. The interface 75 is connected to the sensors 61 to 63, and supplies signals from the sensors 61 to 63 to the CPU 71. The interface 75 is connected to the drive circuit 33, the direct injection valve 34, the igniter 36, the bypass flow rate adjustment valve 45, the throttle motor 47a, and the supercharging pressure adjustment valve 53a. It is supposed to be sent out.

加えて、電気制御装置70は、自着火運転方式と火花点火運転方式との切り替え制御を機関10の負荷L及び回転速度NEに応じて行い、更に、各運転方式に応じて吸気弁32及び排気弁38の開閉タイミング及びリフト量VL、直噴弁34による燃料の噴射タイミング及び噴射量、点火プラク35による火花点火の有無などを設定するようになっている。本例では機関10の負荷Lをアクセルペダル82の操作量Accpにより表す。   In addition, the electric control device 70 performs switching control between the self-ignition operation method and the spark ignition operation method according to the load L and the rotational speed NE of the engine 10, and further, the intake valve 32 and the exhaust gas according to each operation method. The opening / closing timing and lift amount VL of the valve 38, the fuel injection timing and injection amount by the direct injection valve 34, the presence / absence of spark ignition by the ignition plaque 35, and the like are set. In this example, the load L of the engine 10 is represented by the operation amount Accp of the accelerator pedal 82.

この運転方式の切り替えについてより具体的に説明する。先ず電気制御装置70のROM72には図2に示した運転領域マップが記憶されている。この運転領域マップは低負荷側自着火運転方式、高負荷側(中高負荷側)自着火運転方式及び火花点火運転方式と、機関10の負荷L(アクセルペダル82の操作量Accp)及び回転速度NEとの関係を規定する。運転領域マップ中に示した低負荷側自着火領域R1及び高負荷側自着火領域R2において自着火運転方式による運転及び火花点火運転方式による運転が可能である。低負荷側自着火領域R1は全運転領域のうち、低負荷であって且つ低回転速度から中回転速度の領域であり、高負荷側自着火領域R2は低負荷側自着火領域R1よりも高負荷側となる領域である。低負荷側自着火領域R1及び高負荷側自着火領域R2は、運転中に大きな燃焼騒音や失火が発生しないこと等に基づいてその範囲が予め設定されている。後述するように、低負荷側自着火領域R1と高負荷側自着火領域R2との間では、吸気弁32及び排気弁38を開閉するタイミングが異なっている。   This operation mode switching will be described more specifically. First, the operation region map shown in FIG. 2 is stored in the ROM 72 of the electric control device 70. This operation region map includes a low load side self-ignition operation method, a high load side (medium / high load side) self-ignition operation method, a spark ignition operation method, a load L of the engine 10 (operation amount Accp of the accelerator pedal 82), and a rotational speed NE. Defines the relationship. In the low load side self-ignition region R1 and the high load side autoignition region R2 shown in the operation region map, operation by the self-ignition operation method and operation by the spark ignition operation method are possible. The low load side self-ignition region R1 is a low load and low to medium rotation speed region in the entire operation region, and the high load side self ignition region R2 is higher than the low load side self ignition region R1. This is the area on the load side. The ranges of the low-load side self-ignition region R1 and the high-load side self-ignition region R2 are set in advance based on the fact that no large combustion noise or misfire occurs during operation. As will be described later, the timing for opening and closing the intake valve 32 and the exhaust valve 38 is different between the low load side autoignition region R1 and the high load side autoignition region R2.

また、運転領域マップ中の火花点火領域R3においては火花点火運転方式による運転のみが可能である。火花点火領域R3は全運転領域から自着火領域R1,R2を除いた領域であって、全運転領域のうち「極低負荷又は高負荷であって且つ低回転速度から中回転速度の領域」及び「極低負荷から高負荷であって且つ高回転速度の領域」である。   In the spark ignition region R3 in the operation region map, only the operation by the spark ignition operation method is possible. The spark ignition region R3 is a region obtained by excluding the self-ignition regions R1 and R2 from the entire operation region, and among the entire operation regions, “extremely low load or high load and a region from a low rotation speed to a medium rotation speed” and “A region of extremely low load to high load and high rotational speed”.

(残留ガス量及び逆流ガス量の比率の調整)
機関10の特徴の1つは自着火運転時において、低負荷側での運転(低負荷側自着火領域R1における運転)と高負荷側での運転(高負荷側自着火領域R2における運転)との間で吸気弁32及び排気弁38の開閉タイミングを異ならせることにある。これによって、燃焼室25内における残留ガスの量と逆流ガスの量との比率を調整する。ここで、残留ガスとは排気行程において排気を終了したタイミングにて燃焼室25内に残留している既燃ガスをいう。また、逆流ガスとは吸気行程内に開始タイミングを有する所定期間において排気弁38を開くことによって排気ポート37から燃焼室25内へと逆流する既燃ガスをいう。
(Adjustment of ratio of residual gas amount and backflow gas amount)
One of the features of the engine 10 is that during the self-ignition operation, operation on the low load side (operation in the low load side self-ignition region R1) and operation on the high load side (operation in the high load side self-ignition region R2) The opening / closing timing of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 is made different between the two. As a result, the ratio between the amount of residual gas and the amount of backflow gas in the combustion chamber 25 is adjusted. Here, the residual gas refers to burned gas remaining in the combustion chamber 25 at the timing when exhaust is completed in the exhaust stroke. The backflow gas refers to burnt gas that flows back from the exhaust port 37 into the combustion chamber 25 by opening the exhaust valve 38 during a predetermined period having a start timing in the intake stroke.

図3は自着火運転時における各シリンダの吸気弁32及び排気弁38のクランク角度CAに応じたリフト量VLの変化を模式的に示している。曲線C1は、低負荷側自着火運転時における排気動作のために開閉させる排気弁38のリフト量VLの変化を表しており、曲線C2は、高負荷側自着火運転時における排気動作のために開閉させる排気弁38のリフト量VLの変化を表している。曲線C3は、低負荷側自着火運転時及び高負荷側自着火運転時における吸気動作のために開閉させる吸気弁32のリフト量VLの変化を表している。曲線C4は、低負荷側自着火運転時における逆流ガスの吸入のために開閉させる排気弁38のリフト量VLの変化を表しており、曲線C5は、高負荷側自着火運転時における逆流ガスの吸入のために開閉させる排気弁38のリフト量VLの変化を表している。   FIG. 3 schematically shows a change in the lift amount VL according to the crank angle CA of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 of each cylinder during the self-ignition operation. A curve C1 represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 that is opened and closed for the exhaust operation during the low load side self-ignition operation, and a curve C2 is for the exhaust operation during the high load side auto ignition operation. This represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 to be opened and closed. A curve C3 represents a change in the lift amount VL of the intake valve 32 that is opened and closed for the intake operation during the low load side self-ignition operation and the high load side self ignition operation. A curve C4 represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 that is opened and closed for intake of the backflow gas during the low load side self-ignition operation, and a curve C5 represents the backflow gas during the high load side autoignition operation. This represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 that is opened and closed for inhalation.

1つの燃焼サイクルは上述のように吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を順に含んでいる。これら4つの行程のそれぞれはクランク角にして180°毎の行程であり、且つピストン位置にしてTDC(上死点)からBDC(下死点)まで又はBDCからTDCまでの行程である。ここでは、1つのシリンダにおける吸気弁32及び排気弁38等の作動について説明するが、他のシリンダにおいても吸気弁及び排気弁等が同様に作動するようになっている。機関10が有する3つのシリンダについて、機関10の出力が取り出される側から離れた位置にあるシリンダから順に第1シリンダ、第2シリンダ、第3シリンダという。機関10における燃焼順序は、第1シリンダ→第3シリンダ→第2シリンダである。連続して燃焼を迎える2つのシリンダの間の位相差はクランク角にして240°と全て等しい。先ず低負荷側自着火運転時について、便宜上、前回の燃焼サイクルの後半における膨張行程及び排気行程から説明を始め、今回の燃焼サイクルの前半における吸気行程及び圧縮行程へと順に説明を続ける。   As described above, one combustion cycle includes an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke in order. Each of these four strokes is a stroke every 180 ° as a crank angle, and is a stroke from TDC (top dead center) to BDC (bottom dead center) or from BDC to TDC as a piston position. Here, the operation of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 and the like in one cylinder will be described, but the intake valve and the exhaust valve and the like operate similarly in other cylinders. The three cylinders of the engine 10 are referred to as a first cylinder, a second cylinder, and a third cylinder in order from the cylinder located at a position away from the side from which the output of the engine 10 is extracted. The combustion order in the engine 10 is first cylinder → third cylinder → second cylinder. The phase difference between two cylinders that continuously undergo combustion is all equal to 240 ° in crank angle. First, for the convenience of the low load side self-ignition operation, for the sake of convenience, the description starts from the expansion stroke and the exhaust stroke in the second half of the previous combustion cycle, and continues to the intake stroke and the compression stroke in the first half of the current combustion cycle.

