JP2008184970A - Control device of gasoline engine - Google Patents

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洋幸 山下
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達也 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control so as to enhance stability of self-ignition and to optimize the ignition timing, in a gasoline engine 1 for promoting compressed self-ignition of a premixed gas, by heightening the temperature in a cylinder 2 by arranging a negative overlap period of intake-exhaust air in HCCI combustion. <P>SOLUTION: An activated air-fuel mixture having high ignitability is formed by injecting fuel by a direct injection injector 18 in the negative overlap period. A substantially uniform premixed gas is formed by injecting and supplying the fuel into the cylinder 2 together with intake air by a port injector 19 in an intake stroke. A stratified air-fuel mixture is formed around a spark plug 16 by injecting a small quantity of fuel by the direct injection injector 18 in a compression stroke, and self-ignition of the premixed gas is induced by igniting and burning this stratified air-fuel mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるようにしたガソリンエンジンに関し、特に、自己着火の起き難い低負荷、低回転側の運転領域において、気筒の排気行程ないし吸気行程で吸排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて、気筒内の温度を高めるようにしたものに係る。   The present invention relates to a gasoline engine in which a premixed gas in a cylinder is compressed and burned by self-ignition, and more particularly, in a low load and low rotation side operation region where self-ignition hardly occurs, the exhaust stroke or intake of the cylinder. This relates to a structure in which a negative overlap period for closing both the intake and exhaust valves is provided in the stroke to increase the temperature in the cylinder.

近年、ガソリンエンジンのさらなる燃費改善や排気清浄化を図るために、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるという新しい燃焼形態が提案されており、一般には、予混合圧縮着火燃焼(以下、HCCI燃焼ともいう)という呼称で知られている。この新しい燃焼形態では、従来一般的な火花点火による燃焼(以下、SI燃焼ともいう)とは異なり、気筒内の多数の箇所で予混合気が一斉に自己着火して燃焼を始めることから、熱効率が極めて高くなる。   In recent years, a new combustion mode has been proposed in which premixed gas in a cylinder is compressed and burned by self-ignition in order to further improve fuel efficiency and clean exhaust of gasoline engines. In general, premixed compression ignition combustion is proposed. (Hereinafter also referred to as HCCI combustion). In this new combustion mode, unlike conventional combustion by spark ignition (hereinafter also referred to as SI combustion), the premixed gas self-ignites all at once in a number of locations in the cylinder and starts combustion. Becomes extremely high.

また、従来のSI燃焼を実現できない超希薄な予混合気や多量のEGRによって希釈した予混合気であっても、ピストンにより圧縮された気筒内の温度が所定以上に高くなれば自己着火するようになり、燃焼期間そのものは短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成も格段に少なくなる。   In addition, even in the case of an ultra-lean premixed gas that cannot realize conventional SI combustion or a premixed gas diluted with a large amount of EGR, self-ignition is performed if the temperature in the cylinder compressed by the piston becomes higher than a predetermined value. Thus, although the combustion period itself is short, it does not become vigorous combustion, so that the generation of nitrogen oxides is remarkably reduced.

但しエンジンが相対的に低負荷、低回転側の運転領域にあるときには、圧縮上死点(TDC)近傍においても予混合気の温度が自己着火温度まで上昇しない可能性があり、これに対し特許文献1に記載のガソリンエンジンでは、気筒の排気行程から吸気行程にかけて吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、多量の既燃ガスを残留させること(以下、内部EGRともいう)で、気筒内の温度を高めるようにしている。   However, when the engine is in the operation region on the relatively low load and low rotation side, the temperature of the premixed gas may not rise to the self-ignition temperature even near the compression top dead center (TDC). In the gasoline engine described in Document 1, a negative overlap period is provided to close both the intake valve and the exhaust valve from the exhaust stroke to the intake stroke of the cylinder, and a large amount of burned gas remains (hereinafter also referred to as internal EGR). ) To increase the temperature in the cylinder.

また、前記従来例のエンジンでは、負のオーバーラップ期間中に燃料の一部を噴射することによって、自己着火し易い活性化混合気を形成するようにしている。すなわち、高温の既燃ガス中に噴射された燃料は直ちに気化するとともに、分子の鎖が切れてラジカルを生成したり、アルデヒド程度まで部分酸化反応したりして自己着火し易い混合気となり、これが圧縮行程終盤以降における予混合気全体の自己着火を促進するものである。
特開2001−82229号公報
In the engine of the conventional example, an activated air-fuel mixture that easily ignites is formed by injecting a part of the fuel during the negative overlap period. In other words, the fuel injected into the high-temperature burned gas immediately vaporizes, and the chain of molecules breaks to generate radicals, or a partial oxidation reaction to the extent of aldehyde, resulting in an air-fuel mixture that easily ignites. This promotes self-ignition of the entire premixed gas after the end of the compression stroke.
JP 2001-82229 A

しかしながら、前記従来例のように多量の内部EGRガスによって気筒内温度を高め、さらに活性化混合気を形成するようにしていても、エンジンの温度状態が低い低負荷低回転の運転領域では予混合気を安定して自己着火させることができない場合がある。   However, even if the in-cylinder temperature is increased by a large amount of internal EGR gas and an activated mixture is formed as in the conventional example, premixing is performed in a low-load low-rotation operation region where the engine temperature is low. You may not be able to ignite stably and self-ignite.

また、予混合気が自己着火するとしても、そのタイミングが早過ぎれば所謂ノッキングとなってしまい、一方、自己着火のタイミングが遅くなると、熱効率が低下するとともに未燃状態で排出される燃料(炭化水素等)の量が多くなって、燃費やエミッションが悪化することになる。   In addition, even if the premixed gas self-ignites, if the timing is too early, so-called knocking occurs. On the other hand, if the self-ignition timing is delayed, the thermal efficiency decreases and the fuel (carbonized) discharged in an unburned state is reduced. The amount of hydrogen etc.) will increase and fuel consumption and emissions will deteriorate.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所謂負のオーバーラップ期間を設けて気筒内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮による自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンにおいて、その自己着火の安定性を高め、且つ着火タイミングを最適化できるようにすることにある。   The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to provide a so-called negative overlap period to raise the temperature in the cylinder, thereby preventing self-ignition by compression of the premixed gas. An object of the present invention is to improve the stability of self-ignition and optimize the ignition timing in a gasoline engine that is promoted.

前記の目的を達成するために本発明に係るエンジンの制御装置では、気筒内に圧縮行程で燃料を供給して点火プラグ周りに成層化混合気を形成し、これに点火して燃焼させることにより、予混合気の自己着火を誘発するようにした。   In order to achieve the above object, in the engine control apparatus according to the present invention, fuel is supplied into the cylinder in the compression stroke to form a stratified mixture around the spark plug, and this is ignited and burned. Triggered self-ignition of premixed air.

具体的に請求項1の発明では、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、残留する既燃ガスによって該気筒内の温度を高めることにより、圧縮行程の終盤以降における予混合気の自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンの制御装置を対象とする。   Specifically, in the first aspect of the present invention, by providing a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed in the exhaust stroke or intake stroke of the cylinder, the temperature in the cylinder is increased by the remaining burned gas. The present invention is directed to a gasoline engine control device that promotes self-ignition of a premixed gas after the end of the compression stroke.

そして、気筒内に少なくとも吸気行程で燃料を供給して、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段と、該気筒内に圧縮行程で燃料を供給して、点火プラグ周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段と、該点火プラグにより所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段と、を備える構成とする。   And, the fuel is supplied to the cylinder at least in the intake stroke to form a substantially uniform premixed gas, and the fuel is supplied to the cylinder in the compression stroke to be unevenly distributed around the spark plug. It comprises a stratified mixture forming means for forming a stratified mixture, and an ignition control means for igniting the stratified mixture at a predetermined timing by the spark plug.

