JP2008157104A - Internal combustion engine - Google Patents

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Shinya Kaneko
真也 金子
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve drivability in an internal combustion engine by restraining the occurrence of a torque level difference in air fuel ratio change and by reducing control time. <P>SOLUTION: A turbosupercharger 45 compressing and supplying intake air to a combustion chamber 18 is provided, and a combustion mode can be switched from a non-supercharged stoichiometric combustion mode to a supercharged lean combustion mode by an ECU 55 in accordance with an engine operation state. The ECU 55 retards ignition timing when the combustion mode is switched from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, and sets a delay quantity of the ignition timing so that an actual supercharging pressure approaches a target supercharging pressure after switching the combustion mode, and the ignition timing is advanced, and the actual supercharging pressure is set to be the target supercharging pressure in switching of the combustion mode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、運転状態を無過給ストイキ燃焼モードと過給リーン燃焼モードとの間で切換可能な内燃機関に関するものである。   The present invention relates to an internal combustion engine capable of switching an operating state between a non-supercharged stoichiometric combustion mode and a supercharged lean combustion mode.

一般的な筒内噴射式エンジンでは、リーン空燃比で均質燃焼を実現可能なリーン燃焼モードと、理論(ストイキ)空燃比で均質燃焼を実現可能なストイキ燃焼モードとが切換可能となっている。この場合、例えば、制御装置は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいた燃焼モードマップを有しており、エンジン運転状態に応じてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御している。   In a general in-cylinder injection type engine, a lean combustion mode capable of realizing homogeneous combustion at a lean air-fuel ratio and a stoichiometric combustion mode capable of realizing homogeneous combustion at a theoretical (stoichiometric) air-fuel ratio can be switched. In this case, for example, the control device has a combustion mode map based on the engine speed and the engine load, and performs switching control between the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode according to the engine operating state.

このような燃焼モードを切換可能なエンジンにて、運転状態に応じてリーン空燃比とストイキ空燃比との間で切換えを行うとき、空燃比を大きく変化させると発生するトルクが異なることから、この空燃比の切換時に大きなトルク段差が発生し、ドライバビリティが悪化してしまうという問題がある。   In such an engine capable of switching the combustion mode, when switching between the lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio according to the operating state, the generated torque differs if the air-fuel ratio is greatly changed. There is a problem that a large torque step occurs when the air-fuel ratio is switched, and drivability deteriorates.

そこで、空燃比の変更時に発生するトルク段差を防止するため、従来は、点火時期を遅角する制御を実行している。例えば、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換えられるとき、制御装置は、この切換制御中はストイキ空燃比で制御し、切換制御後にストイキからリーンに変更している。即ち、エンジン運転状態に応じてストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換え指令が出されたとき、スロットル開度を大きくして吸入空気量を増加すると共に、燃料噴射量が増加する。このとき、点火時期を遅角することで、発生するトルクの増大を抑制し、所定期間の経過後に、点火時期を進角して運転状態に応じた点火時期とすると共に、燃料噴射量を減少することで、ストイキからリーンに変更している。   Therefore, conventionally, control for retarding the ignition timing is executed in order to prevent a torque step generated when the air-fuel ratio is changed. For example, when the stoichiometric combustion mode is switched to the lean combustion mode, the control device controls the stoichiometric air-fuel ratio during the switching control, and changes from stoichiometric to lean after the switching control. That is, when a command for switching from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode is issued in accordance with the engine operating state, the throttle opening is increased to increase the intake air amount and the fuel injection amount. At this time, by retarding the ignition timing, an increase in the generated torque is suppressed, and after a predetermined period of time, the ignition timing is advanced to an ignition timing according to the operating state, and the fuel injection amount is reduced. By doing so, it changes from stoichiometric to lean.

なお、このような内燃機関としては下記特許文献1に記載されたものがある。   In addition, there exists what was described in following patent document 1 as such an internal combustion engine.

特開平08−114166号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-114166

ところが、内燃機関にターボ過給機が装着されており、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードと過給リーン燃焼モードとの間で切換えるときには、排気エネルギの上昇により過給圧が必要以上に高くなり、空燃比の切換制御の終了時にトルク段差が発生し、ドライバビリティが悪化してしまう。即ち、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに切換わるとき、点火時期の遅角により排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機により実過給圧が目標過給圧以上に上昇し、過給圧が必要以上に高くなってトルクが増大し、空燃比の切換制御の終了時に増大したトルクを減少させる必要から、制御時間が長くなったり、ここにトルク段差が発生するなどドライバビリティが悪化してしまうという問題が発生する。   However, when the turbocharger is mounted on the internal combustion engine and the combustion mode is switched between the non-supercharged stoichiometric combustion mode and the supercharged lean combustion mode, the boost pressure becomes higher than necessary due to the increase in exhaust energy. Thus, a torque step occurs at the end of the air-fuel ratio switching control, and drivability deteriorates. That is, when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the exhaust gas temperature rises due to the retard of the ignition timing, and the actual supercharging pressure rises above the target supercharging pressure by the turbocharger. Since the boost pressure becomes higher than necessary, the torque increases, and the increased torque needs to be reduced at the end of the air-fuel ratio switching control, so that the control time becomes longer or a torque step occurs here. The problem that will get worse.

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、空燃比変更時におけるトルク段差の発生を抑制すると共に制御時間を短縮してドライバビリティの向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention is for solving such a problem, and provides an internal combustion engine that suppresses the generation of a torque step when the air-fuel ratio is changed and shortens the control time to improve drivability. With the goal.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、吸入空気を圧縮して燃焼室に供給可能な過給機と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、点火時期を変更可能な点火時期変更手段と、前記空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに前記点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段とを具えた内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、前記過給圧検出手段が検出した過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine of the present invention includes a supercharger capable of compressing intake air and supplying the compressed air to a combustion chamber, and a supercharging pressure detecting means for detecting a supercharging pressure. The air-fuel ratio changing means capable of changing the air-fuel ratio, the ignition timing changing means capable of changing the ignition timing, and the ignition timing changing means when the air-fuel ratio changing means changes the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. In the internal combustion engine having a control means for retarding the ignition timing, the control means detects the supercharging pressure detection means when retarding the ignition timing in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. Set the retard amount of the ignition timing so that the boost pressure approaches the target boost pressure after changing the air-fuel ratio, advance the ignition timing when changing the air-fuel ratio, and set the boost pressure to the target boost pressure It is characterized by.