膨張行程は同図3に示したように圧縮TDCから膨張BDCまでの行程である。この膨張行程においてはその初期から燃焼室25内にて自着火した混合ガスが燃焼して既燃ガスとなっていき、この燃焼の際に生じたガスの圧力がピストン22を押し下げていく。そして、膨張行程後期にてクランク角が所定のクランク角度CAeo1となったとき、CPU71は駆動回路33に駆動信号を送出して排気弁電磁駆動機構38aを駆動することにより、閉じていた排気弁38を開く。この排気弁38の開弁によって高温高圧となっている既燃ガスが燃焼室25内から排気ポート37へと排出される。排気弁38を開いた直後から少しの間においてブローダウンが生じる。即ち、既燃ガスが排気ポート37を通じて排気系50へと一気に噴出し、排気圧力PE(排気ポート37から排気管52にかけての圧力)が一時的に急上昇する。この排気弁38が開かれるタイミングCAeo1の直後当たりまでに、燃焼して膨張するガスがピストン22を押し下げる仕事が終わる。つまり、このタイミングCAeo1により膨張比が決まる。   The expansion stroke is a stroke from the compression TDC to the expansion BDC as shown in FIG. In this expansion stroke, the gas mixture self-ignited in the combustion chamber 25 from the beginning burns and becomes burned gas, and the pressure of the gas generated during this combustion pushes down the piston 22. When the crank angle becomes a predetermined crank angle CAeo1 in the latter stage of the expansion stroke, the CPU 71 sends a drive signal to the drive circuit 33 to drive the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a, thereby closing the exhaust valve 38 that has been closed. open. When the exhaust valve 38 is opened, the burned gas having a high temperature and high pressure is discharged from the combustion chamber 25 to the exhaust port 37. Blowdown occurs immediately after opening the exhaust valve 38. That is, the burnt gas is ejected at once to the exhaust system 50 through the exhaust port 37, and the exhaust pressure PE (pressure from the exhaust port 37 to the exhaust pipe 52) temporarily rises rapidly. By the time immediately after the timing CAeo1 when the exhaust valve 38 is opened, the work of burning and expanding the gas to push down the piston 22 is completed. That is, the expansion ratio is determined by this timing CAeo1.

排気行程は膨張BDCから排気TDCまでの行程である。この排気行程においてその初期から既燃ガスが排気ポート37へと排出され続けている。そして、排気行程後期に入りクランク角が所定のクランク角度CAec1となったとき、CPU71は排気弁電磁駆動機構38aを駆動することにより、その開いていた排気弁38を閉じる。この排気弁38の閉弁により燃焼室25内にある既燃ガスの排出が終わる。排気行程における排気弁38の開弁期間、即ち排気弁38が開かれるタイミングCAeo1から閉じられるタイミングCAec1までの期間を第1排気弁開弁期間EX1という。次いで、排気行程末期にてクランク角が所定のクランク角度CAioとなったとき、CPU71は駆動回路33に駆動信号を送出して吸気弁電磁駆動機構32aを駆動することにより、閉じていた吸気弁32を開く。この吸気弁32の開弁により、吸気ポート32から燃焼室25内へと空気が吸入され始める。   The exhaust stroke is a stroke from the expansion BDC to the exhaust TDC. In this exhaust stroke, burned gas has been discharged to the exhaust port 37 from the beginning. Then, when the crank angle becomes the predetermined crank angle CAec1 at the later stage of the exhaust stroke, the CPU 71 drives the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a to close the opened exhaust valve 38. By closing the exhaust valve 38, the discharge of the burned gas in the combustion chamber 25 is completed. The opening period of the exhaust valve 38 in the exhaust stroke, that is, the period from the timing CAeo1 when the exhaust valve 38 is opened to the timing CAec1 when it is closed is referred to as a first exhaust valve opening period EX1. Next, when the crank angle reaches a predetermined crank angle CAio at the end of the exhaust stroke, the CPU 71 sends a drive signal to the drive circuit 33 to drive the intake valve electromagnetic drive mechanism 32a, thereby closing the intake valve 32 that has been closed. open. By opening the intake valve 32, air starts to be sucked from the intake port 32 into the combustion chamber 25.

ここで、排気行程の後期にて排気弁38が閉じられるタイミングCAec1と、この排気行程の末期にて吸気弁32が開かれるタイミングCAioとは、燃焼室25内に所定量の残留ガスが生成されるように予め調整されている。つまり、先の膨張行程にて生じた既燃ガスの一部が残留ガスとして、続く排気行程にて燃焼室25内から排出されることなく吸気弁開弁期間INの開始タイミングCAioまで残留し、この残留ガスがこれ以降の行程に供されるようになっている。この吸気弁開弁期間INとは、吸気行程における吸気弁32の開弁期間、言い換えれば吸気弁32が開かれるタイミングCAioから閉じられる所定のタイミングCAicまでの期間をいう。そして、排気TDCに対して第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び吸気弁開弁期間INの開始タイミングCAioを調整することによって、即ち、排気TDC前後において第1排気弁開弁期間EX1と吸気弁開弁期間INとの間で負又は正のオーバーラップを調整することによって、燃焼室25内に残る残留ガスの量を増減することが可能である。   Here, a timing CAec1 at which the exhaust valve 38 is closed at the later stage of the exhaust stroke and a timing CAio at which the intake valve 32 is opened at the end of the exhaust stroke, a predetermined amount of residual gas is generated in the combustion chamber 25. It is adjusted in advance so that That is, a part of the burned gas generated in the previous expansion stroke remains as residual gas until the start timing CAio of the intake valve opening period IN without being discharged from the combustion chamber 25 in the subsequent exhaust stroke, This residual gas is used for the subsequent steps. The intake valve opening period IN is the opening period of the intake valve 32 in the intake stroke, in other words, the period from the timing CAio at which the intake valve 32 is opened to the predetermined timing CAic at which the intake valve 32 is closed. Then, by adjusting the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 and the start timing CAio of the intake valve opening period IN with respect to the exhaust TDC, that is, before and after the exhaust TDC, the first exhaust valve opening period EX1. It is possible to increase or decrease the amount of residual gas remaining in the combustion chamber 25 by adjusting the negative or positive overlap between the intake valve opening period IN and the intake valve opening period IN.

吸気行程は排気TDCから吸気BDCまでの行程である。吸気行程初期より空気が吸気ポート31から燃焼室25内へと吸入され続けている。その後、吸気行程中期に入る直前頃に、クランク角が所定のクランク角度CAdとなったとき、CPU71は直噴弁34を開くことにより、燃焼室25内に向けて燃料を噴射させる。この噴射された燃料と燃焼室25内の空気とによって混合ガスが形成される。その後、吸気行程の中頃にてクランク角が所定のクランク角度CAeo2となったとき、CPU71は排気弁電磁駆動機構38aを駆動することにより、閉じていた排気弁38を再び開く。この排気弁38の再開弁により、既燃ガスが排気ポート37から燃焼室25内へと逆流ガスとして吸入され始める。一方、この間においても吸気ポート31から燃焼室25内へと空気が吸入され続けている。逆流ガスと空気と混合ガスとは交じり合って略均質なガスとなっていく。次いで、吸気行程後期にてクランク角が所定のクランク角度CAec2となったとき、CPU71は上述と同様にしてその開いていた排気弁38を閉じる。この排気弁38の閉弁により、燃焼室25内への逆流ガスの吸入が終わる。吸気行程におけるこの排気弁38の開弁期間、即ち排気弁38が開かれるタイミングCAeo2から閉じられるCAec2までの期間を第2排気弁開弁期間EX2という。この第2排気弁開弁期間EX2を調整することによって、燃焼室25内へと吸入される逆流ガスの量を増減することが可能である。   The intake stroke is a stroke from the exhaust TDC to the intake BDC. From the beginning of the intake stroke, air has been sucked into the combustion chamber 25 from the intake port 31. Thereafter, when the crank angle reaches a predetermined crank angle CAd just before the middle of the intake stroke, the CPU 71 opens the direct injection valve 34 to inject fuel into the combustion chamber 25. A mixed gas is formed by the injected fuel and the air in the combustion chamber 25. Thereafter, when the crank angle reaches a predetermined crank angle CAeo2 in the middle of the intake stroke, the CPU 71 drives the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a to reopen the closed exhaust valve 38. Due to the restart valve of the exhaust valve 38, the burned gas starts to be sucked into the combustion chamber 25 from the exhaust port 37 as a backflow gas. On the other hand, air continues to be sucked from the intake port 31 into the combustion chamber 25 during this time. The backflow gas, the air, and the mixed gas are mixed to become a substantially homogeneous gas. Next, when the crank angle becomes a predetermined crank angle CAec2 in the latter stage of the intake stroke, the CPU 71 closes the opened exhaust valve 38 in the same manner as described above. By closing the exhaust valve 38, the suction of the backflow gas into the combustion chamber 25 is completed. The opening period of the exhaust valve 38 in the intake stroke, that is, the period from the timing CAeo2 when the exhaust valve 38 is opened to CAec2 when it is closed is referred to as a second exhaust valve opening period EX2. By adjusting the second exhaust valve opening period EX2, it is possible to increase or decrease the amount of the backflow gas sucked into the combustion chamber 25.

圧縮行程は吸気BDCから圧縮TDCまでの行程である。圧縮行程初期からピストン22が上昇していき、これに伴い燃焼室25内にて混合ガスが圧縮されていく。クランク角がクランク角度CAicとなったとき、CPU71は吸気弁電磁駆動機構32aを駆動することにより、その開いていた吸気弁32を閉じる。燃焼室25内への空気の流入は空気の慣性により吸気BDC通過後も少しの間だけ続くが、この流入も吸気弁32の閉弁によって終わる。本例では、この吸気弁開弁期間INの一部として第2排気弁開弁期間EX2が含まれている。その後、圧縮行程後期にかけて燃焼室25内の混合ガスは圧縮されることにより高温高圧となる。この混合ガスは圧縮TDC直前に自着火し、膨張行程にて激しく燃焼する。この混合ガスの自着火による燃焼がピストン22を押し下げ、機関10の動力を生み出す。   The compression stroke is a stroke from the intake BDC to the compression TDC. The piston 22 rises from the beginning of the compression stroke, and the mixed gas is compressed in the combustion chamber 25 along with this. When the crank angle becomes the crank angle CAic, the CPU 71 drives the intake valve electromagnetic drive mechanism 32a to close the opened intake valve 32. The inflow of air into the combustion chamber 25 continues for a short time after passing through the intake BDC due to the inertia of the air, but this inflow also ends when the intake valve 32 is closed. In this example, the second exhaust valve opening period EX2 is included as a part of the intake valve opening period IN. Thereafter, the mixed gas in the combustion chamber 25 is compressed to a high temperature and a high pressure through the latter half of the compression stroke. This mixed gas self-ignites immediately before the compression TDC and burns violently in the expansion stroke. Combustion due to the self-ignition of the mixed gas pushes down the piston 22 and generates power for the engine 10.