前記の構成により、エンジンをHCCI燃焼状態で運転するときには、気筒の排気行程ないし吸気行程において所定期間(負のオーバーラップ期間)、吸気弁及び排気弁の双方が閉じられて、気筒内に多量の既燃ガス(内部EGRガス)が残留するようになる。この内部EGRガスは吸気行程にて気筒内に吸入される吸気と混合されるとともに、予混合気形成手段によって供給される燃料とも混合されて、その気化霧化を促進する。すなわち、燃料は吸気及び内部EGRガスと混合されるとともに、ピストンの下降に伴い容積の拡大する気筒内に分散して、概ね均一な予混合気を形成する。   With the above-described configuration, when the engine is operated in the HCCI combustion state, both the intake valve and the exhaust valve are closed during a predetermined period (negative overlap period) in the exhaust stroke or intake stroke of the cylinder, and a large amount of fuel is generated in the cylinder. Burned gas (internal EGR gas) remains. The internal EGR gas is mixed with the intake air sucked into the cylinder in the intake stroke, and is also mixed with the fuel supplied by the premixed gas forming means, thereby promoting the vaporization atomization. That is, the fuel is mixed with the intake air and the internal EGR gas, and is dispersed in the cylinder whose volume is increased as the piston descends to form a substantially uniform premixed gas.

続いて気筒の圧縮行程におけるピストンの上昇に伴い予混合気が圧縮されて、その温度及び圧力が上昇する。そして、成層化混合気形成手段により燃料が供給されて、点火プラグ周りに成層化混合気が形成され、TDC近傍の所定のタイミングにて点火制御手段により点火されると、成層化混合気の燃焼によって気筒内の予混合気の温度及び圧力がさらに上昇して、自己着火が誘発される。   Subsequently, as the piston rises in the compression stroke of the cylinder, the premixed gas is compressed and its temperature and pressure rise. Then, fuel is supplied by the stratified mixture forming means, a stratified mixture is formed around the spark plug, and when ignited by the ignition control means at a predetermined timing near the TDC, combustion of the stratified mixture is performed. As a result, the temperature and pressure of the premixed gas in the cylinder further increase, and self-ignition is induced.

つまり、点火プラグ周りに形成した成層化混合気への点火を契機として、気筒内の予混合気を確実に自己着火させることができるので、その着火タイミングを最適化して燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができる。また、従来よりも低負荷、低回転側までHCCI燃焼の領域を拡大することもできる。   In other words, the ignition of the stratified mixture formed around the spark plug enables the premixed gas in the cylinder to self-ignite reliably, so the ignition timing is optimized to improve fuel efficiency and emissions. You can get enough. Moreover, the area | region of HCCI combustion can also be expanded to the low load and low rotation side compared with the past.

そうして点火プラグ周りに成層化混合気を形成するためには、気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁を設けて、これにより気筒の圧縮行程で燃料を噴射させるようにすればよい(請求項2)。   Thus, in order to form a stratified mixture around the spark plug, a fuel injection valve is provided so as to inject fuel directly into the cylinder so that the fuel is injected in the compression stroke of the cylinder. (Claim 2).

また、成層化混合気への点火のタイミングは、予混合気の自己着火が気筒の圧縮上死点近傍の所定の時期に発生するように、予め実験等によって調べて設定すればよく(請求項3)、具体的には自己着火による熱発生のピークがTDCの少し遅角側(例えばクランク角で2〜8°くらい)となるようにするのが好ましい。   In addition, the timing of ignition of the stratified mixture may be set by investigating in advance through experiments or the like so that self-ignition of the premixed gas occurs at a predetermined time near the compression top dead center of the cylinder (claims) 3) Specifically, it is preferable that the peak of heat generation due to self-ignition is slightly retarded from the TDC (for example, about 2 to 8 degrees in crank angle).

ところで、前記のように成層化した混合気に点火して燃焼させると、これに伴い窒素酸化物の生成量が増大することになるので、気筒の温度が元々高くてHCCI燃焼が安定して行えるエンジン運転領域では、前記成層化混合気の形成やそれへの点火は行わない方がよい。よって好ましいのは、成層化混合気形成手段を、エンジンの低負荷低回転領域のみにおいて成層化混合気の形成を行うものとし、点火制御手段も低負荷低回転領域のみにおいて成層化混合気への点火を行うものとすることである(請求項4)。   By the way, if the stratified air-fuel mixture is ignited and combusted as described above, the amount of nitrogen oxide generated increases accordingly, so that the temperature of the cylinder is originally high and HCCI combustion can be performed stably. In the engine operating region, it is better not to form or ignite the stratified mixture. Therefore, it is preferable that the stratified mixture formation means forms the stratified mixture only in the low load low rotation region of the engine, and the ignition control means also converts the stratified mixture to the stratified mixture only in the low load low rotation region. Ignition is performed (claim 4).

より好ましいのは、前記成層化混合気形成手段によって気筒内に圧縮行程で供給する燃料の量を、エンジンの負荷状態によらず、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量(略一定量)とすることである(請求項5)。   More preferably, the amount of fuel supplied in the compression stroke into the cylinder by the stratified mixture forming means is the minimum necessary for forming a stratified mixture capable of spark ignition regardless of the engine load state. The amount (substantially constant amount) is set (claim 5).

また、前記の構成において好ましいのは、従来例(特許文献1)に記載のエンジンと同様に、負のオーバーラップ期間において燃料噴射弁により気筒内に燃料を直接、噴射させて、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段を備えることであり(請求項6)、こうすれば、予混合気中に活性化混合気が含まれることによって、その圧縮による自己着火が促進される。   Further, in the above configuration, as in the engine described in the conventional example (Patent Document 1), the fuel is directly injected into the cylinder by the fuel injection valve during the negative overlap period, and the ignitability is high. The present invention is to provide an activated gas mixture forming means for forming an activated gas mixture (Claim 6). In this way, the activated gas mixture is included in the premixed gas, thereby promoting the self-ignition by the compression. Is done.

前記のように気筒内に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁を設けた場合は、この燃料噴射弁により気筒の吸気行程から圧縮行程にかけて燃料を噴射させることで、気筒内に予混合気を形成することもできるが、好ましいのは、別の燃料噴射弁を吸気通路に燃料を噴射するように設けて、この別の燃料噴射弁により燃料を噴射させるようにすることである(請求項7)。   When a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder as described above is provided, fuel is injected from the intake stroke to the compression stroke of the cylinder by the fuel injection valve to form a premixed gas in the cylinder. However, preferably, another fuel injection valve is provided so as to inject fuel into the intake passage, and fuel is injected by this other fuel injection valve. .

こうして吸気通路に燃料を噴射するのであれば、吸気弁が開く前に燃料を噴射することもできるので、気筒内に直接噴射するのに比べて燃焼の気化霧化の時間を確保し易い。また、前記したように成層化混合気を形成するための燃料は少量の方が好ましい一方で、予混合気形成のための燃料噴射量は、エンジンへ要求される出力に対応して多くしなくてはならないから、両者を同じ燃料噴射弁により行おうとすると無理があり、この点からも、燃料噴射弁は流量特性の異なるものを複数、設ける方がよいのである。   If the fuel is injected into the intake passage in this way, the fuel can be injected before the intake valve is opened. Therefore, it is easy to secure the time for vaporization and atomization of combustion as compared with direct injection into the cylinder. Further, as described above, a small amount of fuel for forming the stratified mixture is preferable, but the fuel injection amount for forming the premixed mixture does not increase in accordance with the output required for the engine. For this reason, it is impossible to perform both using the same fuel injection valve. From this point of view, it is better to provide a plurality of fuel injection valves having different flow characteristics.

以上、説明したように本発明に係るガソリンエンジンの制御装置によると、吸排気弁の作動に所謂負のオーバーラップ期間を設けて、気筒内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンにおいて、予混合気の形成のための燃料供給とは別に、気筒内に圧縮行程で少量の燃料を供給し、点火プラグ周りに成層化させた混合気に点火して燃焼させることにより、予混合気全体の自己着火を確実に発生させることができる。   As described above, according to the control apparatus for a gasoline engine according to the present invention, a so-called negative overlap period is provided for the operation of the intake and exhaust valves, and the temperature in the cylinder is increased, thereby compressing the self-combustion of the premixed gas. In a gasoline engine that promotes fuel, a small amount of fuel is supplied to the cylinder during the compression stroke separately from the fuel supply for forming the pre-mixed gas, and the mixed gas stratified around the spark plug is ignited. Thus, the self-ignition of the entire premixed gas can surely occur.