本発明の内燃機関では、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴としている。   In the internal combustion engine of the present invention, when the ignition timing is retarded in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the supercharging pressure is maintained at a constant value while maintaining the throttle opening at a constant value. A retard amount of the ignition timing is set so as to approach the pressure, the ignition timing is advanced when the air-fuel ratio is changed, and the throttle opening is increased to set the supercharging pressure to the target supercharging pressure.

本発明の内燃機関では、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴としている。   In the internal combustion engine of the present invention, when the ignition timing is retarded to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the throttle opening is increased so that the supercharging pressure approaches the target supercharging pressure after the air-fuel ratio change. The ignition timing is retarded, the ignition timing is advanced when the air-fuel ratio is changed, and the throttle opening is increased to set the boost pressure to the target boost pressure.

本発明の内燃機関では、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するとき、前記空燃比変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をMBTに設定することを特徴としている。   In the internal combustion engine of the present invention, when the control means changes from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, during the air-fuel ratio change control, the ignition timing is retarded while maintaining the stoichiometric air-fuel ratio, and after changing the air-fuel ratio, It is characterized by changing to an air-fuel ratio and advancing the ignition timing and setting the ignition timing to MBT.

本発明の内燃機関によれば、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するので、空燃比の変更制御時における過給圧の必要以上の上昇を抑制してトルク段差の発生を抑制することができると共に、制御時間を短縮することができ、その結果、ドライバビリティを向上することができる。   According to the internal combustion engine of the present invention, when the ignition timing is retarded to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the ignition timing is delayed so that the supercharging pressure approaches the target supercharging pressure after the air-fuel ratio change. When the air-fuel ratio is changed, the ignition timing is advanced and the supercharging pressure is set to the target supercharging pressure. The generation of a step can be suppressed, and the control time can be shortened. As a result, drivability can be improved.

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。   Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図1は、本発明の実施例1に係る内燃機関を表す直列4気筒エンジンの概略構成図、図2は、実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モードを表すモードマップ、図3は、実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャート、図4は、実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。   1 is a schematic configuration diagram of an in-line four-cylinder engine that represents an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a mode map that represents a combustion mode in the in-line four-cylinder engine of Embodiment 1, and FIG. FIG. 4 is a time chart showing the engine operating state when the combustion mode is switched in the in-line four-cylinder engine of the first embodiment.

本実施例では、内燃機関として直列4気筒筒内噴射式エンジンを適用している。この直列4気筒エンジンにおいて、図1に示すように、シリンダブロック11上にシリンダヘッド12が締結されており、このシリンダブロック11に形成された複数のシリンダボア13にピストン14がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック11の下部にクランクケース15が締結され、このクランクケース15内にクランクシャフト16が回転自在に支持されており、各ピストン14はコネクティングロッド17を介してこのクランクシャフト16にそれぞれ連結されている。   In this embodiment, an in-line four-cylinder in-cylinder engine is applied as the internal combustion engine. In this in-line four-cylinder engine, as shown in FIG. 1, a cylinder head 12 is fastened on a cylinder block 11, and pistons 14 are fitted to a plurality of cylinder bores 13 formed on the cylinder block 11 so as to be movable up and down. Match. A crankcase 15 is fastened to the lower part of the cylinder block 11, and a crankshaft 16 is rotatably supported in the crankcase 15. Each piston 14 is connected to the crankshaft 16 via a connecting rod 17. Has been.

燃焼室18は、シリンダブロック11におけるシリンダボア13の壁面とシリンダヘッド12の下面とピストン14の頂面により構成されており、この燃焼室18は、上部(シリンダヘッド12の下面)の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室18の上部、つまり、シリンダヘッド12の下面に吸気ポート19及び排気ポート20が対向して形成されており、この吸気ポート19及び排気ポート20に対して吸気弁21及び排気弁22の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁21及び排気弁22は、シリンダヘッド12に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート19及び排気ポート20を閉止する方向(図1にて上方)に付勢支持されている。また、シリンダヘッド12には、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転自在に支持されており、吸気カム25及び排気カム26が吸気弁21及び排気弁22の上端部に接触している。   The combustion chamber 18 is constituted by the wall surface of the cylinder bore 13 in the cylinder block 11, the lower surface of the cylinder head 12, and the top surface of the piston 14, and the combustion chamber 18 has a high central portion at the upper portion (lower surface of the cylinder head 12). It has a pent roof shape that is slanted. An intake port 19 and an exhaust port 20 are formed on the upper portion of the combustion chamber 18, that is, the lower surface of the cylinder head 12, and the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are opposed to the intake port 19 and the exhaust port 20. The lower end portions of 22 are respectively positioned. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are supported by the cylinder head 12 so as to be movable in the axial direction, and are urged and supported in a direction (upward in FIG. 1) for closing the intake port 19 and the exhaust port 20. ing. An intake camshaft 23 and an exhaust camshaft 24 are rotatably supported on the cylinder head 12, and the intake cam 25 and the exhaust cam 26 are in contact with upper ends of the intake valve 21 and the exhaust valve 22.

なお、図示しないが、クランクシャフト16に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト16と吸気カムシャフト23と排気カムシャフト24が連動可能となっている。   Although not shown, an endless timing chain is wound around the crankshaft sprocket fixed to the crankshaft 16 and the camshaft shaft sprockets fixed to the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24, respectively. The crankshaft 16, the intake camshaft 23, and the exhaust camshaft 24 can be interlocked.

従って、クランクシャフト16に同期して吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転すると、吸気カム25及び排気カム26が吸気弁21及び排気弁22を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート19及び排気ポート20を開閉し、吸気ポート19と燃焼室18、燃焼室18と排気ポート20とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24は、クランクシャフト16が2回転(720度)する間に1回転(360度)するように設定されている。そのため、エンジン10は、クランクシャフト16が2回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の4行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が1回転することとなる。   Accordingly, when the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 rotate in synchronization with the crankshaft 16, the intake cam 25 and the exhaust cam 26 move up and down the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at a predetermined timing. 19 and the exhaust port 20 can be opened and closed so that the intake port 19 and the combustion chamber 18 can communicate with the combustion chamber 18 and the exhaust port 20, respectively. In this case, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are set to rotate once (360 degrees) while the crankshaft 16 rotates twice (720 degrees). Therefore, the engine 10 executes the four strokes of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke while the crankshaft 16 rotates twice. At this time, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are set to one. It will rotate.