これらのようにして1サイクル分の燃焼サイクルが終わる。上述のように膨張行程後期から、この燃焼により生じた既燃ガスの排出が始まり、この燃焼サイクルが繰り返し実行されていく。   Thus, the combustion cycle for one cycle is completed. As described above, from the latter stage of the expansion stroke, the combustion gas generated by this combustion starts to be discharged, and this combustion cycle is repeatedly executed.

以上に示した低負荷側自着火運転時のシリンダにおける吸気弁32及び排気弁38の作動に対し、高負荷側自着火運転時には、同図3の曲線C1及び曲線C2に示したように第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミング(排気弁38が閉じられるタイミング)CAec1が低負荷側自着火運転時の終了タイミングCAec1よりも遅角される(遅らされる)。この終了タイミングCAec1の遅角によって、燃焼室25内の残留ガス量が低負荷側自着火運転時よりも少なくなる。加えて、高負荷側自着火運転時には、同図3の曲線C4及び曲線C5に示したように第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2も低負荷側自着火運転時から遅角される。この終了タイミングCAec2の遅角によって、燃焼室25内へと吸入される逆流ガス量がより多くなる。   In contrast to the operation of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 in the cylinder during the low load side self-ignition operation described above, the first operation as shown by the curves C1 and C2 in FIG. The end timing of the exhaust valve opening period EX1 (timing when the exhaust valve 38 is closed) CAec1 is retarded (delayed) than the end timing CAec1 during the low load side self-ignition operation. Due to the retardation of the end timing CAec1, the amount of residual gas in the combustion chamber 25 becomes smaller than that in the low load side self-ignition operation. In addition, during the high load side self-ignition operation, as shown by the curves C4 and C5 in FIG. 3, the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 is also retarded from the low load side self-ignition operation. . Due to the retardation of the end timing CAec2, the amount of the backflow gas sucked into the combustion chamber 25 becomes larger.

つまり、本機関10では、低負荷側運転時において、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率が第1所定値となるように、第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2が予め設定されている。そして、高負荷側運転時において、その残留ガス量の比率が上記第1所定値よりも小さな第2所定値となるように、第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2が予め設定されている。ここで、低負荷側運転時及び高負荷側運転時におけるタイミングCAec1、CAec2の各値は実験又はシミュレーション等によって定められている。CPU71は、アクセルペダル82の操作量Accpにより例えば低負荷側から高負荷側へと移行したことを検出すると、残留ガス量の比率が第1所定値から第2所定値となるように、低負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2を、それぞれ、高負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2に遅角させる。   That is, in the engine 10, during the low load side operation, the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 and the second exhaust valve are set such that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes the first predetermined value. The end timing CAec2 of the valve opening period EX2 is set in advance. During the high load side operation, the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 and the second exhaust valve are set so that the ratio of the residual gas amount becomes a second predetermined value smaller than the first predetermined value. The end timing CAec2 of the valve opening period EX2 is set in advance. Here, the values of the timings CAec1 and CAec2 during the low load side operation and during the high load side operation are determined by experiments or simulations. When the CPU 71 detects the shift from the low load side to the high load side, for example, by the operation amount Accp of the accelerator pedal 82, the low load is set so that the ratio of the residual gas amount is changed from the first predetermined value to the second predetermined value. The end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 during the side operation and the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 are respectively set to the end timing of the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation. The timing is delayed to CAec1 and the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2.

更に具体的に高負荷側運転時における第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2の遅角につき図4を用いて説明する。同図4はクランク角度CAに応じた排気圧力PEの変化を示している。ここで、シリンダ#1、シリンダ#2及びシリンダ#3はそれぞれ第1シリンダ、第2シリンダ及び第3シリンダを表す。例えば第1シリンダの第2排気弁開弁期間EX2が開始する前後は、第3シリンダによりブローダウンが生じたタイミングの直後に重なっている。そのため、排気圧力PE(排気マニホールド51から排気管52にかけての圧力)は急激に変動して安定しない(同図4のBD#3の実線を参照。)。このブローダウン前後のタイミングにて燃焼室内へと吸入される逆流ガスの量を調整しようとしても、その逆流ガスの量はその排気弁38を開く度に大きく変動する可能性があり、また排気弁38を開くタイミングの僅かな変化に対してその逆流ガス量は大きく変動してしまう。一方、第1シリンダの第2排気弁開弁期間EX2の後期において第3シリンダのブローダウンによる急激な排気圧力PEの変動は収まっており、排気圧力PEは比較的安定している。従って、第2排気弁開弁期間EX2における逆流ガス量を、その第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2を変更することにより微調整することが可能である。   More specifically, the retardation of the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 during the high load side operation will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the change of the exhaust pressure PE according to the crank angle CA. Here, cylinder # 1, cylinder # 2 and cylinder # 3 represent the first cylinder, the second cylinder and the third cylinder, respectively. For example, before and after the start of the second exhaust valve opening period EX2 of the first cylinder, it overlaps immediately after the timing at which blowdown occurs by the third cylinder. Therefore, the exhaust pressure PE (pressure from the exhaust manifold 51 to the exhaust pipe 52) fluctuates rapidly and is not stable (see the solid line BD # 3 in FIG. 4). Even if an attempt is made to adjust the amount of backflow gas sucked into the combustion chamber at the timing before and after the blowdown, the amount of backflow gas may fluctuate greatly each time the exhaust valve 38 is opened. The amount of backflow gas greatly fluctuates with a slight change in the timing of opening 38. On the other hand, in the latter period of the second exhaust valve opening period EX2 of the first cylinder, the sudden fluctuation of the exhaust pressure PE due to the blowdown of the third cylinder is stopped, and the exhaust pressure PE is relatively stable. Therefore, it is possible to finely adjust the backflow gas amount in the second exhaust valve opening period EX2 by changing the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2.

本例では高負荷側運転時において逆流ガス量をより多くするために第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2が遅角されるから、他のシリンダのブローダウンによりその逆流ガス量が不安定となることが防がれている。つまり、例えばその開始タイミングCAeo2を変更するよりも精密に逆流ガス量を調整することができる。   In this example, the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 is retarded in order to increase the amount of backflow gas during high-load operation, so that the backflow gas amount is not increased due to blowdown of other cylinders. It is prevented from becoming stable. That is, for example, the backflow gas amount can be adjusted more precisely than changing the start timing CAeo2.

以上説明したように、本発明の第1実施形態に係る機関10によれば、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率は機関10の負荷Lに応じて調整される。具体的に、この調整は、図5(A)に示したように高負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2が低負荷側運転時よりも遅角されることにより行われる。   As described above, according to the engine 10 according to the first embodiment of the present invention, the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount is adjusted according to the load L of the engine 10. Specifically, as shown in FIG. 5A, this adjustment is performed when the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 and the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 at the time of high load side operation. This is done by being delayed more than during low-load operation.

このように本機関は残留ガスを燃焼室25内に残留させておくことにより圧縮端温度を高めるため、低負荷側自着火運転時において、失火を生じさせることなく自着火による燃焼をより安定させることができる。また、高負荷側自着火運転時において、本機関10は異常燃焼又は異常燃焼による燃焼騒音が発生することを防ぐために従来のように冷却された還流ガス(周知の外部EGRシステムにより再循環されるガス)を用いることなく、残留ガスよりもやや温度が低い逆流ガスを用いている。そのため、混合ガスの温度をより細やかに精度良く調整することが可能となる。また、負荷Lが低負荷側であるか高負荷側であるかに応じて適切に残留ガス量及び混合ガス量が調整され、負荷Lの大きさに関わらず自着火のタイミングを適切に制御することができる。結果的に、従来よりも高負荷限界を拡大することができる。更に、これらの効果は、吸気弁32及び排気弁38の開閉タイミングを変更するための吸気弁電磁駆動機構32a、排気弁電磁駆動機構38a及びCPU71等という簡便な構成により達せられ、複雑な構造を要しない。そのため、機関の製造コストを低く抑えることができる。   In this way, the engine increases the compression end temperature by allowing the residual gas to remain in the combustion chamber 25. Therefore, in the low load side self-ignition operation, the combustion by self-ignition is further stabilized without causing misfire. be able to. Further, during the high load side self-ignition operation, the engine 10 is recirculated by a conventionally cooled recirculated gas (known external EGR system) to prevent abnormal combustion or combustion noise due to abnormal combustion. Gas) is used, and a backflow gas having a temperature slightly lower than the residual gas is used. Therefore, the temperature of the mixed gas can be adjusted more finely and with high accuracy. In addition, the residual gas amount and the mixed gas amount are appropriately adjusted according to whether the load L is on the low load side or the high load side, and the self-ignition timing is appropriately controlled regardless of the size of the load L. be able to. As a result, the high load limit can be expanded as compared with the conventional case. Further, these effects can be achieved by a simple structure such as an intake valve electromagnetic drive mechanism 32a, an exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a, a CPU 71, etc. for changing the opening / closing timing of the intake valve 32 and the exhaust valve 38. I don't need it. Therefore, the manufacturing cost of the engine can be kept low.