よって、予混合気の自己着火のタイミングを最適化して、HCCI燃焼による燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができるとともに、HCCI燃焼を行うエンジン運転領域を従来よりも低負荷、低回転側に拡大することができる。   Therefore, the timing of self-ignition of the premixed gas can be optimized, and the fuel consumption and emission improvement effect due to HCCI combustion can be sufficiently obtained, and the engine operating region in which HCCI combustion is performed has a lower load and lower rotation side than before. Can be expanded.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

(全体構成)
図1は本発明に係るエンジン制御装置Aの全体構成を示し、符号1は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン1の本体は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示する)が設けられたシリンダブロック3上にシリンダヘッド4が配置されてなり、各気筒2内にはピストン5が嵌挿されて、その頂面とシリンダヘッド4の底面との間に燃焼室6が形成されている。ピストン5はコネクティングロッドによってクランク軸7に連結されており、クランク軸7の一端側にはその回転角(クランク角)を検出するためのクランク角センサ8が配設されている。
(overall structure)
FIG. 1 shows an overall configuration of an engine control apparatus A according to the present invention, and reference numeral 1 denotes a multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle. The main body of the engine 1 has a cylinder head 4 disposed on a cylinder block 3 provided with a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown), and a piston 5 is fitted in each cylinder 2. A combustion chamber 6 is formed between the top surface of the cylinder head 4 and the bottom surface of the cylinder head 4. The piston 5 is connected to the crankshaft 7 by a connecting rod, and a crank angle sensor 8 for detecting the rotation angle (crank angle) is disposed on one end side of the crankshaft 7.

前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎に燃焼室6の天井部に開口するように吸気ポート9及び排気ポート10が形成されている。吸気ポート9は燃焼室6の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド4の一側面に開口しており、排気ポート10は反対側の他側面に開口している。吸気ポート9及び排気ポート10は、それぞれ吸気弁11及び排気弁12によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁11,12は、シリンダヘッド4に配設された動弁機構13のカム軸(図示せず)によりクランク軸7の回転に同期して駆動されるようになっている。   An intake port 9 and an exhaust port 10 are formed in the cylinder head 4 so as to open to the ceiling portion of the combustion chamber 6 for each cylinder 2. The intake port 9 extends obliquely upward from the ceiling of the combustion chamber 6 and opens on one side of the cylinder head 4, and the exhaust port 10 opens on the other side opposite to the cylinder head 4. The intake port 9 and the exhaust port 10 are opened and closed by an intake valve 11 and an exhaust valve 12, respectively. These intake and exhaust valves 11 and 12 are cams of a valve mechanism 13 disposed in the cylinder head 4. The shaft (not shown) is driven in synchronism with the rotation of the crankshaft 7.

前記動弁機構13には、吸気側及び排気側にそれぞれ、弁リフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構14(以下、VVLと略称する)と、弁リフトのクランク回転に対する位相角を連続的に変更可能な公知の位相可変機構15(以下、VVTと略称する)と、が組み込まれており、それらの作動によって吸排気弁11,12のリフト特性を変更し、気筒2への吸気の充填量や残留既燃ガス(内部EGRガス)の量を調整することができる。尚、VVL14については例えば特開2006−329022号公報、2006−329023号公報等に記載されたものを使用すればよい。   The valve mechanism 13 includes a known variable lift mechanism 14 (hereinafter abbreviated as VVL) capable of continuously changing the valve lift amount on the intake side and the exhaust side, and a phase angle of the valve lift with respect to crank rotation. And a known phase variable mechanism 15 (hereinafter abbreviated as VVT) that can be continuously changed are incorporated, and the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12 are changed by their operation to It is possible to adjust the amount of intake air and the amount of residual burnt gas (internal EGR gas). For VVL14, for example, those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-329022 and 2006-329023 may be used.

また、各気筒2の燃焼室6の天井部に電極を臨ませて点火プラグ16が配設され、点火回路17によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室6の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒2内に燃料直接、噴射する直噴インジェクタ18が配設されている。この直噴インジェクタ18は、比較的少量の燃料を噴射するときに高い精度で流量制御が可能な小容量のものであり、これにより気筒2の圧縮行程の中盤以降に少量の燃料を噴射すると、点火プラグ16の電極近傍に偏在する混合気塊(成層化混合気)が形成される。   In addition, a spark plug 16 is disposed with an electrode facing the ceiling of the combustion chamber 6 of each cylinder 2 and is energized by the ignition circuit 17 at a predetermined ignition timing. On the other hand, a direct injection injector 18 that directly injects fuel into the cylinder 2 with its tip facing the peripheral edge of the intake side of the combustion chamber 6 is disposed. The direct injection injector 18 has a small capacity capable of controlling the flow rate with high accuracy when a relatively small amount of fuel is injected. With this, when a small amount of fuel is injected after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2, An air-fuel mixture mass (stratified air-fuel mixture) is formed in the vicinity of the electrode of the spark plug 16.

また、この実施形態では、吸気ポート9に臨んで燃料を噴射するようにポートインジェクタ19(別の燃料噴射弁)が配設されている。このポートインジェクタ19は、エンジン1の最大トルクに対応して多量の燃料を噴射可能な大容量のものであり、気筒2の圧縮行程から膨張、排気及び吸気行程にかけて燃料を噴射することで、高回転域でも十分な噴射時間を確保することができる。そうして噴射された燃料噴霧は吸気と共に気筒2内に流入し、ピストン5の下降に伴い容積の拡大する気筒2内に広く分散して、概ね均一な予混合気を形成する。   In this embodiment, a port injector 19 (another fuel injection valve) is disposed so as to inject fuel facing the intake port 9. The port injector 19 has a large capacity capable of injecting a large amount of fuel corresponding to the maximum torque of the engine 1. By injecting fuel from the compression stroke to the expansion, exhaust and intake stroke of the cylinder 2, A sufficient injection time can be secured even in the rotation range. The fuel spray thus injected flows into the cylinder 2 together with the intake air, and is widely dispersed in the cylinder 2 whose volume increases as the piston 5 descends to form a substantially uniform premixed gas.

尚、前記各気筒2毎のインジェクタ18,19には、図示しないが、それぞれ高圧及び低圧燃料供給ラインが接続されている。低圧の供給ラインには低圧燃料ポンプにより燃料タンクから吸い上げられた燃料が供給され、この低圧の供給ラインから分岐した高圧の供給ラインには、燃料を昇圧させて送り出す高圧燃料ポンプが介設されている。   Although not shown, high pressure and low pressure fuel supply lines are connected to the injectors 18 and 19 for each cylinder 2. The low-pressure supply line is supplied with the fuel sucked up from the fuel tank by the low-pressure fuel pump, and the high-pressure supply line branched from the low-pressure supply line is provided with a high-pressure fuel pump for boosting and sending the fuel. Yes.

図においてエンジン1の右側に位置するシリンダヘッド4の一側には吸気系が配設され、各気筒2の吸気ポート9には吸気通路20が連通している。この吸気通路20は、エンジン1の各気筒2の燃焼室6に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク21の上流の共通通路には電気式スロットル弁22とが配設されている。サージタンク21の下流で吸気通路20は各気筒2毎に分岐して、それぞれ吸気ポート9に連通している。   In the figure, an intake system is disposed on one side of the cylinder head 4 located on the right side of the engine 1, and an intake passage 20 communicates with the intake port 9 of each cylinder 2. The intake passage 20 is for supplying air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2 of the engine 1. An electric throttle valve is provided in the common passage upstream of the surge tank 21. 22 are arranged. The intake passage 20 is branched for each cylinder 2 downstream of the surge tank 21 and communicates with the intake port 9.