また、このエンジン10の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁21及び排気弁22を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構(VVT:Variable Valve Timing-intelligent)27,28となっている。この吸気・排気可変動弁機構27,28は、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24の軸端部にVVTコントローラ29,30が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ31,32からの油圧をこのVVTコントローラ29,30の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト23,24の位相を変更し、吸気弁21及び排気弁22の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構27,28は、吸気弁21及び排気弁22の作用角(開放期間)を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ33,34が設けられている。   Further, the valve mechanism of the engine 10 is a variable valve timing-intelligent (VVT) mechanism 27 or 28 that controls the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at an optimal opening / closing timing according to the operating state. It has become. The intake / exhaust variable valve mechanisms 27 and 28 are configured by providing VVT controllers 29 and 30 at the shaft end portions of the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24, respectively, The phases of the camshafts 23 and 24 with respect to the cam sprocket are changed by acting on advance and retard chambers (not shown) of the VVT controllers 29 and 30, and the opening and closing timings of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are advanced or retarded. Is something that can be done. In this case, the intake / exhaust variable valve operating mechanisms 27, 28 advance or retard the opening / closing timing while keeping the operating angle (opening period) of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 constant. In addition, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are provided with cam position sensors 33 and 34 for detecting the rotational phase thereof.

吸気ポート19には、吸気マニホールド35を介してサージタンク36が連結され、このサージタンク36に吸気管37が連結されており、この吸気管37の空気取入口にはエアクリーナ38が取付けられている。そして、このエアクリーナ38の下流側にスロットル弁39を有する電子スロットル装置40が設けられている。   A surge tank 36 is connected to the intake port 19 via an intake manifold 35, and an intake pipe 37 is connected to the surge tank 36. An air cleaner 38 is attached to an air intake port of the intake pipe 37. . An electronic throttle device 40 having a throttle valve 39 is provided on the downstream side of the air cleaner 38.

排気ポート20には、排気マニホールド41を介して排気管42が連結されており、この排気管42には排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する三元触媒43及びNOx吸蔵還元型触媒44が装着されている。この三元触媒43は、空燃比(排気空燃比)がストイキのときに排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。NOx吸蔵還元型触媒44は、空燃比(排気空燃比)がリーンのときに排気ガス中に含まれるNOxを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域またはストイキ燃焼領域にあるときに、吸蔵したNOxを放出し、添加した還元剤としての燃料によりNOxを還元するものである。   An exhaust pipe 42 is connected to the exhaust port 20 via an exhaust manifold 41, and a three-way catalyst 43 and a NOx occlusion reduction type catalyst 44 for purifying harmful substances contained in the exhaust gas are connected to the exhaust pipe 42. Is installed. The three-way catalyst 43 simultaneously purifies HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas by an oxidation-reduction reaction when the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) is stoichiometric. The NOx occlusion reduction type catalyst 44 is in a rich combustion region or stoichiometric combustion region where the NOx contained in the exhaust gas is temporarily stored when the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) is lean, and the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced. Sometimes, the stored NOx is released and NOx is reduced by the added fuel as a reducing agent.

そして、このエンジンには、排気ガスのエネルギによりタービンを回し、これに直結されたコンプレッサにより空気を燃焼室に押し込むターボ過給機45が設けられている。このターボ過給機45は、吸気管37に設けられたコンプレッサ46と排気管42に設けられたタービン47とが連結軸48により一体に連結されて構成されている。そして、このターボ過給機45におけるコンプレッサ46の下流側における吸気管37には、このコンプレッサ46により圧縮して温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ49が設けられている。   The engine is provided with a turbocharger 45 that turns the turbine by the energy of the exhaust gas and pushes air into the combustion chamber by a compressor directly connected thereto. The turbocharger 45 is configured such that a compressor 46 provided in an intake pipe 37 and a turbine 47 provided in an exhaust pipe 42 are integrally connected by a connecting shaft 48. The intake pipe 37 on the downstream side of the compressor 46 in the turbocharger 45 is provided with an intercooler 49 that cools the intake air that has been compressed by the compressor 46 and has risen in temperature.

シリンダヘッド12には、燃焼室18に直接燃料を噴射するインジェクタ50が装着されており、このインジェクタ50は、吸気ポート19側に位置して水平上端から下方に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ50はデリバリパイプ51に連結され、このデリバリパイプ51には、高圧燃料供給管52を介して高圧燃料ポンプ53が連結され、所定圧の燃料を供給可能となっている。また、シリンダヘッド12には、燃焼室18の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ54が装着されている。   The cylinder head 12 is provided with an injector 50 that directly injects fuel into the combustion chamber 18. The injector 50 is located on the intake port 19 side and is inclined at a predetermined angle from the horizontal upper end. . An injector 50 attached to each cylinder is connected to a delivery pipe 51, and a high-pressure fuel pump 53 is connected to the delivery pipe 51 via a high-pressure fuel supply pipe 52 so that fuel of a predetermined pressure can be supplied. . The cylinder head 12 is provided with a spark plug 54 that is located above the combustion chamber 18 and ignites the air-fuel mixture.

車両には、電子制御ユニット(ECU)55が搭載されており、このECU55は、インジェクタ50の燃料噴射タイミングや点火プラグ54の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、過給圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、吸気管37の上流側にはエアフローセンサ56及び吸気温センサ57が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をECU55に出力している。また、サージタンク36には過給圧センサ58が装着され、計測した過給圧をECU55に出力している。電子スロットル装置40にはスロットルポジションセンサ59が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ60が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をECU55に出力している。更に、クランクシャフト16にはクランク角センサ61が設けられ、検出したクランク角度をECU55に出力し、ECU55はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック11には水温センサ62が設けられており、検出したエンジン冷却水温をECU55に出力している。   The vehicle is equipped with an electronic control unit (ECU) 55 that can control the fuel injection timing of the injector 50, the ignition timing of the spark plug 54, and the like. The fuel injection amount, injection timing, ignition timing, and the like are determined based on engine operating conditions such as temperature, supercharging pressure, throttle opening, accelerator opening, engine speed, and coolant temperature. That is, an airflow sensor 56 and an intake air temperature sensor 57 are mounted on the upstream side of the intake pipe 37, and the measured intake air amount and intake air temperature are output to the ECU 55. Further, a supercharging pressure sensor 58 is attached to the surge tank 36, and the measured supercharging pressure is output to the ECU 55. The electronic throttle device 40 is provided with a throttle position sensor 59, and the accelerator pedal is provided with an accelerator position sensor 60, which outputs the current throttle opening and accelerator opening to the ECU 55. Further, the crankshaft 16 is provided with a crank angle sensor 61, which outputs the detected crank angle to the ECU 55. The ECU 55 determines the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke in each cylinder based on the crank angle. Calculate the engine speed. Further, the cylinder block 11 is provided with a water temperature sensor 62 and outputs the detected engine cooling water temperature to the ECU 55.