なお、上記実施形態に係る機関10は、「吸気、圧縮、膨張及び排気の各動作を順に含む燃焼サイクルを所定数のシリンダにて順次実行し、各シリンダ内に形成された燃焼室において空気と燃料とを含む混合ガスを圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火内燃機関」である。吸気弁32、吸気弁電磁駆動機構32a、排気弁38、排気弁電磁駆動機構38a及びCPU71等が、「前回の燃焼サイクルにおいて混合ガスの燃焼により燃焼室内に生じた既燃ガスのうちの一部が残留ガスとして、前回の次ぎになる今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する混合ガス中に含まれるように、既燃ガスの一部を燃焼室内に残留させる残留ガス生成手段」に相当する。また、排気弁38、排気弁電磁駆動機構38a及びCPU71等が、「前回の燃焼サイクルにおいて生じた後に排気動作により燃焼室から排気ポートへと一旦排出されたガスの一部となる既燃ガスのうちの他の一部が逆流ガスとして、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する混合ガス中に含まれるように、既燃ガスの他の一部を燃焼室内に逆流させる逆流ガス生成手段」に相当する。   Note that the engine 10 according to the embodiment described above is described as follows: “A combustion cycle including each operation of intake, compression, expansion, and exhaust is sequentially performed in a predetermined number of cylinders, and air and combustion are formed in combustion chambers formed in the respective cylinders. It is a “premixed compression self-ignition internal combustion engine” that self-ignites and burns by compressing a mixed gas containing fuel. The intake valve 32, the intake valve electromagnetic drive mechanism 32a, the exhaust valve 38, the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a, the CPU 71, and the like indicate that “a part of the burned gas generated in the combustion chamber by the combustion of the mixed gas in the previous combustion cycle”. Corresponds to “residual gas generating means for causing a part of burned gas to remain in the combustion chamber” so as to be included in the mixed gas combusted in the present combustion cycle next to the previous time as residual gas. Further, the exhaust valve 38, the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a, the CPU 71, and the like indicate that the burned gas that becomes part of the gas once exhausted from the combustion chamber to the exhaust port by the exhaust operation after being generated in the previous combustion cycle. It corresponds to “backflow gas generating means for backflowing the other part of the burned gas into the combustion chamber so that the other part of the burned gas is included in the mixed gas combusted in the current combustion cycle as the backflow gas.

アクセル開度センサ63が「機関の出力に応じて変化する出力状態値を検出する出力状態検出手段」に相当し、CPU71等が「検出された出力状態値に応じた機関の出力が大きくなるほど逆流させられる逆流ガスの量に対する残留させられる残留ガスの量の比率がより小さくなるように、残留ガス生成手段及び逆流ガス生成手段の少なくとも一方を制御する比率制御手段」に相当する。   The accelerator opening sensor 63 corresponds to “output state detecting means for detecting an output state value that changes according to the output of the engine”, and the CPU 71 or the like “reversely flows as the engine output corresponding to the detected output state value increases. It corresponds to a “ratio control means for controlling at least one of the residual gas generation means and the backflow gas generation means” so that the ratio of the amount of residual gas remaining to the amount of backflow gas to be reduced becomes smaller.

b.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関について説明する。本機関も第1実施形態と同様に4ストローク直列3気筒内燃機関であり、図2と同様の運転領域マップに基づき低負荷側自着火運転方式と高負荷側自着火運転方式と火花点火運転方式とを切り替えて運転することが可能である。第2実施形態の機関において、低負荷側自着火運転時の各シリンダにおける吸気弁32及び排気弁38の作動は上記第1実施形態の機関と同様である。第2実施形態の本機関は同図5(B)に示したように、高負荷側自着火運転時において第1排気弁開弁期間EX1(その開始タイミングCAeo1及び終了タイミングCAec1の双方)を低負荷側自着火運転時より遅角させ、これに連動させて第2排気弁開弁期間EX2を遅角させる点において同図5(A)に示した第1実施形態と相違する。以下、かかる相違点を中心として説明する。
b. Second Embodiment Next, an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described. This engine is also a four-stroke in-line three-cylinder internal combustion engine as in the first embodiment, and is based on the same operation region map as in FIG. 2, the low load side self-ignition operation method, the high load side self-ignition operation method, and the spark ignition operation method. It is possible to drive by switching between In the engine of the second embodiment, the operation of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 in each cylinder during the low load side self-ignition operation is the same as that of the engine of the first embodiment. As shown in FIG. 5B, the engine of the second embodiment reduces the first exhaust valve opening period EX1 (both its start timing CAeo1 and end timing CAec1) during the high load side self-ignition operation. The second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 5A in that the second exhaust valve opening period EX2 is retarded by delaying from the load-side self-ignition operation. Hereinafter, this difference will be mainly described.

図6は自着火運転時における各シリンダの吸気弁32及び排気弁38のクランク角度CAに応じたリフト量VLの変化を模式的に示している。同図6において、図3と同様に、曲線C1、曲線C3及び曲線C4は、低負荷側自着火運転時における排気弁38及び吸気弁32のリフト量VLの変化を表しており、また曲線C2及び曲線C5は、高負荷側自着火運転時における排気弁38のリフト量VLの変化を表している。   FIG. 6 schematically shows a change in the lift amount VL according to the crank angle CA of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 of each cylinder during the self-ignition operation. In FIG. 6, as in FIG. 3, curves C1, C3, and C4 represent changes in the lift amount VL of the exhaust valve 38 and the intake valve 32 during the low load side self-ignition operation, and the curve C2 A curve C5 represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 during the high load side self-ignition operation.

CPU71は、図6の曲線C1及び曲線C2に示したように高負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1を遅角させる。これにより、残留ガス量が低負荷側運転時より少なくなり、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率がより小さくなっている。つまり、低負荷側運転時において、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率が第1所定値となるように、低負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1及び終了タイミングCAec1が予め設定されている。その一方、高負荷側運転時において、その残留ガス量の比率が上記第1所定値よりも小さな第2所定値となるように、第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1及び終了タイミングCAec1が予め設定されている。CPU71は、アクセルペダル82の操作量Accpにより例えば低負荷側から高負荷側へと移行したことを検出すると、残留ガス量の比率が第1所定値から第2所定値となるように、低負荷側運転時における開始タイミングCAeo1及び終了タイミングCAec1を遅角させる。   The CPU 71 retards the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation as shown by the curves C1 and C2 in FIG. Thereby, the residual gas amount becomes smaller than that during low-load operation, and the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes smaller. That is, the start timing CAeo1 and end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 during the low load side operation so that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes the first predetermined value during the low load side operation. Is preset. On the other hand, at the time of high load side operation, the start timing CAeo1 and the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 so that the ratio of the residual gas amount becomes a second predetermined value smaller than the first predetermined value. Is preset. When the CPU 71 detects the shift from the low load side to the high load side, for example, by the operation amount Accp of the accelerator pedal 82, the low load is set so that the ratio of the residual gas amount is changed from the first predetermined value to the second predetermined value. The start timing CAeo1 and end timing CAec1 during the side operation are retarded.

そして、CPU71は高負荷側運転時において、上述した第1排気弁開弁期間EX1の遅角に合わせて、同図6の曲線C4及び曲線C5に示したように第2排気弁開弁期間EX2(その開始タイミングCAeo2及び終了タイミングCAec2の双方)を低負荷側運転時よりも遅角させる。これにより、後に詳述するように低負荷側運転時と高負荷側運転時とにおいて第2排気弁開弁期間EX2における逆流ガス量を略一定に維持することができる。ここで、第1シリンダ、第2シリンダ及び第3シリンダのそれぞれにおいて第1排気弁開弁期間EX1及び第2排気弁開弁期間EX2のそれぞれが同様に遅角されることを前提としている。   Then, during the high load side operation, the CPU 71 adjusts to the retardation of the first exhaust valve opening period EX1 described above, as shown by the curves C4 and C5 in FIG. (Both the start timing CAeo2 and the end timing CAec2) are retarded than during low-load operation. As a result, as will be described in detail later, the backflow gas amount in the second exhaust valve opening period EX2 can be maintained substantially constant during the low load side operation and during the high load side operation. Here, it is assumed that the first exhaust valve opening period EX1 and the second exhaust valve opening period EX2 are similarly retarded in each of the first cylinder, the second cylinder, and the third cylinder.

具体的にこの第2排気弁開弁期間EX2の遅角によりどのように逆流ガス量が略一定に維持されるのかについて図4を用いて説明する。第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1を膨張BDC前45°とした場合、排気圧力PEは同図4の実線で示したように推移する。この場合、例えば第3シリンダのブローダウンが生ずるタイミングは第1シリンダの排気弁38が第2排気弁開弁期間EX2において開かれる直前となり、第2排気弁開弁期間EX2の間、排気圧力PEはそれほど急激には変化せず略安定している。これに対して、第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1を膨張BDC前15°と遅角させた場合、排気圧力PEは同図4の点線で示したように推移する。この場合、第3シリンダによるブローダウンのタイミングは第1シリンダの排気弁38が第2排気弁開弁期間EX2において開かれた直後となり、第2排気弁開弁期間EX2の間、排気圧力PEは急激に上下し安定しない。これによると、高負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1を膨張BDC前45°とした場合、燃焼室25内へと吸入される逆流ガスの量は、低負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1を膨張BDC前15°とした場合よりも著しく多くなる。   Specifically, how the backflow gas amount is maintained substantially constant by the retardation of the second exhaust valve opening period EX2 will be described with reference to FIG. When the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1 is set to 45 ° before expansion BDC, the exhaust pressure PE changes as shown by the solid line in FIG. In this case, for example, the timing at which the blowdown of the third cylinder occurs immediately before the exhaust valve 38 of the first cylinder is opened in the second exhaust valve opening period EX2, and during the second exhaust valve opening period EX2, the exhaust pressure PE Does not change so rapidly and is almost stable. On the other hand, when the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1 is retarded by 15 ° before the expansion BDC, the exhaust pressure PE changes as indicated by the dotted line in FIG. In this case, the timing of blowdown by the third cylinder is immediately after the exhaust valve 38 of the first cylinder is opened in the second exhaust valve opening period EX2, and during the second exhaust valve opening period EX2, the exhaust pressure PE is It goes up and down suddenly and is not stable. According to this, when the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1 is 45 ° before expansion BDC during high load side operation, the amount of the backflow gas sucked into the combustion chamber 25 is low load side. During operation, the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1 is significantly greater than when it is set to 15 ° before expansion BDC.