一方、シリンダヘッド4の他側には排気系が配設され、各気筒2の排気ポート10にはそれぞれ、各気筒2毎に分岐した排気通路25(排気マニホルド)が接続されている。この排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ26が配設されている。また、排気マニホルドよりも下流側の排気通路25には、排気中の有害成分を浄化するための触媒27が配設されている。   On the other hand, an exhaust system is disposed on the other side of the cylinder head 4, and an exhaust passage 25 (exhaust manifold) branched for each cylinder 2 is connected to the exhaust port 10 of each cylinder 2. A sensor 26 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed at the collection portion of the exhaust manifold. In addition, a catalyst 27 for purifying harmful components in the exhaust is disposed in the exhaust passage 25 downstream of the exhaust manifold.

上述の如く構成されたエンジン1の運転制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール30(以下、PCMという)が設けられている。これは、周知の如くCPU、メモリ、I/Oインターフェース回路等を備えており、図2にも示すように、クランク角センサ8、酸素濃度センサ26等からの信号を入力するとともに、吸気通路20における空気の流量を計測するエアフローセンサ31からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ32からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ33からの信号と、を少なくとも入力する。   In order to control the operation of the engine 1 configured as described above, a powertrain control module 30 (hereinafter referred to as PCM) is provided. As is well known, this includes a CPU, a memory, an I / O interface circuit, and the like. As shown in FIG. 2, the signals from the crank angle sensor 8, the oxygen concentration sensor 26, etc. are input, and the intake passage 20 A signal from an air flow sensor 31 that measures the flow rate of air in the vehicle, a signal from an accelerator opening sensor 32 that detects an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown), and a vehicle speed sensor 33 that detects the traveling speed of the vehicle. And at least a signal from.

そして、PCM30は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジン1の運転状態(例えば負荷状態及びエンジン回転速度)を判定し、これに応じてVVL14、VVT15、点火回路17、直噴インジェクタ18、ポートインジェクタ19、電気式スロットル弁22等を制御する。すなわち、PCM30は、主にVVL14の作動によって吸排気弁11,12のリフト量を調整し、気筒2への吸気(空気)の充填量を制御するとともに、主にVVT15の作動によって吸排気弁11,12のオーバーラップ期間を調整し、内部EGRガス量を制御する。   The PCM 30 determines the operating state (for example, the load state and the engine speed) of the engine 1 based on signals from the various sensors, and the VVL 14, the VVT 15, the ignition circuit 17, and the direct injection injector 18 according to this. The port injector 19 and the electric throttle valve 22 are controlled. That is, the PCM 30 adjusts the lift amount of the intake / exhaust valves 11 and 12 mainly by the operation of the VVL 14 to control the amount of intake (air) charged into the cylinder 2 and mainly controls the intake / exhaust valve 11 by the operation of the VVT 15. , 12 are adjusted to control the internal EGR gas amount.

それらVVL14及びVVT15の制御によって吸排気弁11,12のリフトカーブLin,Lexは、図3に模式的に示すようにそれぞれ最小リフトから最大リフトまでの間で連続的に変化する。吸排気弁11,12のリフト量は、エンジン1の負荷(目標トルク)や回転速度が高いほど大きくなり、これに伴いオーバーラップ期間(正のオーバーラップ期間)が生じるようになる。一方、相対的に低負荷、低回転側では吸排気弁11,12の双方が閉じる負のオーバーラップ期間が生じ、内部EGRガス量がかなり多くなる。   The lift curves Lin and Lex of the intake and exhaust valves 11 and 12 are continuously changed from the minimum lift to the maximum lift as schematically shown in FIG. 3 by the control of the VVL 14 and VVT 15. The lift amount of the intake / exhaust valves 11 and 12 becomes larger as the load (target torque) and the rotational speed of the engine 1 are higher, and an overlap period (positive overlap period) is generated accordingly. On the other hand, on the relatively low load and low rotation side, a negative overlap period in which both the intake and exhaust valves 11 and 12 are closed occurs, and the amount of internal EGR gas is considerably increased.

そうして主にVVL14の制御によって気筒2への吸気の充填量を広い範囲で変更することができるので、この実施形態のエンジン1ではスロットル弁22の制御によらず出力を制御することができる。よって、吸気通路20に設けられたスロットル弁22は、主にフェールセーフのためのものであり、通常はエンジン1の部分負荷域においても全開とされて、ポンピングロスの低減が図られている。   Thus, since the amount of intake air charged into the cylinder 2 can be changed over a wide range mainly by controlling the VVL 14, the engine 1 of this embodiment can control the output regardless of the control of the throttle valve 22. . Therefore, the throttle valve 22 provided in the intake passage 20 is mainly for fail-safe, and is normally fully opened even in the partial load region of the engine 1 to reduce the pumping loss.

また、PCM30は、2つのインジェクタ18,19のそれぞれを、後述の如き所定のタイミングで作動させることにより、気筒2内の空燃比や混合気の形成状態を切換えるとともに、前記のように主にVVT15の作動によって気筒2内の内部EGRガス量を制御し、さらに点火プラグ16の作動状態を切換えることで、エンジン1の燃焼状態を以下に述べるHCCI燃焼とSI燃焼とに切換えるようになっている。   In addition, the PCM 30 switches the air-fuel ratio and the mixture formation state in the cylinder 2 by operating each of the two injectors 18 and 19 at a predetermined timing as will be described later, and mainly uses the VVT 15 as described above. By controlling the internal EGR gas amount in the cylinder 2 by the operation of, and further switching the operation state of the spark plug 16, the combustion state of the engine 1 is switched between HCCI combustion and SI combustion described below.

(エンジン制御の概要)
具体的には図4に制御マップの一例を示すように、相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域(I)においては、気筒2内に形成した予混合気に直接は点火することなく、これをピストン5の上昇により圧縮して自己着火させるようにしている。このときには基本的に、気筒2の吸気行程においてポートインジェクタ19により燃料を吸気ポート9内に噴射させ、吸気と混合させながら気筒2内へ供給して、概ね均一な予混合気を形成する。
(Outline of engine control)
Specifically, as shown in an example of the control map in FIG. 4, in the operation region (I) on the relatively low load and low rotation side, the premixed gas formed in the cylinder 2 is not directly ignited. This is compressed by the rise of the piston 5 and self-ignited. At this time, basically, in the intake stroke of the cylinder 2, the fuel is injected into the intake port 9 by the port injector 19 and supplied into the cylinder 2 while being mixed with the intake air to form a substantially uniform premixed gas.

また、気筒2の排気行程ないし吸気行程において排気弁11が閉じてから吸気弁12が開くまでの期間(吸排気弁11,12の双方が閉じる負のオーバーラップ期間)を設け、多量の内部EGRガスによって気筒2内の温度を高めることにより、予混合気の自己着火を促進する。負のオーバーラップ期間が相対的に長くなれば内部EGRガス量も増大し、自己着火のタイミングが進角する。   Further, in the exhaust stroke or intake stroke of the cylinder 2, a period from when the exhaust valve 11 is closed to when the intake valve 12 is opened (a negative overlap period in which both the intake and exhaust valves 11 and 12 are closed) is provided, and a large amount of internal EGR is provided. By increasing the temperature in the cylinder 2 with gas, self-ignition of the premixed gas is promoted. If the negative overlap period is relatively long, the amount of internal EGR gas also increases, and the self-ignition timing is advanced.