また、排気管42における三元触媒43より上流側に、空燃比(A/F)センサ63が設けられている。このA/Fセンサ63は、燃焼室18から排気ポート20及び排気マニホールド41を通して排気管42に排気された排気ガスの排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比をECU55に出力している。ECU55は、A/Fセンサ63が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。   An air-fuel ratio (A / F) sensor 63 is provided upstream of the three-way catalyst 43 in the exhaust pipe 42. The A / F sensor 63 detects the exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas exhausted from the combustion chamber 18 through the exhaust port 20 and the exhaust manifold 41 to the exhaust pipe 42, and outputs the detected exhaust air / fuel ratio to the ECU 55. The ECU 55 corrects the fuel injection amount by feeding back the exhaust air-fuel ratio detected by the A / F sensor 63 and comparing it with the target air-fuel ratio set according to the engine operating state.

また、ECU55は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構27,28を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁22の閉止時期と吸気弁21の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート19または燃焼室18に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部EGR率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁21の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート19に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁21の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。   The ECU 55 can control the intake / exhaust variable valve mechanisms 27 and 28 based on the engine operating state. That is, when the temperature is low, the engine is started, the engine is idle, or the load is light, the exhaust gas blows back to the intake port 19 or the combustion chamber 18 by eliminating the overlap between the exhaust valve 22 closing timing and the intake valve 21 opening timing. Reduce the amount to enable stable combustion and improved fuel efficiency. Further, at the time of medium load, by increasing the overlap, the internal EGR rate is increased to improve the exhaust gas purification efficiency, and the pumping loss is reduced to improve the fuel consumption. Further, at the time of high-load low-medium rotation, the closing timing of the intake valve 21 is advanced, thereby reducing the amount of intake air that blows back to the intake port 19 and improving the volume efficiency. At the time of high load and high rotation, the closing timing of the intake valve 21 is retarded in accordance with the rotation speed, so that the timing is adjusted to the inertial force of the intake air and the volume efficiency is improved.

ところで、本実施例の直接4気筒エンジンにて、ECU55は、エンジン運転状態に応じてリーン空燃比で均質燃焼を実現可能なリーン燃焼モードと、理論(ストイキ)空燃比で均質燃焼を実現可能なストイキ燃焼モードとを切換可能となっている。この場合、ECU55は、図2に示すように、エンジン回転数及びエンジン負荷(空気量)に基づいた燃焼モードマップを有しており、この燃焼モードマップを用いてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御している。この場合、エンジンの燃焼モードがストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換わるとき、図2に実線で表すストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの切換境界線L1が設定されると共に、この切換境界線L1より外側、つまり、ストイキ燃焼モード側に切換制御開始境界線L2が設定されている。 By the way, in the direct four-cylinder engine of this embodiment, the ECU 55 can realize a lean combustion mode capable of realizing homogeneous combustion at a lean air-fuel ratio according to the engine operating state and homogeneous combustion at a theoretical (stoichiometric) air-fuel ratio. The stoichiometric combustion mode can be switched. In this case, as shown in FIG. 2, the ECU 55 has a combustion mode map based on the engine speed and the engine load (air amount), and the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode are determined using this combustion mode map. Is controlled. In this case, when the combustion mode of the engine is switched from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode, a switching boundary line L 1 from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode indicated by a solid line in FIG. 2 is set, and this switching boundary line A switching control start boundary line L 2 is set outside L 1 , that is, on the stoichiometric combustion mode side.

そして、ECU55が、燃焼モードマップを用いてリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切換制御するとき、この切換制御中はストイキ空燃比で制御し、切換制御後に空燃比を変更している。即ち、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切換えるとき、点火時期を遅角することで発生するトルクの増大を抑制すると共に、空気量を変更すると共に燃料量を変更することでストイキ空燃比を維持し、所定期間の経過した切換制御終了後に、点火時期を進角して運転状態に応じた点火時期に変更すると共に、空気量及び燃料量を変更することでストイキ空燃比からリーン空燃比に変更している。   When the ECU 55 performs switching control between the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode using the combustion mode map, the ECU 55 performs control with the stoichiometric air-fuel ratio during the switching control, and changes the air-fuel ratio after the switching control. That is, when switching from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode, an increase in torque generated by retarding the ignition timing is suppressed, and the stoichiometric air-fuel ratio is maintained by changing the air amount and changing the fuel amount. After completion of the switching control after a predetermined period of time, the ignition timing is advanced to change to the ignition timing according to the operating state, and the air amount and the fuel amount are changed to change from the stoichiometric air fuel ratio to the lean air fuel ratio. ing.

ところが、エンジンにターボ過給機が装着されている場合、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに切換えるとき、排気エネルギの上昇により過給圧が必要以上に高くなり、空燃比の切換制御の終了時にトルク段差が発生し、この過給圧を減少させる必要から制御時間が長くなり、ドライバビリティが悪化してしまう。   However, when the engine is equipped with a turbocharger, when the combustion mode is switched from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the boost pressure becomes higher than necessary due to an increase in exhaust energy, and the A torque step occurs at the end of the switching control of the fuel ratio, and the control time becomes longer due to the need to reduce the supercharging pressure, and drivability deteriorates.

そこで、実施例1の内燃機関にて、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モード(ストイキ空燃比)から過給リーン燃焼モード(リーン空燃比)に変更して点火時期を遅角するとき、過給圧センサ58が検出した過給圧が燃焼モード(空燃比)変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード(空燃比)時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。なお、本実施例では、過給圧を検出する過給圧検出手段として過給圧センサ58を適用し、空燃比を変更可能な空燃比変更手段、点火時期を変更可能な点火時期変更手段、空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段として、ECU55を適用している。   Therefore, in the internal combustion engine of the first embodiment, when the ECU 55 changes the non-supercharged stoichiometric combustion mode (stoichiometric air-fuel ratio) to the supercharged lean combustion mode (lean air-fuel ratio) and retards the ignition timing, The retard amount of the ignition timing is set so that the boost pressure detected by the pressure sensor 58 approaches the target boost pressure after the combustion mode (air / fuel ratio) change, and the ignition timing is advanced in the combustion mode (air / fuel ratio). At the same time, the supercharging pressure is set to the target supercharging pressure. In this embodiment, the supercharging pressure sensor 58 is applied as a supercharging pressure detecting means for detecting the supercharging pressure, an air-fuel ratio changing means capable of changing the air-fuel ratio, an ignition timing changing means capable of changing the ignition timing, The ECU 55 is applied as a control means for retarding the ignition timing by the ignition timing changing means when the stoichiometric air-fuel ratio is changed from the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio changing means.