そこで、本機関は高負荷側運転時において、第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1の遅角に応じて遅角するブローダウンによる排気圧力PEの推移に合わせて、このブローダウンが第2排気弁開弁期間EX2に重ならないように、第2排気弁開弁期間EX2を低負荷側運転時から遅角させる。この第2排気弁開弁期間EX2の遅角により高負荷側運転時においても低負荷側運転時においても逆流ガス量を略一定に維持しつつ、上記した第1排気弁開弁期間EX1の遅角によって残留ガス量及び逆流ガス量の比率を精度良く調整することが可能となる。   Therefore, during the high load side operation, this engine is operated according to the transition of the exhaust pressure PE due to the blowdown that is delayed according to the delay of the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1. 2 The second exhaust valve opening period EX2 is retarded from the time of low load side operation so as not to overlap the exhaust valve opening period EX2. Due to the delay of the second exhaust valve opening period EX2, the backflow gas amount is maintained substantially constant during both the high load side operation and the low load side operation, while the delay of the first exhaust valve opening period EX1 described above. The ratio of the residual gas amount and the backflow gas amount can be accurately adjusted by the angle.

c.第3実施形態
続いて、本発明の第3実施形態に係る内燃機関について説明する。本機関は第1実施形態及び第2実施形態とは異なり、4ストローク直列4気筒内燃機関である。また、本機関は第1実施形態及び第2実施形態と同様、運転領域マップに基づき低負荷側自着火運転方式と高負荷側自着火運転方式と火花点火運転方式とを切り替えて運転することが可能である。更に、第3実施形態の機関において、低負荷側自着火運転時の各シリンダにおける吸気弁32及び排気弁38等の作動は上記第1実施形態と同様である。直列4気筒機関である第3実施形態の本機関は図5(C)に示したように、高負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1の遅角に対して、第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2を低負荷側運転時よりも進角させる(進める)点において図5(A)に示した第1実施形態と相違する。かかる相違点を中心に説明する。
c. Third Embodiment Subsequently, an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention will be described. Unlike the first and second embodiments, this engine is a four-stroke in-line four-cylinder internal combustion engine. Further, similarly to the first embodiment and the second embodiment, the engine can be operated by switching the low load side self-ignition operation method, the high load side self ignition operation method, and the spark ignition operation method based on the operation region map. Is possible. Further, in the engine of the third embodiment, the operation of the intake valve 32, the exhaust valve 38, etc. in each cylinder during the low load side self-ignition operation is the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 5C, the engine of the third embodiment, which is an in-line four-cylinder engine, with respect to the retardation of the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation, The second exhaust valve opening period EX2 is different from the first embodiment shown in FIG. 5A in that the start timing CAeo2 is advanced (advanced) from the low load side operation. This difference will be mainly described.

図7は図3及び図6と同様に、自着火運転時における各シリンダの吸気弁32及び排気弁38のクランク角度CAに応じたリフト量VLの変化を模式的に示している。図3及び図6と同様に、曲線C1、曲線C3及び曲線C4は低負荷側自着火運転時における排気弁38及び吸気弁32のリフト量VLの変化を表しており、また曲線C2及び曲線C5は、高負荷側自着火運転時における排気弁38のリフト量VLの変化を表している。   FIG. 7 schematically shows the change in the lift amount VL according to the crank angle CA of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 of each cylinder during the self-ignition operation, as in FIGS. 3 and 6. Similar to FIGS. 3 and 6, curves C1, C3, and C4 represent changes in the lift amount VL of the exhaust valve 38 and the intake valve 32 during the low load side self-ignition operation, and the curves C2 and C5 Represents a change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 during the high load side self-ignition operation.

CPU71は、図7の曲線C1及び曲線C2に示したように高負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1を遅角させることにより、残留ガス量を低負荷側運転時より少なくする。加えて、CPU71は、同図7の曲線C4及び曲線C5に示したように第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2を進角させることにより、燃焼室25内へと吸入される逆流ガス量をより多くする。つまり、本機関では、低負荷側運転時において、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率が第1所定値となるように、第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2が予め設定されている。そして、高負荷側運転時において、その残留ガス量の比率が上記第1所定値よりも小さな第2所定値となるように、高負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1及び第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2が予め設定されている。CPU71は、アクセルペダル82の操作量Accpにより例えば低負荷側から高負荷側へと移行したことを検出すると、残留ガス量の比率が第1所定値から第2所定値となるように、低負荷側運転時における第1排気弁開弁期間EX1の終了タイミングCAec1を遅角させるとともに第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2を進角させる。   The CPU 71 delays the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation as shown by the curves C1 and C2 in FIG. 7, thereby reducing the residual gas amount during the low load side operation. Less. In addition, the CPU 71 advances the start timing CAeo2 of the second exhaust valve opening period EX2 as shown by the curves C4 and C5 in FIG. Make more. That is, in this engine, during the low load side operation, the end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 and the opening of the second exhaust valve so that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes the first predetermined value. The start timing CAeo2 of the valve period EX2 is set in advance. Then, during the high load side operation, the end timing of the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation so that the ratio of the residual gas amount becomes a second predetermined value smaller than the first predetermined value. The start timing CAeo2 of CAec1 and the second exhaust valve opening period EX2 is set in advance. When the CPU 71 detects the shift from the low load side to the high load side, for example, by the operation amount Accp of the accelerator pedal 82, the low load is set so that the ratio of the residual gas amount is changed from the first predetermined value to the second predetermined value. The end timing CAec1 of the first exhaust valve opening period EX1 during the side operation is retarded and the start timing CAeo2 of the second exhaust valve opening period EX2 is advanced.

具体的に高負荷側運転時における第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2の進角につき図8を用いて説明する。例えば第1シリンダの第2排気弁開弁期間EX2が終了する前後は、第4シリンダによりブローダウンが生ずるタイミングの前後に重なっており、排気圧力PEは急激に変動して安定しない(同図8のBD#4を参照。)。従って、このブローダウン前後のタイミングにて燃焼室内へと吸入される逆流ガスの量を調整しようとしても、その逆流ガスの量はその排気弁38を開く度に大きく変動する可能性があり、また排気弁38を開くタイミングの僅かな変化に対してその逆流ガス量は大きく変動する。即ち、このブローダウン前後のタイミングにて逆流ガス量を微調整することは困難である。一方、第1シリンダの第2排気弁開弁期間EX2の初期において排気圧力PEは比較的安定している。そこで、本例では高負荷側運転時において第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミングCAeo2が低負荷側運転時よりも進角されることによって逆流ガス量がより多くなるように調整し、これによって他のシリンダのブローダウンの影響を受けて逆流ガス量が不安定となることを防いでいる。   Specifically, the advance angle of the start timing CAeo2 of the second exhaust valve opening period EX2 during the high load side operation will be described with reference to FIG. For example, before and after the end of the second exhaust valve opening period EX2 of the first cylinder, it overlaps before and after the timing at which blowdown occurs by the fourth cylinder, and the exhaust pressure PE fluctuates rapidly and is not stable (FIG. 8). (See BD # 4.) Therefore, even if an attempt is made to adjust the amount of backflow gas sucked into the combustion chamber at the timing before and after the blowdown, the amount of backflow gas may fluctuate greatly each time the exhaust valve 38 is opened. The backflow gas amount greatly fluctuates with a slight change in the timing of opening the exhaust valve 38. That is, it is difficult to finely adjust the backflow gas amount at the timing before and after the blowdown. On the other hand, the exhaust pressure PE is relatively stable at the initial stage of the second exhaust valve opening period EX2 of the first cylinder. Therefore, in this example, during the high load side operation, the start timing CAeo2 of the second exhaust valve opening period EX2 is adjusted so as to advance more than the low load side operation so that the backflow gas amount is increased. This prevents the amount of backflow gas from becoming unstable due to the blowdown of other cylinders.

d.第4実施形態
本発明の第4実施形態に係る内燃機関について説明する。本機関も第3実施形態と同様に4ストローク直列4気筒内燃機関であり、同様に、運転領域マップに基づき低負荷側自着火運転方式と高負荷側自着火運転方式と火花点火運転方式とを切り替えて運転することが可能である。更に、第4実施形態の機関において、低負荷側自着火運転時の各シリンダにおける吸気弁32及び排気弁38等の作動は上記第3実施形態と同様である。第4実施形態の機関は図5(D)に示したように高負荷側自着火運転時において第1排気弁開弁期間EX1を低負荷側自着火運転時より遅角させ、これに連動させて第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2を遅角させる点において図5(C)に示した第3実施形態と相違する。
d. Fourth Embodiment An internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention will be described. This engine is also a four-stroke in-line four-cylinder internal combustion engine as in the third embodiment. Similarly, based on the operation region map, the low-load side self-ignition operation method, the high-load side self-ignition operation method, and the spark ignition operation method are used. It is possible to switch and drive. Further, in the engine of the fourth embodiment, the operation of the intake valve 32, the exhaust valve 38, etc. in each cylinder during the low load side self-ignition operation is the same as that of the third embodiment. As shown in FIG. 5 (D), the engine of the fourth embodiment retards the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side self-ignition operation, and interlocks with this. This is different from the third embodiment shown in FIG. 5C in that the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 is retarded.