そのような予混合気の圧縮による自己着火については従来よりHCCI(Homogenious Charge Compression Ignition)と呼ばれている。このHCCIによる燃焼は、図5に模式的に示すように、気筒2内の燃焼室6における多数の箇所で予混合気が略一斉に自己着火して燃焼を開始するものと考えられており、従来一般的な火炎伝播による燃焼(Spark Ignition:SI燃焼)に比べて燃焼期間が短くなって、熱効率が高くなる。   Such self-ignition by compression of the premixed gas is conventionally called HCCI (Homogenious Charge Compression Ignition). As schematically shown in FIG. 5, this combustion by HCCI is considered that the premixed gas is self-ignited almost simultaneously at a number of locations in the combustion chamber 6 in the cylinder 2 and starts combustion. Compared with conventional combustion by flame propagation (Spark Ignition: SI combustion), the combustion period is shortened and the thermal efficiency is increased.

また、そうして予混合気が自己着火するHCCI燃焼は、SI燃焼の実現が困難な超希薄な予混合気や多量の内部EGRガスによって希釈した予混合気であっても実現可能であり、前記のように燃焼期間は短くても燃焼温度は低いことから、窒素酸化物の生成は非常に少ない。言い換えると、あまり希薄でない予混合気や希釈度合いの低い予混合気では自己着火のタイミングが早くなり過ぎて、所謂ノッキングを起こしてしまう。   In addition, HCCI combustion in which the premixed gas self-ignites can be realized even with an ultra-lean premixed gas that is difficult to realize SI combustion or a premixed gas diluted with a large amount of internal EGR gas, As described above, since the combustion temperature is low even if the combustion period is short, the generation of nitrogen oxide is very small. In other words, a pre-mixed gas that is not very lean or a pre-mixed gas with a low degree of dilution causes the self-ignition timing to be too early, which causes so-called knocking.

つまり、HCCI燃焼はかなり希薄な予混合気か、或いは多量のEGRによって希釈した予混合気によって実現されるものであり、あまり高い出力は得られないので、前記の制御マップ(図4)に示すように、相対的に高負荷側乃至高回転側の運転領域(II)においては従来一般的なSI燃焼が行われる(以下、運転領域(I)をHCCI領域(I)と呼び、運転領域(II)をSI領域(II)と呼ぶ)。   In other words, HCCI combustion is realized by a fairly lean premixed gas or a premixed gas diluted by a large amount of EGR, and a very high output cannot be obtained. Therefore, the control map (FIG. 4) shows. As described above, in the operation region (II) on the relatively high load side to the high rotation side, conventional SI combustion is performed (hereinafter, the operation region (I) is referred to as the HCCI region (I), and the operation region (I) II) is called SI region (II)).

ところで、前記したHCCI燃焼による熱効率が最も高くなるのは、図6(a)に模式的に示すように、予混合気が気筒2のTDC直後に自己着火して、それによる熱発生のピークがTDCよりも少し遅角側(例えばクランク角で2〜8°くらい)になるときである。このときにはHCCI燃焼による気筒2内の温度上昇とピストン5の下降に伴う気筒2内容積の増大とが相殺し合うことから、比較的燃料噴射量の多いときであっても燃焼が過度に激しくはならない、というメリットもある。   By the way, the heat efficiency due to the HCCI combustion described above becomes the highest because the premixed gas self-ignites immediately after the TDC of the cylinder 2 as schematically shown in FIG. This is when it is slightly behind the TDC (for example, about 2 to 8 degrees in crank angle). At this time, the temperature rise in the cylinder 2 due to HCCI combustion and the increase in the internal volume of the cylinder 2 due to the lowering of the piston 5 cancel each other, so that the combustion is excessively intense even when the fuel injection amount is relatively large. There is also a merit that it will not be.

しかしながら、常にそうした適切なタイミングで予混合気を一斉に自己着火させることは非常に難しく、例えばエンジン1の負荷や回転速度が相対的に低くなって、その分、気筒2の圧縮温度や圧縮圧力が低くなると、該気筒2内の予混合気の自己着火のタイミングのばらつきが大きくなって、同図(b)に示すように熱発生のピークが低くなるとともに、それが遅角側に移動することになる。こうなると、熱効率が低下するとともに未燃状態で排出される燃料(炭化水素等)の量が多くなってしまう。   However, it is very difficult to always self-ignite the premixed gas simultaneously at such an appropriate timing. For example, the load and rotation speed of the engine 1 become relatively low, and the compression temperature and compression pressure of the cylinder 2 are correspondingly reduced. When the value becomes lower, the variation in the timing of self-ignition of the premixed gas in the cylinder 2 becomes larger, and the peak of heat generation becomes lower as shown in FIG. It will be. If it becomes like this, thermal efficiency will fall and the quantity of fuel (hydrocarbon etc.) discharged | emitted in an unburned state will increase.

このような不具合に対し、この実施形態では、エンジン1がHCCI領域(I)における低負荷ないし中負荷で且つ低回転ないし中回転の領域(図4に斜めハッチングを入れて示す領域)にあるときには、図7に模式的に示すように、気筒2の圧縮行程終盤に直噴インジェクタ18により少量の燃料を噴射させて(第3噴射)、点火プラグ16の電極付近に偏在する混合気塊(成層化混合気)を形成し、これに圧縮上死点(TDC)直後の所定タイミングで点火して、燃焼させるようにしている。   With respect to such a problem, in this embodiment, when the engine 1 is in a low load or medium load in the HCCI region (I) and in a low rotation or medium rotation region (region shown with diagonal hatching in FIG. 4). As schematically shown in FIG. 7, a small amount of fuel is injected by the direct injection injector 18 at the end of the compression stroke of the cylinder 2 (third injection), and the air-fuel mixture mass (stratified) that is unevenly distributed near the electrode of the spark plug 16 Is formed at a predetermined timing immediately after compression top dead center (TDC) and burned.

こうして点火プラグ16周りの成層化混合気に点火して燃焼させることで、気筒2内の温度及び圧力がさらに上昇し、予混合気全体の自己着火を誘発することになるから、予混合気の自己着火するタイミングを正確に且つ安定して制御することができる。   By igniting and burning the stratified mixture around the spark plug 16 in this way, the temperature and pressure in the cylinder 2 are further increased, and self-ignition of the entire premix is induced. The timing of self-ignition can be controlled accurately and stably.

さらに、HCCI領域(I)において特に気筒2の温度が低い低負荷低回転の領域(図4にクロスハッチングを入れて示す領域)では、吸排気弁11,12の負のオーバーラップ期間中にも直噴インジェクタ18による燃料噴射(第1噴射)を行う。これは従来例(特許文献1)のエンジンと同様であるが、高温の内部EGRガスに曝された燃料噴霧においてはラジカルが生成されたり、部分酸化反応が進んだりして、自己着火し易い活性化混合気が形成されると考えられる。   Further, in the HCCI region (I), particularly in the low load and low rotation region where the temperature of the cylinder 2 is low (the region indicated by cross-hatching in FIG. 4), the intake and exhaust valves 11 and 12 are also during the negative overlap period. Fuel injection (first injection) is performed by the direct injection injector 18. This is the same as the engine of the conventional example (Patent Document 1), but in the fuel spray exposed to the high-temperature internal EGR gas, radicals are generated and the partial oxidation reaction proceeds, so that the self-ignition activity is easy. It is thought that a vaporized mixture is formed.

尚、図4のマップに示すように、HCCI領域(I)内において成層化混合気への点火を行う領域と、それを行わない高負荷側の領域とは、エンジン1の低回転側ほど高負荷側になるように傾斜する境界線bによって区画されており、気筒2の元々の温度状態に応じて、必要なときにのみ成層化混合気への点火を行うようになっている。   As shown in the map of FIG. 4, the region where the stratified mixture is ignited in the HCCI region (I) and the region on the high load side where the stratified mixture is not performed are higher on the lower rotation side of the engine 1. The stratified mixture is ignited only when necessary according to the original temperature state of the cylinder 2, which is partitioned by a boundary line b that is inclined so as to be on the load side.