この場合、ECU55は、エンジン運転状態に応じて目標過給圧を設定するが、この目標過給圧は、エンジン運転状態(例えば、アクセル開度)に基づいて設定される要求過給圧より所定量低く設定されている。   In this case, the ECU 55 sets a target supercharging pressure in accordance with the engine operating state, and this target supercharging pressure is determined from a required supercharging pressure set based on the engine operating state (for example, accelerator opening). The quantitative value is set low.

また、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更3956のススロットル開度を一定値に維持したままで、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード(空燃比)変更時に点火時期を進角すると共、にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。   Further, the ECU 55 changes the supercharging pressure from the non-supercharging stoichiometric combustion mode to the supercharging lean combustion mode so that the supercharging pressure approaches the target supercharging pressure after the change of the air-fuel ratio while maintaining the throttle opening degree of 3965 at a constant value. The retard amount of the ignition timing is set to the ignition timing, the ignition timing is advanced when the combustion mode (air-fuel ratio) is changed, and the throttle opening is increased to set the boost pressure to the target boost pressure. .

この場合、そして、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更するとき、燃焼モードの変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、燃焼モード変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をMBTに設定するようにしている。   In this case, when changing from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the ignition timing is retarded while maintaining the stoichiometric air-fuel ratio during the combustion mode change control, and the lean air-fuel ratio is changed after the combustion mode is changed. The ignition timing is advanced and the ignition timing is set to MBT.

ここで、上述した本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御について、図3のフローチャートに基づいて具体的に説明する。   Here, in the in-line four-cylinder engine of this embodiment described above, the combustion mode switching control will be specifically described based on the flowchart of FIG.

本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、図3に示すように、ステップS11にて、エンジン運転状態に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求があるかどうかを判定する。具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷(空気量)に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換制御開始境界線L2を越えたかどうかを判定する。ここで、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換要求がないと判定されたら、ステップS17にて、ECU55は、通常の点火時期遅角制御を実行する。 In the in-line four-cylinder engine of this embodiment, as shown in FIG. 3, it is determined in step S11 whether there is a request for switching from the non-supercharging stoichiometric combustion mode to the supercharging lean combustion mode based on the engine operating state. judge. Specifically, based on the engine speed and the engine load (amount of air), when changing from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode side determines whether exceeds the switching control start boundary line L 2. If it is determined that there is no request for switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the ECU 55 executes normal ignition timing retardation control in step S17.

一方、ステップS11にて、ECU55が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求がある、つまり、切換制御開始境界線L2を越えたと判定されたら、ステップS12にて、過給圧センサ58により実過給圧を検出すると共に、エンジン運転状態に基づいてリーン目標過給圧を算出する。この場合、アクセルポジションセンサ60が検出したアクセル開度に基づいて算出したリーン要求過給圧から予め設定された所定値を減算することでリーン目標過給圧を算出する。この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換えるとき、この切換制御中は、点火時期を遅角することでトルクの増大を抑制すると共に、排気温度の上昇によりターボ過給機45が稼動して過給圧が上昇(空気量が増加)するため、ストイキ空燃比が維持される。 On the other hand, in step S11, When the ECU55 is, there is a request for switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, it is determined that exceeds the switching control start boundary L 2, in step S12, The actual boost pressure is detected by the boost pressure sensor 58, and the lean target boost pressure is calculated based on the engine operating state. In this case, the lean target boost pressure is calculated by subtracting a predetermined value set in advance from the lean required boost pressure calculated based on the accelerator opening detected by the accelerator position sensor 60. When switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, during this switching control, the ignition timing is retarded to suppress an increase in torque, and the turbocharger 45 is increased by increasing the exhaust temperature. Operates and the supercharging pressure increases (the amount of air increases), so that the stoichiometric air-fuel ratio is maintained.

そして、ステップS13にて、ECU55は、点火時期遅角制御を実行し、ステップS14にて、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力されたかどうかを判定する。具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷(空気量)に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換境界線L1を越えたかどうかを判定する。ここで、切換境界線L1を越えていないと判定されたときは、ステップS13〜S14の処理を繰り返し実行する。そして、ステップS14にて、切換境界線L1を越えたと判定されたら、ステップS15にて、点火時期を進角する。その後、ステップS16にて、リーン目標過給圧に応じてスロットル開度を補正し、燃焼モード切換制御を終了する。 In step S13, the ECU 55 executes ignition timing retard control, and in step S14, the ECU 55 determines whether or not a switching signal from the non-supercharging stoichiometric combustion mode to the supercharging lean combustion mode is input. To do. Specifically, based on the engine speed and the engine load (amount of air), when changing from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode side determines whether exceeds the switching換境boundary line L 1. Here, when it is determined not to exceed the switching換境boundary line L 1 repeats the processing in steps S13 and S14. Then, at step S14, if it is determined that exceeds the switching換境boundary line L 1, in step S15, advances the ignition timing. Thereafter, in step S16, the throttle opening is corrected in accordance with the lean target boost pressure, and the combustion mode switching control is terminated.

また、ここで、本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御に伴うエンジン運転状態の変化ついて、図4のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。   Here, in the in-line four-cylinder engine of the present embodiment, a change in the engine operation state accompanying the combustion mode switching control will be specifically described based on the time chart of FIG.

本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、図4に示すように、時間t1にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求、つまり、切換制御開始境界線L2を越えると、点火時期を徐々に遅角していく。すると、この点火時期により排気ガスの熱量が増加して排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機45が稼動することから、タービン回転数が上昇して実過給圧が上昇し、吸入空気量が増加するが、ストイキ空燃比を維持するために燃料噴射量を増加する。 In the in-line four-cylinder engine of this embodiment, as shown in FIG. 4, at time t 1 , a switching request from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, a switching control start boundary line L 2 is set. If exceeded, the ignition timing is gradually retarded. Then, the amount of heat of the exhaust gas is increased by this ignition timing, the exhaust gas temperature is increased, and the turbocharger 45 is operated. Therefore, the turbine rotation speed is increased, the actual supercharging pressure is increased, and the intake air amount is increased. However, the fuel injection amount is increased in order to maintain the stoichiometric air-fuel ratio.