図9は図3等と同様に、自着火運転時における各シリンダの吸気弁32及び排気弁38のクランク角度CAに応じたリフト量VLの変化を模式的に示している。図3等と同様に、曲線C1、曲線C3及び曲線C4は低負荷側自着火運転時における排気弁38及び吸気弁32のリフト量VLの変化を表しており、また曲線C2及び曲線C5は、高負荷側自着火運転時における排気弁38のリフト量VLの変化を表している。   FIG. 9 schematically shows the change in the lift amount VL according to the crank angle CA of the intake valve 32 and the exhaust valve 38 of each cylinder during the self-ignition operation, as in FIG. Similar to FIG. 3 and the like, the curves C1, C3, and C4 represent changes in the lift amount VL of the exhaust valve 38 and the intake valve 32 during the low load side self-ignition operation, and the curves C2 and C5 are The change in the lift amount VL of the exhaust valve 38 during the high load side self-ignition operation is shown.

CPU71は、図9の曲線C1及び曲線C2に示したように高負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1を遅角させる。これにより、残留ガス量が低負荷側運転時より少なくなり、逆流ガス量に対する残留ガス量の比率がより小さくなっている。更に、CPU71は、この第1排気弁開弁期間EX1の遅角に合わせて、同図9の曲線C4及び曲線C5に示したように第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2を低負荷側運転時よりも遅角させる。これにより、以下に述べるように低負荷側運転時と高負荷側運転時とにおいて第2排気弁開弁期間EX2における逆流ガス量を安定して燃焼室25内に流入させることができる。   The CPU 71 retards the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side operation as shown by the curves C1 and C2 in FIG. Thereby, the residual gas amount becomes smaller than that during low-load operation, and the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes smaller. Further, the CPU 71 sets the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 to a low load as shown by the curves C4 and C5 in FIG. 9 in accordance with the retardation of the first exhaust valve opening period EX1. The angle is retarded compared to the side driving. Thereby, as described below, the backflow gas amount in the second exhaust valve opening period EX2 can be stably flowed into the combustion chamber 25 during the low load side operation and during the high load side operation.

具体的にこの第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2の遅角によりどのようにして逆流ガス量が安定させられるのかについて図8を用いて説明する。例えば低負荷側運転時の第1排気弁開弁期間EX1の開始タイミングCAeo1を膨張BDC前30°とした場合、排気圧力PEは同図8に示したように推移する。この場合、例えば第4シリンダのブローダウンが生ずるタイミングは第1シリンダの排気弁38が第2排気弁開弁期間EX2において閉じられる直前となり、そのブローダウンが生じている期間の一部が第2排気弁開弁期間EX2の一部に重なっている。これに対して、高負荷側運転時において第1排気弁開弁期間EX1を膨張BDC前30°よりも遅角させた場合、第4シリンダのブローダウン期間も遅角し第1シリンダの第2排気弁開弁期間EX2と重ならなくなる。そこで、本機関はこのブローダウン期間の一部が高負荷側運転時においても低負荷側運転時と同様に第2排気弁開弁期間EX2内に含まれるように、第2排気弁開弁期間EX2の終了タイミングCAec2を遅角させる。これにより、高負荷側運転時と低負荷側運転時との間で逆流ガス量が急変することを防ぐことが可能となる。   Specifically, how the backflow gas amount is stabilized by the delay of the end timing CAec2 of the second exhaust valve opening period EX2 will be described with reference to FIG. For example, when the start timing CAeo1 of the first exhaust valve opening period EX1 during low load side operation is set to 30 ° before the expansion BDC, the exhaust pressure PE changes as shown in FIG. In this case, for example, the timing at which blowdown of the fourth cylinder occurs is immediately before the exhaust valve 38 of the first cylinder is closed in the second exhaust valve opening period EX2, and part of the period during which blowdown occurs is the second. It overlaps part of the exhaust valve opening period EX2. On the other hand, when the first exhaust valve opening period EX1 is retarded from 30 ° before the expansion BDC during the high load side operation, the blowdown period of the fourth cylinder is also retarded and the second cylinder 2 It will not overlap with the exhaust valve opening period EX2. Therefore, the second exhaust valve opening period is set so that a part of this blow-down period is included in the second exhaust valve opening period EX2 during the high load side operation as well as during the low load side operation. Delay the EX2 end timing CAec2. This makes it possible to prevent the backflow gas amount from changing suddenly between the high load side operation and the low load side operation.

以上説明したように各実施形態の機関は、残留ガスを用いて失火等を生じない安定した自着火燃焼を行わせつつ、逆流ガスを用いて混合ガスの温度をより細やかに調整することができる。即ち、各実施形態の機関においては従来のように冷却された還流ガスを用いることなく、残留ガスよりもやや温度が低い逆流ガスを用いることによって、高負荷運転時における残留ガスの異常燃焼を防いでいるため、混合ガスの温度をより細やかに精度良く調整することが可能である。   As described above, the engine of each embodiment can finely adjust the temperature of the mixed gas using the backflow gas while performing stable self-ignition combustion using the residual gas without causing misfire or the like. . That is, in the engine of each embodiment, abnormal combustion of the residual gas during high load operation is prevented by using the backflow gas having a temperature slightly lower than that of the residual gas without using the cooled recirculated gas as in the prior art. Therefore, it is possible to adjust the temperature of the mixed gas more finely and accurately.

なお、本発明は上記実施形態(第1〜第4実施形態)に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態において、電気制御装置70は排気弁38の開閉タイミングを変更することによって、残留ガス量又は逆流ガス量を調整している。これら開閉タイミングに加えて、排気弁のリフト量VLを適宜変更してもよい。当然ながら、第2排気弁開弁期間EX2における排気弁のリフト量VLの変更については排気圧力PEを考慮する。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment (1st-4th embodiment), A various modification is employable within the range of the invention. For example, in the above embodiment, the electric control device 70 adjusts the residual gas amount or the backflow gas amount by changing the opening / closing timing of the exhaust valve 38. In addition to these opening / closing timings, the lift amount VL of the exhaust valve may be changed as appropriate. Naturally, the exhaust pressure PE is taken into consideration when changing the lift amount VL of the exhaust valve in the second exhaust valve opening period EX2.

また、上記実施形態において吸気弁開弁期間INの開始タイミングCAioは排気行程内に固定的に設定している。この開始タイミングCAioは、吸気行程内に設定してもよい。更に、残留ガス量を調整すること等を目的としてこの開始タイミングCAioを可変に設定してもよい。   In the above embodiment, the start timing CAio of the intake valve opening period IN is fixedly set within the exhaust stroke. The start timing CAio may be set within the intake stroke. Further, the start timing CAio may be variably set for the purpose of adjusting the residual gas amount.

上記実施形態において、電気制御装置70は、第1排気弁開弁期間EX1及び第2排気弁開弁期間EX2の開始タイミング及び終了タイミングを、機関10の負荷Lに応じて低負荷側自着火運転時と高負荷側自着火運転時との2段階に進角させ又は遅角させている。機関の負荷Lの段階数について、これを3段階以上に設定し、設定された段階に応じた排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング又は終了タイミングの調整を行ってもよい。機関の負荷Lについての閾値は機関の回転速度NEに応じて変化させてよい。   In the embodiment described above, the electric control device 70 sets the start timing and end timing of the first exhaust valve opening period EX1 and the second exhaust valve opening period EX2 according to the load L of the engine 10 at the low load side self-ignition operation. The angle is advanced or retarded in two stages, that is, during the high load side self-ignition operation. The number of stages of the engine load L may be set to three or more stages, and the start timing or end timing of the exhaust valve opening periods EX1 and EX2 may be adjusted according to the set stage. The threshold for the engine load L may be changed according to the engine speed NE.

また、負荷Lに応じた排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング及び終了タイミングの調整とは異なりまたこれに加えて、これら排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング及び終了タイミングを、機関10の回転速度NEに応じて進角させ又は遅角させてもよい。この場合、回転速度NEが大きいほど、燃焼室への吸入空気量をより多くするようになっていることが好ましい。具体的には、電気制御装置がスロットル弁開度又は過給圧を通常より大きめの値に補正することにより、吸入空気量を増量することができる。これによると、高速運転時において、残留ガス又は逆流ガスよりも低温の空気が燃焼室内に多量に吸入されるから、混合ガスの圧縮端温度をより有効に低下させて異常燃焼を防ぐことができる。   Also, unlike the adjustment of the start timing and end timing of the exhaust valve opening periods EX1, EX2 according to the load L, in addition to this, the start timing and end timing of these exhaust valve opening periods EX1, EX2 are The angle may be advanced or retarded according to the rotational speed NE of 10. In this case, it is preferable that the intake air amount into the combustion chamber is increased as the rotational speed NE increases. Specifically, the intake air amount can be increased by the electric control device correcting the throttle valve opening or the supercharging pressure to a value larger than usual. According to this, air at a lower temperature than the residual gas or the backflow gas is sucked in a large amount into the combustion chamber during high-speed operation, so that the compression end temperature of the mixed gas can be more effectively lowered to prevent abnormal combustion. .

更に、回転速度NEに応じた排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング及び終了タイミングの調整とも異なり、例えば温度センサ(出力状態検出手段)により排ガスの温度を検出して、この検出温度に応じた排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング又は終了タイミングの進角又は遅角を行ってもよい。この場合、その検出温度が予め設定した目標温度よりも低ければ逆流ガス量に対する残留ガス量の比率が現在値よりも大きくなるように、排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング又は終了タイミングを調整する。その一方、その検出温度が目標温度よりも高ければ残留ガス量の比率が現在値よりも小さくなるように、排気弁開弁期間EX1,EX2の開始タイミング又は終了タイミングを調整する。排ガスの温度に代えて、燃焼室内のガスの温度、機関のトルク、燃焼時(圧縮BDC)前後における燃焼室内のガスの圧力などを用いてもよい。   Furthermore, unlike the adjustment of the start timing and end timing of the exhaust valve opening periods EX1 and EX2 according to the rotational speed NE, for example, the temperature of the exhaust gas is detected by a temperature sensor (output state detection means), and the detected temperature is Further, the advance or retard of the start timing or end timing of the exhaust valve opening periods EX1 and EX2 may be performed. In this case, if the detected temperature is lower than the preset target temperature, the start timing or end timing of the exhaust valve opening periods EX1, EX2 is set so that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes larger than the current value. adjust. On the other hand, if the detected temperature is higher than the target temperature, the start timing or end timing of the exhaust valve opening periods EX1 and EX2 is adjusted so that the ratio of the residual gas amount becomes smaller than the current value. Instead of the temperature of the exhaust gas, the temperature of the gas in the combustion chamber, the torque of the engine, the pressure of the gas in the combustion chamber before and after combustion (compression BDC), and the like may be used.