(具体的な制御手順)
次に、エンジン制御の具体的な手順を図8のフローチャートに基づいて説明すると、まず、スタート後のステップS1では、クランク角センサ8、エアフローセンサ31、アクセル開度センサ32、車速センサ33等からの信号を入力し、ステップS2ではエンジン1への要求トルク(負荷)とエンジン回転速度とを求める。すなわち、エンジン回転速度はクランク角センサ8からの信号によりダイレクトに演算すればよく、要求トルクは例えば車速及びアクセル開度に基づいて、或いはエアフローセンサ31からの信号とエンジン回転速度とに基づき内部EGR量を加味して、演算すればよい。
(Specific control procedure)
Next, a specific procedure for engine control will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S2, the required torque (load) to the engine 1 and the engine speed are obtained. That is, the engine rotational speed may be directly calculated by a signal from the crank angle sensor 8, and the required torque is determined based on, for example, the vehicle speed and the accelerator opening, or the internal EGR based on the signal from the air flow sensor 31 and the engine rotational speed. What is necessary is just to calculate in consideration of the amount.

そうして求めた要求トルクとエンジン回転速度とに基づいて、ステップS3では、図4の制御マップを参照してエンジン1がHCCI領域(I)にあるかどうか判定する。この判定がNOであればSI領域(II)にあるので、詳しい説明は省略するが、通常のSI燃焼のための制御を実行する。つまり、ポートインジェクタ1により気筒2の圧縮行程から吸気行程にかけて吸気ポート9へ燃料を噴射し、気筒2内に略理論空燃比の均一混合気を形成して点火プラグ16により点火する。   Based on the required torque and the engine rotational speed thus obtained, in step S3, it is determined whether the engine 1 is in the HCCI region (I) with reference to the control map of FIG. If this determination is NO, since it is in the SI region (II), detailed description is omitted, but control for normal SI combustion is executed. That is, the fuel is injected into the intake port 9 from the compression stroke to the intake stroke of the cylinder 2 by the port injector 1, and a uniform air / fuel mixture having a substantially stoichiometric air / fuel ratio is formed in the cylinder 2 and ignited by the spark plug 16.

一方、ステップS3の判定がYESでHCCI領域(I)にあれば、ステップS4に進み、VVL14及びVVT15の制御によって負のオーバーラップ期間が生じるように吸排気弁11,12の作動タイミングを制御する。すなわち、例えば、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の内部EGR量となるような吸排気弁11,12のオーバーラップ量を決定し、そうなるように主にVVT15を制御する。   On the other hand, if the determination in step S3 is YES and the HCCI region (I) is present, the process proceeds to step S4, and the operation timing of the intake and exhaust valves 11 and 12 is controlled so that a negative overlap period is generated by the control of VVL14 and VVT15. . That is, for example, on the basis of the target torque and the engine rotation speed, the overlap amount of the intake / exhaust valves 11 and 12 that determines the required internal EGR amount is determined with reference to a map set experimentally in advance. The VVT 15 is mainly controlled so as to be so.

その際、目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の吸気充填量となるような吸排気弁11,12のリフト量も決定し、そうなるように主にVVL14を制御する。この吸気充填量は、気筒2への燃料供給量に対応して適切な空燃比となるように予め実験等により求めて、前記マップに設定したものである。   At that time, based on the target torque and the engine speed, the lift amount of the intake / exhaust valves 11 and 12 that determines the required intake charge amount is determined by referring to a map that is experimentally set in advance. Thus, the VVL 14 is mainly controlled. This intake charge amount is obtained in advance by experiments or the like so as to obtain an appropriate air-fuel ratio corresponding to the fuel supply amount to the cylinder 2, and is set in the map.

続いてステップS5では、インジェクタ18,19の各々による都合3回のそれぞれの燃料噴射量、即ち活性化混合気を形成するための直噴インジェクタ18による第1噴射量と、予混合気を形成するためのポートインジェクタ19による第2噴射量と、成層化混合気を形成するための直噴インジェクタ18による第3噴射量と、をそれぞれ予め実験的に設定してある噴射量マップから読み込んで、決定する。   Subsequently, in step S5, the respective fuel injection amounts for each of the injectors 18 and 19 are formed three times, that is, the first injection amount by the direct injector 18 for forming the activated air-fuel mixture, and the premixed gas are formed. The second injection amount by the port injector 19 for the purpose and the third injection amount by the direct injection injector 18 for forming the stratified mixture are read from the injection amount map set experimentally in advance, respectively, and determined. To do.

この噴射量マップも、目標トルク及びエンジン回転速度に対応して第1、第2及び第3の各噴射量の最適値を予め実験等により設定したものであり、例えば図4のマップ上に示す等回転速度線a−aに沿って、要求トルク(エンジン負荷)の変化に対する第1、第2及び第3のそれぞれの噴射量の変化を見ると、図9に示すようになる。   This injection amount map is also an experiment in which optimum values of the first, second and third injection amounts are set in advance corresponding to the target torque and the engine speed, and are shown on the map of FIG. 4, for example. FIG. 9 shows changes in the first, second, and third injection amounts with respect to changes in the required torque (engine load) along the constant rotational speed line aa.

図示の如く第1の噴射は低負荷域のみで行われ、第3の噴射は低負荷ないし中負荷域で行われる。第3噴射の量は一定であり、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量とされている。図の例では第1噴射の量も略一定とされているが、これには限らない。また、第2噴射はHCCI領域(I)の全域で行われ、その量は要求トルクの増大に応じて一様に増大する。   As shown in the figure, the first injection is performed only in the low load region, and the third injection is performed in the low load or medium load region. The amount of the third injection is constant and is the minimum amount necessary for forming a stratified mixture capable of spark ignition. In the example shown in the figure, the amount of the first injection is also substantially constant, but is not limited thereto. Further, the second injection is performed throughout the HCCI region (I), and the amount thereof increases uniformly as the required torque increases.

そうしてステップS5にて決定した噴射量(制御目標値)に基づいて、ステップS6では第1噴射を行うか否か判定し、噴射量が0であれば(判定はNO)後述のステップS9に進む一方、噴射量が0でなければ(判定はYES)ステップS7に進んで、第1噴射のタイミングになったかどうか判定する。この判定がNOの間は待機し、判定がYESになればステップS8に進んで直噴インジェクタ18を作動させる。尚、第1噴射のタイミングは、直噴インジェクタ18の開弁期間が吸排気弁11,12の負のオーバーラップ期間内に含まれるように設定されている。   Then, based on the injection amount (control target value) determined in step S5, it is determined whether or not the first injection is performed in step S6. If the injection amount is 0 (determination is NO), step S9 described later is performed. On the other hand, if the injection amount is not 0 (determination is YES), the routine proceeds to step S7, where it is determined whether the timing of the first injection has come. While this determination is NO, the process waits. If the determination is YES, the process proceeds to step S8 to operate the direct injection injector 18. The timing of the first injection is set so that the valve opening period of the direct injection injector 18 is included in the negative overlap period of the intake and exhaust valves 11 and 12.

続いてステップS9では、ポートインジェクタ19による燃料噴射(第2噴射)のタイミングになったかどうか判定し、NOの間は待機して、YESになればステップS10に進んでポートインジェクタ19を作動させる。尚、第2噴射のタイミングは、一例として気筒2の吸気行程の中期から吸気弁11が開かれるまでに設定すればよく、こうすれば、吸気弁11の傘部と吸気ポート9との隙間を通過する高速の吸気流によって燃料噴霧を気筒2内に勢い良く運送することができる。   Subsequently, in step S9, it is determined whether or not the timing of fuel injection (second injection) by the port injector 19 is reached. The process waits for NO, and if YES, the process proceeds to step S10 to operate the port injector 19. For example, the timing of the second injection may be set from the middle of the intake stroke of the cylinder 2 until the intake valve 11 is opened. In this way, the gap between the umbrella portion of the intake valve 11 and the intake port 9 is set. The fuel spray can be transported vigorously into the cylinder 2 by the high-speed intake flow that passes therethrough.