そして、時間t2にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力、つまり、切換境界線L1を越えると、点火時期を所定値まで遅角した後、点火時期を進角してエンジン運転状態に応じた点火時期に設定する。また、このとき、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために、スロットル開度をエンジン運転状態に応じた目標スロットル開度まで増加すると共に、燃料噴射量を減少する。その後、時間t3にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの燃焼モード切換制御が完了する。 Then, at time t 2, no switching signal is input from the supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, exceeds the switching換境boundary line L 1, after retarding the ignition timing to a predetermined value, the ignition Advance the timing and set the ignition timing according to the engine operating condition. At this time, in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the throttle opening is increased to the target throttle opening corresponding to the engine operating state, and the fuel injection amount is decreased. Then, at time t 3, the combustion mode switching control from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode is completed.

このように実施例1の内燃機関にあっては、直列4気筒エンジンにて、吸入空気を圧縮して燃焼室18に供給可能なターボ過給機45を設け、ECU55によりエンジン運転状態に応じて、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換可能とし、ECU55は、この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角し、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード変更時に点火時期を進角すると共に実過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。   As described above, in the internal combustion engine of the first embodiment, the turbocharger 45 capable of compressing the intake air and supplying the compressed air to the combustion chamber 18 is provided in the in-line four-cylinder engine, and the ECU 55 responds to the engine operating state. The combustion mode can be switched from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, and the ECU 55 retards the ignition timing when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode. Set the retard amount of the ignition timing so that the supply pressure approaches the target boost pressure after changing the combustion mode, advance the ignition timing when changing the combustion mode, and set the actual boost pressure to the target boost pressure I have to.

従って、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角することで、必要以上のトルクの増大を抑制することができ、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定することで、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を抑制することができ、燃焼モード変更時におけるトルク段差の発生を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。また、燃焼モードへ切換時に、ターボ過給機45が稼動することで、過給圧が上昇して空気量が増加するため、切換制御時間を短縮することができる。   Therefore, when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, retarding the ignition timing can suppress an increase in torque more than necessary, and the actual supercharging pressure is changed after the combustion mode is changed. By setting the retard amount of the ignition timing so as to approach the target boost pressure, it is possible to suppress an increase in the boost pressure and torque more than necessary due to the retard of the ignition timing. By suppressing the occurrence of torque steps, drivability can be improved. Further, when the turbo mode is switched to the combustion mode, the turbocharger 45 is operated, whereby the supercharging pressure is increased and the air amount is increased, so that the switching control time can be shortened.

この場合、目標過給圧を、アクセル開度などの運転状態に基づいて設定される要求過給圧より所定量低く設定しており、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を適正に抑制することができる。   In this case, the target boost pressure is set to a predetermined amount lower than the required boost pressure set based on the operating state such as the accelerator opening, and the increase of the boost pressure more than necessary due to the retard of the ignition timing, An increase in torque can be appropriately suppressed.

また、実施例1の内燃機関にて、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで、過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定している。従って、点火時期の遅角による過給圧の増大、トルクの増大を適正に抑制することができる。   In the internal combustion engine of the first embodiment, the ECU 55 maintains the throttle opening at a constant value when retarding the ignition timing in order to switch from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode. The retard amount of the ignition timing is set so that the boost pressure approaches the target boost pressure after the air-fuel ratio change. Accordingly, it is possible to appropriately suppress an increase in supercharging pressure and an increase in torque due to the retard of the ignition timing.

また、実施例1の内燃機関にて、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、燃焼モード変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をMBTに設定するようにしている。従って、燃焼モードの切換後の空燃比を所望のリーン空燃比に適正に変更することができる。   In the internal combustion engine of the first embodiment, when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the ECU 55 retards the ignition timing while maintaining the stoichiometric air-fuel ratio during the combustion mode change control, After changing the air-fuel ratio, the air-fuel ratio is changed to a lean air-fuel ratio, the ignition timing is advanced, and the ignition timing is set to MBT. Therefore, the air-fuel ratio after switching of the combustion mode can be appropriately changed to a desired lean air-fuel ratio.

図5は、本発明の実施例2に係る内燃機関を表す直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャート、図6は、実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。なお、本実施例の内燃機関における全体構成は、上述した実施例1とほぼ同様であり、図1及び図2を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 5 is a flowchart showing combustion mode switching control in an in-line four-cylinder engine representing an internal combustion engine according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6 is an engine operating state at the time of combustion mode switching in the in-line four-cylinder engine of Embodiment 1. It is a time chart showing. The overall configuration of the internal combustion engine of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment described above, and will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and members having the same functions as those described in the present embodiment. Are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施例の内燃機関としての直列4気筒筒内噴射式エンジンにて、図1及び図2に示すように、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モード(ストイキ空燃比)から過給リーン燃焼モード(リーン空燃比)に変更して点火時期を遅角するとき、過給圧センサ58が検出した過給圧が燃焼モード(空燃比)変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード(空燃比)時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。   In the in-line four-cylinder in-cylinder injection engine as the internal combustion engine of the present embodiment, as shown in FIGS. When the ignition timing is retarded by changing to the lean air-fuel ratio, the ignition timing is retarded so that the supercharging pressure detected by the supercharging pressure sensor 58 approaches the target supercharging pressure after the change of the combustion mode (air-fuel ratio). The amount is set, the ignition timing is advanced in the combustion mode (air-fuel ratio), and the supercharging pressure is set to the target supercharging pressure.

この場合、ECU55は、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードに変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が燃焼モード(空燃比)変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード(空燃比)変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を更に大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。   In this case, when retarding the ignition timing in order to change from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the ECU 55 increases the throttle opening and changes the supercharging pressure to the combustion mode (air-fuel ratio). The retard amount of the ignition timing is set so that it approaches the target boost pressure of the engine, and when the combustion mode (air-fuel ratio) is changed, the ignition timing is advanced and the throttle opening is further increased to increase the boost pressure to the target boost pressure. It is set to.

ここで、上述した本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御について、図5のフローチャートに基づいて具体的に説明する。   Here, in the in-line four-cylinder engine of the present embodiment described above, the combustion mode switching control will be specifically described based on the flowchart of FIG.

本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、図5に示すように、ステップS21にて、エンジン運転状態に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求があるかどうかを判定し、具体的には、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換制御開始境界線L2を越えたかどうかを判定する。ここで、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換要求がないと判定されたら、ステップS28にて、ECU55は、通常の点火時期遅角制御を実行する。 In the in-line four-cylinder engine of this embodiment, as shown in FIG. 5, it is determined in step S21 whether there is a request for switching from the non-supercharging stoichiometric combustion mode to the supercharging lean combustion mode based on the engine operating state. determined, specifically, when changing from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode side determines whether exceeds the switching control start boundary line L 2. Here, if it is determined that there is no request for switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, the ECU 55 executes normal ignition timing retardation control in step S28.