上記実施形態において、吸気弁電磁駆動機構32a及び排気弁電磁駆動機構38aが電磁的に吸気弁32及び排気弁38を開閉させている。これに代えて、周知の可変バルブタイミングリフト機構を用いることができる。例えば吸気弁及び排気弁を機械的制御により又は更に油圧を用いた制御により開閉するようになっていてよい。機械的制御による場合、吸気弁駆動機構はカム及びカム軸を含んでおり、所定のタイミングにてまた所定のリフト量VLだけ吸気弁を開閉させるようになっている。更に油圧を用いた制御による場合、吸気弁駆動機構は、機関の運転状態に応じ油圧を用いてカム軸を進角又は遅角方向に回転させる機構を含んでいる。排気弁駆動機構についても同様である。開閉タイミング又はリフト量VLを可変に設定するために、ロッカーアームの支点の位置を変化させるようになっていてもよい。また、例えば機関が低回転速度のときに用いるカムプロフィールを有するカムと、機関が高回転速度のときに用いるカムプロフィールを有するカムとの2種のカムを切り換えるようになっていてもよい。更に、吸気弁及び排気弁の形状についてポペット状でなく、ロータリー型等であってもよい。   In the above embodiment, the intake valve electromagnetic drive mechanism 32a and the exhaust valve electromagnetic drive mechanism 38a electromagnetically open and close the intake valve 32 and the exhaust valve 38. Instead, a known variable valve timing lift mechanism can be used. For example, the intake valve and the exhaust valve may be opened and closed by mechanical control or by control using hydraulic pressure. In the case of mechanical control, the intake valve drive mechanism includes a cam and a cam shaft, and opens and closes the intake valve at a predetermined timing and by a predetermined lift amount VL. Furthermore, in the case of control using hydraulic pressure, the intake valve drive mechanism includes a mechanism that rotates the camshaft in the advance angle or retard angle direction using hydraulic pressure according to the operating state of the engine. The same applies to the exhaust valve drive mechanism. In order to variably set the opening / closing timing or the lift amount VL, the position of the fulcrum of the rocker arm may be changed. In addition, for example, a cam having a cam profile used when the engine is at a low rotation speed and a cam having a cam profile used when the engine is at a high rotation speed may be switched. Further, the shape of the intake valve and the exhaust valve may be a rotary type or the like instead of a poppet shape.

上記実施形態において、電気制御装置70は自着火運転時に火花点火を停止するようにイグナイタ36を制御している。これとは異なり、混合ガスの自着火をアシストするように所定のタイミングで火花点火してもよい。   In the above embodiment, the electric control device 70 controls the igniter 36 so as to stop the spark ignition during the self-ignition operation. Unlike this, spark ignition may be performed at a predetermined timing so as to assist the self-ignition of the mixed gas.

上記実施形態において直噴弁34による燃料噴射は吸気行程中に1回だけ行っている。燃料噴射は圧縮行程中に1回としてもよく、吸気行程中と圧縮行程中とで合わせて複数回としてもよい。また、高負荷運転時には吸気行程中に噴射し、低負荷運転時には圧縮行程中に噴射する等のように切り替えることも可能である。更に、直噴弁に代えて、ポート噴射弁を用いてよく、また直噴弁及びポート噴射弁の双方を用いてもよい。   In the above embodiment, the fuel injection by the direct injection valve 34 is performed only once during the intake stroke. The fuel injection may be performed once during the compression stroke, or may be performed a plurality of times during the intake stroke and during the compression stroke. It is also possible to switch such that the injection is performed during the intake stroke during high load operation, and the injection is performed during the compression stroke during low load operation. Further, a port injection valve may be used instead of the direct injection valve, and both the direct injection valve and the port injection valve may be used.

本発明において、第2排気弁開弁期間EX2についてはその開始タイミングが吸気行程内にあればよく、終了タイミングは例えば吸気行程後期にあっても圧縮行程初期にあってもよい。   In the present invention, the start timing of the second exhaust valve opening period EX2 only needs to be within the intake stroke, and the end timing may be, for example, late in the intake stroke or early in the compression stroke.

第1実施形態及び第2実施形態は直列3気筒機関とした。これら実施形態の機関は、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが同様となるV型6気筒機関等としてもよい。また、第3実施形態及び第4実施形態は直列4気筒機関とした。これら実施形態の機関は、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが同様のV型8気筒機関等としてもよい。   The first embodiment and the second embodiment are in-line three-cylinder engines. The engine of these embodiments may be a V-type 6-cylinder engine or the like in which the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve is the same. The third embodiment and the fourth embodiment are in-line four-cylinder engines. The engine of these embodiments may be a V-type 8-cylinder engine having the same opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve.

第2実施形態及び第4実施形態において、電気制御装置70は低負荷側運転時と高負荷側運転時との間で第1排気弁開弁期間EX1に係る排気弁38の作動角(作用角)を変化させていない。これと異なり、作動角の大きさを可変に調節してもよく、またその終了タイミングCAec1を変化させず一定のままとしてもよい。同様に、第2実施形態において第2排気弁開弁期間EX2に係る排気弁38の作動角を変化させてもよい。   In the second and fourth embodiments, the electric control device 70 operates the operating angle (working angle) of the exhaust valve 38 during the first exhaust valve opening period EX1 between the low load side operation and the high load side operation. ) Is not changed. Unlike this, the magnitude of the operating angle may be variably adjusted, and the end timing CAec1 may be kept constant without being changed. Similarly, in the second embodiment, the operating angle of the exhaust valve 38 related to the second exhaust valve opening period EX2 may be changed.

第2実施形態では、高負荷側自着火運転時において逆流ガス量に対する残留ガス量の比率をより小さくすることを目的として、第1排気弁開弁期間EX1を低負荷側自着火運転時よりも遅角させている。これに対して、膨張比をより大きくすることを目的として、この第1排気弁開弁期間EX1を遅角させてもよい。即ち、この機関は高負荷側自着火運転時において第1排気弁開弁期間EX1を低負荷側自着火運転時よりも遅角させ、これにより膨張比をより大きくする。このように膨張比を大きくすることにより熱効率が高められる。一方、低負荷側自着火運転時においてこの機関はこの第1排気弁開弁期間EX1をより進角させ、これにより膨張比を小さくする。既燃ガスを十分に断熱膨張させると温度が低下してしまうが、この第1排気弁開弁期間EX1の進角によってこの温度低下が抑えられる。   In the second embodiment, in order to reduce the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount in the high load side self-ignition operation, the first exhaust valve opening period EX1 is set to be longer than that in the low load side self ignition operation. It is retarded. On the other hand, for the purpose of increasing the expansion ratio, the first exhaust valve opening period EX1 may be retarded. That is, this engine retards the first exhaust valve opening period EX1 during the high load side self-ignition operation compared to during the low load side self ignition operation, thereby increasing the expansion ratio. The thermal efficiency is increased by increasing the expansion ratio in this way. On the other hand, at the time of low load side self-ignition operation, this engine advances the first exhaust valve opening period EX1 more, thereby reducing the expansion ratio. If the burned gas is sufficiently adiabatically expanded, the temperature is lowered, but this temperature drop is suppressed by the advance angle of the first exhaust valve opening period EX1.

本発明の第1実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. 電気制御装置のCPUが参照する運転領域マップである。It is the driving | operation area | region map which CPU of an electric control apparatus refers. 自着火運転時の各シリンダにおける吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the opening / closing timing of the intake valve and exhaust valve in each cylinder at the time of self-ignition operation. 直列3気筒機関におけるクランク角に応じた排気圧力の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the exhaust pressure according to the crank angle in an inline 3 cylinder engine. 第1〜第4実施形態の各機関における第1及び第2排気弁開弁期間の相違を示した図である。It is the figure which showed the difference in the 1st and 2nd exhaust valve opening period in each engine of 1st-4th embodiment. 第2実施形態に係る機関の自着火運転時における各シリンダの吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the opening / closing timing of the intake valve and exhaust valve of each cylinder at the time of the self-ignition operation of the engine which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る機関の自着火運転時における各シリンダの吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the opening / closing timing of the intake valve and exhaust valve of each cylinder at the time of the self ignition operation of the engine which concerns on 3rd Embodiment. 直列4気筒機関におけるクランク角に応じた排気圧力の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the exhaust pressure according to the crank angle in an inline 4 cylinder engine. 第4実施形態に係る機関の自着火運転時における各シリンダの吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the opening / closing timing of the intake valve and exhaust valve of each cylinder at the time of the self ignition operation of the engine which concerns on 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…内燃機関、25…燃焼室、31…吸気ポート、32…吸気弁、32a…吸気弁電磁駆動機構、34…直噴弁、37…排気ポート、38…排気弁、38a…排気弁電磁駆動機構、70…電気制御装置、71…CPU。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 25 ... Combustion chamber, 31 ... Intake port, 32 ... Intake valve, 32a ... Intake valve electromagnetic drive mechanism, 34 ... Direct injection valve, 37 ... Exhaust port, 38 ... Exhaust valve, 38a ... Exhaust valve electromagnetic drive Mechanism, 70 ... electric control device, 71 ... CPU.