続いてステップS11では、前記ステップS6と同様にして第3噴射を行うか否か判定し、噴射量が0であれば(判定はNO)リターンする一方、噴射量が0でなければ(判定はYES)ステップS12に進んで、第3噴射のタイミング(気筒2の圧縮行程終盤)になったかどうか判定する。この判定がNOの間は待機し、判定がYESになればステップS13に進んで直噴インジェクタ18を作動させる。   Subsequently, in step S11, it is determined whether or not the third injection is performed in the same manner as in step S6. If the injection amount is 0 (determination is NO), the process returns. On the other hand, if the injection amount is not 0 (determination is YES) Proceeding to step S12, it is determined whether or not the timing of the third injection (the end of the compression stroke of cylinder 2) has come. While this determination is NO, the process waits. If the determination is YES, the process proceeds to step S13 to operate the direct injection injector 18.

そして、ステップS14,S15では、前記直噴インジェクタ18による第3の噴射によって気筒2内に噴射された燃料が点火プラグ16周りに形成した成層化混合気に点火する。すなわち、まずステップS14ではTDC近傍(TDC直後が望ましい)の点火タイミングになったかどうか判定し、NOの間は待機して、YESになればステップS15に進んで点火回路17を作動させ、しかる後にリターンする。   In steps S 14 and S 15, the fuel injected into the cylinder 2 by the third injection by the direct injection injector 18 ignites the stratified mixture formed around the spark plug 16. That is, first, in step S14, it is determined whether or not the ignition timing near TDC (preferably immediately after TDC) has been reached, and the system waits for NO. If YES, the process proceeds to step S15 to activate the ignition circuit 17, and thereafter Return.

前記図8のフローのステップS5〜S8により、エンジン1がHCCI領域(I)における相対的に低負荷且つ低回転の領域にあるとき、吸排気弁11,12の負のオーバーラップ期間において直噴インジェクタ18により気筒2内に燃料を直接、噴射させ、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段30aが構成されている。   When the engine 1 is in a relatively low load and low speed region in the HCCI region (I) according to steps S5 to S8 of the flow of FIG. 8, direct injection is performed during the negative overlap period of the intake and exhaust valves 11 and 12. An activated air-fuel mixture forming means 30a is formed, in which fuel is directly injected into the cylinder 2 by the injector 18 to form an activated air-fuel mixture having high ignitability.

また、ステップS5,S9,10によって、ポートインジェクタ19により燃料を噴射させて気筒2内に少なくとも吸気行程で燃料を供給し、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段30bが構成されている。   Further, the steps S5, S9, and 10 constitute premixed air forming means 30b for injecting fuel by the port injector 19 and supplying the fuel into the cylinder 2 at least in the intake stroke to form a substantially uniform premixed gas. ing.

また、ステップS5,S11〜S13によって、エンジン1がHCCI領域(I)における相対的に低負荷ないし中負荷で且つ低回転ないし中回転の領域にあるとき、直噴インジェクタ18により気筒2内に圧縮行程で少量の燃料を噴射させ、点火プラグ16周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段30cが構成されている。   Further, in steps S5, S11 to S13, when the engine 1 is in a relatively low or medium load and low or medium rotation region in the HCCI region (I), it is compressed into the cylinder 2 by the direct injection injector 18. A stratified mixture forming means 30c is formed that injects a small amount of fuel in the stroke to form a stratified mixture that is unevenly distributed around the spark plug 16.

さらに、ステップS14,S15により、エンジン1がHCCI領域(I)における前記低ないし中負荷且つ低ないし中回転の領域にあるときに、点火プラグ16により所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段30dが構成されている。   Further, in steps S14 and S15, when the engine 1 is in the low to medium load and low to medium rotation region in the HCCI region (I), the ignition that ignites the stratified mixture at a predetermined timing by the spark plug 16 Control means 30d is configured.

前記図8のフローの制御は、PCM30のメモリに電子的に格納されている制御プログラムの実行によって実現するものであり、その意味でPCM30は、前記活性化混合気形成手段30a、予混合気形成手段30b、成層化混合気形成手段30c及び点火制御手段30dをそれぞれソフトウエア・プログラムの形態で備えている。   The control of the flow of FIG. 8 is realized by executing a control program electronically stored in the memory of the PCM 30. In this sense, the PCM 30 is configured to form the activated mixture formation means 30a and the premixture formation. Means 30b, stratified mixture forming means 30c, and ignition control means 30d are provided in the form of software programs.

したがって、この実施形態に係るエンジン制御装置Aによると、吸排気弁11,12の所謂負のオーバーラップ期間を設けて、気筒2内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するようにしたガソリンエンジン1において、予混合気の形成のための燃料供給とは別に、前記負のオーバーラップ期間において気筒2内のEGRガス中に燃料を噴射し、着火性の高い活性化混合気を形成するとともに、該気筒2内に圧縮行程でも少量の燃料を噴射し、点火プラグ16周りに成層化させた混合気塊に点火して燃焼させることで、予混合気全体の自己着火を確実に発生させることができる。   Therefore, according to the engine control apparatus A according to this embodiment, the so-called negative overlap period of the intake and exhaust valves 11 and 12 is provided to increase the temperature in the cylinder 2 to promote the compression self-ignition of the premixed gas. In the gasoline engine 1 configured as described above, separately from the fuel supply for forming the premixed gas, the fuel is injected into the EGR gas in the cylinder 2 during the negative overlap period, and the activated mixing with high ignitability is performed. A small amount of fuel is injected into the cylinder 2 even in the compression stroke, and the air-fuel mixture mass stratified around the spark plug 16 is ignited and burned, thereby self-ignition of the entire premixed gas. It can be generated reliably.

よって、従来までは安定したHCCI燃焼を実現できなかった低負荷、低回転側の領域までHCCI領域(I)を拡大することができるとともに、予混合気の自己着火のタイミングを最適化して、HCCI燃焼による燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができる。   Therefore, the HCCI region (I) can be expanded to the low load, low rotation side region where stable HCCI combustion could not be realized until now, and the timing of self-ignition of the premixed gas is optimized, and the HCCI The fuel consumption and emission improvement effect due to combustion can be sufficiently obtained.

しかも、前記のように成層化混合気を形成するための燃料噴射(第3燃料噴射)の量は、エンジン1の目標トルクの大きさ(負荷状態)によらず、火花点火が可能な成層化混合気を形成するための必要最小量としているので、火花点火燃焼に伴う窒素酸化物の生成は極力、抑えることができる。   Moreover, the amount of fuel injection (third fuel injection) for forming the stratified mixture as described above is stratified so that spark ignition can be performed regardless of the target torque magnitude (load state) of the engine 1. Since it is set as the minimum amount necessary for forming the air-fuel mixture, the generation of nitrogen oxides accompanying spark ignition combustion can be suppressed as much as possible.

さらに、成層化混合気の形成及び点火燃焼は、それが必要なときにのみ行うようにしており、HCCI燃焼が安定して行える領域(HCCI領域(I)における高負荷ないし高回転側の領域)では行わないことで、火花点火燃焼に伴う窒素酸化物の生成を回避することができる。   Further, the formation of the stratified mixture and the ignition combustion are performed only when necessary, and the region where the HCCI combustion can be stably performed (the region on the high load or high rotation side in the HCCI region (I)). In this case, the generation of nitrogen oxides associated with spark ignition combustion can be avoided.

また、この実施形態では、気筒2内に予混合気を形成するための燃料噴射は、ポートインジェクタ19により行うようにしており、これを直噴インジェクタ18よりも大容量のものとすることで、SI燃焼の際にエンジン1の最大トルクに対応して要求される多量の噴射量を確保しやすい。一方、直噴インジェクタ18は容量の小さなものとすることができ、少量の燃料噴射において制御精度を確保する上で有利になる。   Further, in this embodiment, the fuel injection for forming the premixed gas in the cylinder 2 is performed by the port injector 19, and this has a larger capacity than the direct injection injector 18. It is easy to ensure a large amount of injection required for the maximum torque of the engine 1 during SI combustion. On the other hand, the direct injection injector 18 can have a small capacity, which is advantageous in ensuring control accuracy in a small amount of fuel injection.