一方、ステップS21にて、ECU55が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求がある、つまり、切換制御開始境界線L2を越えたと判定されたら、ステップS22にて、過給圧センサ58により実過給圧を検出すると共に、エンジン運転状態に基づいてリーン目標過給圧を算出する。この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換えるとき、この切換制御中は、点火時期を遅角することでトルクの増大を抑制し、電子スロットル装置40を制御してスロットル開度を大きくすると共に、排気温度の上昇によりターボ過給機45が稼動して過給圧が上昇(空気量が増加)するため、ストイキ空燃比が維持される。 On the other hand, in step S21, When the ECU55 is, there is a request for switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, it is determined that exceeds the switching control start boundary L 2, in step S22, The actual boost pressure is detected by the boost pressure sensor 58, and the lean target boost pressure is calculated based on the engine operating state. When switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, during this switching control, the ignition timing is retarded to suppress an increase in torque, and the electronic throttle device 40 is controlled to control the throttle opening. As the exhaust gas temperature rises, the turbocharger 45 operates and the supercharging pressure rises (the air amount increases), so that the stoichiometric air-fuel ratio is maintained.

そして、ステップS23にて、ECU55は、点火時期遅角制御を実行し、ステップS24にて、ECU55は、電子スロットル装置40を制御してスロットル開度を調整、つまり、大きくする。ステップS25では、ECU55が、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力されたかどうかを判定、具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷(空気量)に基づいて、無過給ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モード側へ変更するとき、切換境界線L1を越えたかどうかを判定する。ここで、切換境界線L1を越えていないと判定されたときは、ステップS23〜S15の処理を繰り返し実行する。そして、ステップS25にて、切換境界線L1を越えたと判定されたら、ステップS26にて、点火時期を進角する。その後、ステップS27にて、リーン目標過給圧に応じてスロットル開度を補正し、燃焼モード切換制御を終了する。 In step S23, the ECU 55 performs ignition timing retard control, and in step S24, the ECU 55 controls the electronic throttle device 40 to adjust, that is, increase the throttle opening. In step S25, the ECU 55 determines whether or not a switching signal for switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode is input. Specifically, based on the engine speed and the engine load (air amount), when changing from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode side determines whether exceeds the switching換境boundary line L 1. Here, when it is determined not to exceed the switching換境boundary line L 1 repeats the processing of step S23~S15. Then, at step S25, if it is determined that exceeds the switching換境boundary line L 1, in step S26, advances the ignition timing. Thereafter, in step S27, the throttle opening is corrected in accordance with the lean target supercharging pressure, and the combustion mode switching control is terminated.

また、ここで、本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、燃焼モード切換制御に伴うエンジン運転状態の変化ついて、図6のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。   Here, in the in-line four-cylinder engine of this embodiment, the change in the engine operating state accompanying the combustion mode switching control will be specifically described based on the time chart of FIG.

本実施例の直列4気筒エンジンにおいて、図6に示すように、時間t1にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換要求、つまり、切換制御開始境界線L2を越えると、スロットル開度を徐々に大きくすると共に、点火時期を徐々に遅角していく。すると、この点火時期により排気ガスの熱量が増加して排気ガス温度が上昇し、ターボ過給機45が稼動することから、また、スロットル開度が大きくなることから、タービン回転数が上昇して実過給圧が上昇し、吸入空気量が増加するが、ストイキ空燃比を維持するために燃料噴射量を増加する。 In the in-line four-cylinder engine of this embodiment, as shown in FIG. 6, at time t 1 , a switching request from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, a switching control start boundary line L 2 is set. If it exceeds, the throttle opening is gradually increased and the ignition timing is gradually retarded. Then, the amount of heat of the exhaust gas increases due to this ignition timing, the exhaust gas temperature rises, the turbocharger 45 operates, and the throttle opening increases, so the turbine speed increases. Although the actual supercharging pressure increases and the intake air amount increases, the fuel injection amount is increased in order to maintain the stoichiometric air-fuel ratio.

そして、時間t2にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの切換信号が入力、つまり、切換境界線L1を越えると、点火時期を所定値まで遅角した後、点火時期を進角してエンジン運転状態に応じた点火時期に設定する。また、このとき、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために、スロットル開度をエンジン運転状態に応じた目標スロットル開度まで増加すると共に、燃料噴射量を減少する。その後、時間t4にて、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへの燃焼モード切換制御が完了する。 Then, at time t 2, no switching signal is input from the supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, that is, exceeds the switching換境boundary line L 1, after retarding the ignition timing to a predetermined value, the ignition Advance the timing and set the ignition timing according to the engine operating condition. At this time, in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the throttle opening is increased to the target throttle opening corresponding to the engine operating state, and the fuel injection amount is decreased. Then, at time t 4, the combustion mode switching control from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode is completed.

このように実施例2の内燃機関にあっては、直列4気筒エンジンにて、吸入空気を圧縮して燃焼室18に供給可能なターボ過給機45を設け、ECU55によりエンジン運転状態に応じて、燃焼モードを無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換可能とし、ECU55は、この無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、スロットル開度を大きくすると共に点火時期を遅角し、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、燃焼モード変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を更に大きくして過給圧を目標過給圧に設定するようにしている。   Thus, in the internal combustion engine of the second embodiment, the turbocharger 45 capable of compressing the intake air and supplying it to the combustion chamber 18 in the in-line four-cylinder engine is provided, and the ECU 55 responds to the engine operating state. The combustion mode can be switched from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, and the ECU 55 increases the throttle opening and the ignition timing when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode. Is set so that the actual boost pressure approaches the target boost pressure after changing the combustion mode, and the ignition timing is advanced when the combustion mode is changed and the throttle opening is further increased. Thus, the supercharging pressure is set to the target supercharging pressure.