Claims (9)

吸気、圧縮、膨張及び排気の各動作を順に含む燃焼サイクルを所定数のシリンダにて順次実行し、各シリンダ内に形成された燃焼室において空気と燃料とを含む混合ガスを圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火内燃機関であって、
前回の燃焼サイクルにおいて前記混合ガスの燃焼により燃焼室内に生じた既燃ガスのうちの一部が残留ガスとして、前回の次ぎになる今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する前記混合ガス中に含まれるように、同既燃ガスの一部を同燃焼室内に残留させる残留ガス生成手段と、
前記前回の燃焼サイクルにおいて生じた後に排気動作により燃焼室から排気ポートへと一旦排出されたガスの一部となる前記既燃ガスのうちの他の一部が逆流ガスとして、前記今回の燃焼サイクルにおいて燃焼する前記混合ガス中に含まれるように、同既燃ガスの他の一部を同燃焼室内に逆流させる逆流ガス生成手段と、
前記機関の出力に応じて変化する出力状態値を検出する出力状態検出手段と、
前記検出された出力状態値に応じた機関の出力が大きくなるほど前記逆流させられる逆流ガスの量に対する前記残留させられる残留ガスの量の比率がより小さくなるように、前記残留ガス生成手段及び前記逆流ガス生成手段の少なくとも一方を制御する比率制御手段と、
を備えた予混合圧縮自着火内燃機関。
A combustion cycle including intake, compression, expansion, and exhaust operations is sequentially executed by a predetermined number of cylinders, and the mixture gas containing air and fuel is compressed by a combustion chamber formed in each cylinder. A premixed compression self-ignition internal combustion engine that ignites and burns,
A part of the burned gas generated in the combustion chamber due to the combustion of the mixed gas in the previous combustion cycle is included as a residual gas in the mixed gas burned in the current combustion cycle next to the previous one. A residual gas generating means for leaving a part of the burned gas in the combustion chamber;
Another part of the burned gas that becomes a part of the gas once exhausted from the combustion chamber to the exhaust port by the exhaust operation after being generated in the previous combustion cycle is used as the backflow gas, and the current combustion cycle. Backflow gas generating means for backflowing another part of the burnt gas into the combustion chamber so as to be included in the mixed gas burned in
Output state detecting means for detecting an output state value that changes in accordance with the output of the engine;
The residual gas generating means and the back flow are set such that the ratio of the amount of the residual gas to be left to the amount of the back flow gas to be back flowed becomes smaller as the engine output corresponding to the detected output state value increases. A ratio control means for controlling at least one of the gas generation means;
A premixed compression self-ignition internal combustion engine.
請求項1に記載の予混合圧縮自着火内燃機関において、
前記出力状態検出手段は、
前記出力状態値として機関の負荷を検出し、
前記比率制御手段は、
前記残留ガス生成手段及び前記逆流ガス生成手段の少なくとも一方の制御を、前記検出された機関の負荷が大きくなるほど前記逆流ガス量に対する前記残留ガス量の比率がより小さくなるように行う予混合圧縮自着火内燃機関。
The premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 1,
The output state detection means includes
The engine load is detected as the output state value,
The ratio control means includes
The premixed compression self-control is performed so that at least one of the residual gas generation means and the backflow gas generation means is controlled such that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount decreases as the detected engine load increases. Ignition internal combustion engine.
請求項1に記載の予混合圧縮自着火内燃機関において、
前記出力状態検出手段は、
前記出力状態値として機関の回転速度を検出し、
前記比率制御手段は、
前記残留ガス生成手段及び前記逆流ガス生成手段の少なくとも一方の制御を、前記検出された機関の回転速度が大きくなるほど前記逆流ガス量に対する前記残留ガス量の比率がより小さくなるように行う予混合圧縮自着火内燃機関。
The premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 1,
The output state detection means includes
The engine speed is detected as the output state value,
The ratio control means includes
Premix compression in which control of at least one of the residual gas generation means and the backflow gas generation means is performed such that the ratio of the residual gas amount to the backflow gas amount becomes smaller as the detected rotational speed of the engine increases. Self-igniting internal combustion engine.
請求項3に記載の予混合圧縮自着火内燃機関であって、
前記検出された機関の回転速度が大きいほど燃焼室に吸入される空気の量をより多くするガス量調節手段を更に備えた予混合圧縮自着火内燃機関。
A premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 3,
A premixed compression self-ignition internal combustion engine further comprising gas amount adjusting means for increasing the amount of air taken into the combustion chamber as the detected rotational speed of the engine increases.
請求項2乃至請求項4の何れか一項に記載の予混合圧縮自着火内燃機関において、
前記残留ガス生成手段は、
前記前回の燃焼サイクル中の排気動作を行う期間である第1排気弁開弁期間にて排気弁を開くとともに前記今回の燃焼サイクル中の吸気動作を行う期間である吸気弁開弁期間にて吸気弁を開くことにより、前記混合ガスの燃焼により前記燃焼室内に生じた前記既燃ガスのうちの一部を前記残留ガスとして同燃焼室内に残留させ、
前記逆流ガス生成手段は、
前記今回の燃焼サイクル中の前記吸気弁開弁期間内に開始タイミングを有する第2排気弁開弁期間にて排気弁を開くことにより、前記燃焼室から一旦排出されたガスの一部となる前記既燃ガスの他の一部を前記逆流ガスとして同燃焼室内へと逆流させるように構成された予混合圧縮自着火内燃機関。
The premixed compression self-ignition internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4,
The residual gas generating means includes
The exhaust valve is opened during the first exhaust valve opening period during which the exhaust operation is performed during the previous combustion cycle and the intake valve is opened during the intake valve opening period during which the intake operation is performed during the current combustion cycle. By opening the valve, a part of the burned gas generated in the combustion chamber by the combustion of the mixed gas is left in the combustion chamber as the residual gas,
The backflow gas generating means includes
The exhaust valve is opened during a second exhaust valve opening period having a start timing within the intake valve opening period during the current combustion cycle, thereby becoming a part of the gas once exhausted from the combustion chamber. A premixed compression self-ignition internal combustion engine configured to cause another part of burned gas to flow back into the combustion chamber as the backflow gas.
請求項5に記載の予混合圧縮自着火内燃機関において、
前記シリンダは、
前記機関にて直列型に3気筒又はV型に各列3気筒ずつ6気筒配置され、
前記比率制御手段は、
前記逆流ガス生成手段を制御することによって、前記検出された出力状態値が大きくなるほど前記第2排気弁開弁期間の終了タイミングをより遅らせるように構成された予混合圧縮自着火内燃機関。
In the premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 5,
The cylinder is
In the engine, 3 cylinders are arranged in series or 6 cylinders are arranged in each row and 3 cylinders in V type,
The ratio control means includes
A premixed compression self-ignition internal combustion engine configured to delay the end timing of the second exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the backflow gas generating means.
請求項5に記載の予混合圧縮自着火内燃機関であって、
前記残留ガス生成手段を制御することによって、前記検出された出力状態値が大きくなるほど前記第1排気弁開弁期間の開始タイミングをより遅らせるように同開始タイミングを調節する開始タイミング制御手段を更に備え、
前記シリンダは、
前記機関にて直列型に3気筒又はV型に各列3気筒ずつ6気筒配置され、
前記比率制御手段は、
前記逆流ガス生成手段を制御することによって、前記第2排気弁開弁期間の開始タイミングを、前記調節される第1排気弁開弁期間の開始タイミングに対し予め調整されているタイミングまで遅らせるように構成された予混合圧縮自着火内燃機関。
A premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 5,
The control apparatus further includes a start timing control means for adjusting the start timing so as to delay the start timing of the first exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the residual gas generation means. ,
The cylinder is
In the engine, 3 cylinders are arranged in series or 6 cylinders are arranged in each row and 3 cylinders in V type,
The ratio control means includes
By controlling the backflow gas generating means, the start timing of the second exhaust valve opening period is delayed to a timing that is adjusted in advance with respect to the adjusted start timing of the first exhaust valve opening period. A premixed compression self-ignition internal combustion engine configured.
請求項5に記載の予混合圧縮自着火内燃機関において、
前記シリンダは、
前記機関にて直列型に4気筒又はV型に各列4気筒ずつ8気筒配置され、
前記比率制御手段は、
前記逆流ガス生成手段を制御することによって、前記検出された出力状態値が大きくなるほど前記第2排気弁開弁期間の開始タイミングをより進めるように構成された予混合圧縮自着火内燃機関。
In the premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 5,
The cylinder is
In the engine, 4 cylinders are arranged in series, or 8 cylinders are arranged in each row, 4 cylinders in V type,
The ratio control means includes
A premixed compression self-ignition internal combustion engine configured to advance the start timing of the second exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the backflow gas generating means.
請求項5に記載の予混合圧縮自着火内燃機関であって、
前記残留ガス生成手段を制御することによって、前記検出された出力状態値が大きくなるほど前記第1排気弁開弁期間の開始タイミングをより遅らせるように同開始タイミングを調節する開始タイミング制御手段を更に備え、
前記シリンダは、
前記機関にて直列型に4気筒又はV型に各列4気筒ずつ8気筒配置され、
前記比率制御手段は、
前記逆流ガス生成手段を制御することによって、前記第2排気弁開弁期間の終了タイミングを、前記調節される第1排気弁開弁期間の開始タイミングに対し予め調整されているタイミングまで遅らせるように構成された予混合圧縮自着火内燃機関。
A premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 5,
The control apparatus further includes a start timing control means for adjusting the start timing so as to delay the start timing of the first exhaust valve opening period as the detected output state value increases by controlling the residual gas generation means. ,
The cylinder is
In the engine, four cylinders are arranged in series or eight cylinders are arranged in each row and four cylinders in V type,
The ratio control means includes
By controlling the backflow gas generating means, the end timing of the second exhaust valve opening period is delayed to a timing that is adjusted in advance with respect to the adjusted start timing of the first exhaust valve opening period. A premixed compression self-ignition internal combustion engine configured.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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