従って、無過給ストイキ燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切換えるとき、点火時期を遅角することで、必要以上のトルクの増大を抑制することができ、実過給圧が燃焼モード変更後の目標過給圧に近づくようにスロットル開度及び点火時期の遅角量を設定することで、点火時期の遅角による必要以上の過給圧の増大、トルクの増大を抑制することができ、燃焼モード変更時におけるトルク段差の発生を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。また、燃焼モードへ切換時に、スロットル開度を増加すると共にターボ過給機45が稼動することで、過給圧が上昇して空気量が増加するため、切換制御時間を更に短縮することができる。   Therefore, when switching from the non-supercharged stoichiometric combustion mode to the supercharged lean combustion mode, retarding the ignition timing can suppress an increase in torque more than necessary, and the actual supercharging pressure is changed after the combustion mode is changed. By setting the throttle opening and the retard amount of the ignition timing so as to approach the target boost pressure, it is possible to suppress an increase in the boost pressure and torque that are more than necessary due to the retard of the ignition timing, and combustion The drivability can be improved by suppressing the occurrence of a torque step during the mode change. Further, at the time of switching to the combustion mode, the throttle opening is increased and the turbocharger 45 is operated, whereby the supercharging pressure is increased and the air amount is increased, so that the switching control time can be further shortened. .

なお、上述した各実施例では、内燃機関として筒内噴射式直列4気筒エンジンを適用したが、エンジン形式や気筒数などは実施例に限定されるものではなく、また、ポート噴射式の内燃機関であってもよい。   In each of the above-described embodiments, the in-cylinder in-line four-cylinder engine is applied as the internal combustion engine. However, the engine type and the number of cylinders are not limited to those in the embodiment, and the port injection-type internal combustion engine. It may be.

以上のように、本発明に係る内燃機関は、空燃比変更時におけるトルク段差の発生を抑制すると共に制御時間を短縮してドライバビリティの向上を図るものであり、いずれの内燃機関にも有用である。   As described above, the internal combustion engine according to the present invention suppresses the occurrence of a torque step when the air-fuel ratio is changed and shortens the control time to improve drivability, and is useful for any internal combustion engine. is there.

本発明の実施例1に係る内燃機関を表す直列4気筒エンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an in-line four-cylinder engine that represents an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. 実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モードを表すモードマップである。3 is a mode map showing a combustion mode in the in-line four-cylinder engine of Embodiment 1. 実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャートである。2 is a flowchart showing combustion mode switching control in the in-line four-cylinder engine of Embodiment 1. 実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。2 is a time chart showing an engine operating state at the time of combustion mode switching in the in-line four-cylinder engine of the first embodiment. 本発明の実施例2に係る内燃機関を表す直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換制御を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the combustion mode switching control in the inline 4 cylinder engine showing the internal combustion engine which concerns on Example 2 of this invention. 実施例1の直列4気筒エンジンにおける燃焼モード切換時のエンジン運転状態を表すタイムチャートである。2 is a time chart showing an engine operating state at the time of combustion mode switching in the in-line four-cylinder engine of the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

18 燃焼室
19 吸気ポート
20 排気ポート
21 吸気弁
22 排気弁
37 吸気管
40 電子スロットル装置
42 排気管
43 三元触媒
44 NOx吸蔵還元型触媒
45 ターボ過給機
50 インジェクタ
54 点火プラグ
55 電子制御ユニット、ECU(制御手段、空燃比変更手段、点火時期変更手段)
56 エアフローセンサ(空気量検出手段)
58 過給圧センサ(過給圧検出手段)
59 スロットルポジションセンサ
60 アクセルポジションセンサ
61 クランク角センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Combustion chamber 19 Intake port 20 Exhaust port 21 Intake valve 22 Exhaust valve 37 Intake pipe 40 Electronic throttle device 42 Exhaust pipe 43 Three way catalyst 44 NOx occlusion reduction type catalyst 45 Turbocharger 50 Injector 54 Spark plug 55 Electronic control unit, ECU (control means, air-fuel ratio changing means, ignition timing changing means)
56 Air flow sensor (air quantity detection means)
58 Supercharging pressure sensor (Supercharging pressure detection means)
59 Throttle position sensor 60 Accelerator position sensor 61 Crank angle sensor

Claims (4)

吸入空気を圧縮して燃焼室に供給可能な過給機と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、点火時期を変更可能な点火時期変更手段と、前記空燃比変更手段によりストイキ空燃比からリーン空燃比に変更されるときに前記点火時期変更手段により点火時期を遅角する制御手段とを具えた内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、前記過給圧検出手段が検出した過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共に過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。   A supercharger capable of compressing intake air and supplying it to the combustion chamber; a supercharging pressure detecting means for detecting a supercharging pressure; an air-fuel ratio changing means capable of changing the air-fuel ratio; and an ignition timing capable of changing the ignition timing In the internal combustion engine comprising: a changing means; and a control means for retarding the ignition timing by the ignition timing changing means when the stoichiometric air-fuel ratio is changed from the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio changing means. When retarding the ignition timing in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the ignition timing is delayed so that the boost pressure detected by the boost pressure detecting means approaches the target boost pressure after the air-fuel ratio change. An internal combustion engine characterized in that an angular amount is set, an ignition timing is advanced when an air-fuel ratio is changed, and a supercharging pressure is set to a target supercharging pressure. 請求項1に記載の内燃機関において、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を一定値に維持したままで過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the ignition timing is retarded in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the boost pressure is maintained after maintaining the throttle opening at a constant value. Set the retard amount of the ignition timing so as to approach the target boost pressure, advance the ignition timing when changing the air-fuel ratio, and increase the throttle opening to set the boost pressure to the target boost pressure An internal combustion engine. 請求項1に記載の内燃機関において、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するために点火時期を遅角するとき、スロットル開度を大きくして過給圧が空燃比変更後の目標過給圧に近づくように点火時期の遅角量を設定し、空燃比変更時に点火時期を進角すると共にスロットル開度を大きくして過給圧を目標過給圧に設定することを特徴とする内燃機関。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the ignition timing is retarded in order to change from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, the throttle pressure is increased and the boost pressure becomes the target boost pressure after the air-fuel ratio change. The ignition timing is retarded so as to approach the engine, the ignition timing is advanced when the air-fuel ratio is changed, and the throttle opening is increased to set the boost pressure to the target boost pressure. . 請求項1から3のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記制御手段は、ストイキ空燃比からリーン空燃比に変更するとき、前記空燃比変更制御中はストイキ空燃比を維持したまま点火時期を遅角し、空燃比変更後にリーン空燃比に変更すると共に点火時期を進角し、点火時期をMBTに設定することを特徴とする内燃機関。   4. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the control means changes from a stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio, the ignition timing is maintained while the stoichiometric air-fuel ratio is maintained during the air-fuel ratio change control. The internal combustion engine is characterized in that, after changing the air-fuel ratio, the air-fuel ratio is changed to a lean air-fuel ratio, the ignition timing is advanced, and the ignition timing is set to MBT.
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