(他の実施形態)
本発明の構成は、前記した実施形態のものに限定されることなく、それ以外の種々の構成を包含する。すなわち、前記の実施形態では、図9に示すように、成層化混合気を形成するための第3噴射の量を略一定としているが、これに限らず、エンジン1の運転状態に応じて変更するようにしてもよい。また、第3噴射をHCCI領域(I)の全域に亘って行うようにしてもよい。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various other configurations. That is, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 9, the amount of the third injection for forming the stratified mixture is substantially constant, but is not limited thereto, and is changed according to the operating state of the engine 1. You may make it do. Further, the third injection may be performed over the entire HCCI region (I).

同様に、活性化混合気を形成するための第1噴射を、もう少し高負荷側まで行うようにしてもよいが、これはノッキングの抑制とのトレードオフとなる。また、燃料性状によっては第1噴射が不要になる場合もあり、反対にHCCI領域(I)の全域に亘って必要になることも考えられる。   Similarly, the first injection for forming the activated air-fuel mixture may be performed to a slightly higher load side, but this is a trade-off with suppression of knocking. Further, the first injection may be unnecessary depending on the fuel properties, and conversely, it may be necessary over the entire HCCI region (I).

また、前記の実施形態では、予混合気を形成するための第2噴射を気筒2の吸気行程で行うようにしているが、これはポートインジェクタ19によるものであるから、排気行程或いはそれ以前の膨張行程や圧縮行程で行うようにすることもできる。   Further, in the above-described embodiment, the second injection for forming the premixed gas is performed in the intake stroke of the cylinder 2, but since this is due to the port injector 19, the exhaust stroke or earlier It can also be performed in the expansion stroke or compression stroke.

或いはエンジン1にポートインジェクタ19を設けずに、直噴インジェクタ18のみにより第1、第2及び第3の噴射を行うようにすることも可能である。   Alternatively, the first injector, the second injector, and the third injector can be performed only by the direct injector 18 without providing the port injector 19 in the engine 1.

さらに、前記の実施形態では、吸排気弁11,12のリフト特性をVVL14及びVVT15の作動によって連続的に変更するようにしているが、これに限らず、リフト量及び位相角のいずれか一方は段階的に切換わるような構造としてもよい。また、吸排気弁11,12を個別に電磁アクチュエータによって開閉するような動弁機構を用いてもよいことは言うまでもない。   Furthermore, in the above-described embodiment, the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12 are continuously changed by the operation of the VVL 14 and VVT 15, but not limited to this, either the lift amount or the phase angle is It is good also as a structure which switches in steps. Needless to say, a valve operating mechanism that opens and closes the intake and exhaust valves 11 and 12 individually by an electromagnetic actuator may be used.

以上、説明したように本発明は、低負荷低回転側でHCCI燃焼を行うようにしたガソリンエンジンにおいて、予混合気の圧縮による自己着火の安定性を高め、且つ着火タイミングを最適化して、HCCI燃焼の領域を拡大することができるので、有用である。   As described above, according to the present invention, in a gasoline engine that performs HCCI combustion at a low load and low rotation side, the stability of self-ignition due to compression of the premixed gas is improved, and the ignition timing is optimized, so that HCCI is achieved. This is useful because the area of combustion can be expanded.

本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole engine control device composition concerning an embodiment of the present invention. 制御の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of control. 吸排気弁のリフト特性の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the lift characteristic of an intake / exhaust valve. 燃焼状態を切換える制御マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the control map which switches a combustion state. HCCI燃焼のイメージ図である。It is an image figure of HCCI combustion. HCCI燃焼における熱発生の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the heat generation in HCCI combustion. 2つのインジェクタによる燃料噴射の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the aspect of the fuel injection by two injectors. 燃焼状態を切換える制御の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of the control which switches a combustion state. 要求トルクの変化に対する第1、第2及び第3のそれぞれの噴射量の変化を等回転速度線に沿って示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the change of each 1st, 2nd and 3rd injection amount with respect to the change of a request | requirement torque along the equal rotational speed line.

符号の説明Explanation of symbols

A エンジン制御装置
1 ガソリンエンジン
2 気筒
9 吸気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
16 点火プラグ
18 直噴インジェクタ(燃料噴射弁)
19 ポートインジェクタ(別のインジェクタ)
30 PCM
30a 活性化混合気形成手段
30b 予混合気形成手段
30c 成層化混合気形成手段
30d 点火制御手段
A Engine control device 1 Gasoline engine 2 Cylinder 9 Intake port 11 Intake valve 12 Exhaust valve 16 Spark plug 18 Direct injection injector (fuel injection valve)
19 Port injector (another injector)
30 PCM
30a activated mixture formation means 30b premixture formation means 30c stratified mixture formation means 30d ignition control means

Claims (7)

気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設け、残留する既燃ガスによって該気筒内の温度を高めることにより、圧縮行程の終盤以降における予混合気の自己着火を促進するようにしたガソリンエンジンの制御装置であって、
前記気筒内に少なくとも吸気行程で燃料を供給して、略均一な予混合気を形成する予混合気形成手段と、
前記気筒内に圧縮行程で燃料を供給して、点火プラグ周りに偏在する成層化混合気を形成する成層化混合気形成手段と、
前記点火プラグにより所定のタイミングで成層化混合気に点火する点火制御手段と、
を備えることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
In the exhaust stroke or the intake stroke of the cylinder, a negative overlap period is provided to close both the intake valve and the exhaust valve, and the temperature in the cylinder is increased by the remaining burned gas, so that the premixed air after the end of the compression stroke A control device for a gasoline engine that promotes self-ignition of
Premixture forming means for supplying fuel into the cylinder at least in the intake stroke to form a substantially uniform premixture;
Stratified mixture forming means for supplying fuel in the cylinder in a compression stroke to form a stratified mixture that is unevenly distributed around the spark plug;
Ignition control means for igniting a stratified mixture at a predetermined timing by the spark plug;
A control device for a gasoline engine comprising:
請求項1の制御装置において、
気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁が設けられ、
成層化混合気形成手段は、前記燃料噴射弁により気筒内に圧縮行程で燃料を噴射させるものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
The control device according to claim 1,
A fuel injection valve is provided to inject fuel directly into the cylinder,
The control device for a gasoline engine, wherein the stratified mixture forming means is for injecting fuel into the cylinder in a compression stroke by the fuel injection valve.
請求項1又は2のいずれかの制御装置において、
点火制御手段は、予混合気の自己着火が気筒の圧縮上死点近傍の所定の時期に発生するように、成層化混合気への点火タイミングを制御するものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
In the control device according to claim 1 or 2,
The gasoline engine characterized in that the ignition control means controls the ignition timing to the stratified mixture so that the self-ignition of the premixed gas occurs at a predetermined time near the compression top dead center of the cylinder. Control device.
請求項1〜3のいずれか1つの制御装置において、
成層化混合気形成手段は、エンジンの低負荷低回転領域において成層化混合気の形成を行うものであり、
点火制御手段は、前記低負荷低回転領域において前記成層化混合気への点火を行うものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
The control device according to any one of claims 1 to 3,
The stratified mixture forming means forms the stratified mixture in the low load and low rotation region of the engine.
The gasoline engine control device according to claim 1, wherein the ignition control means ignites the stratified mixture in the low load and low rotation range.
請求項1〜4のいずれか1つの制御装置において、
成層化混合気形成手段は、エンジンの負荷状態によらず気筒内に略一定量の燃料を供給するものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 4,
The control apparatus for a gasoline engine, wherein the stratified mixture forming means supplies a substantially constant amount of fuel into the cylinder regardless of the engine load state.
請求項2〜5のいずれか1つの制御装置において、
負のオーバーラップ期間において燃料噴射弁により気筒内に燃料を直接、噴射させて、着火性の高い活性化混合気を形成する活性化混合気形成手段を備えることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
In the control device according to any one of claims 2 to 5,
A control apparatus for a gasoline engine, comprising an activated gas mixture forming means for directly injecting fuel into a cylinder by a fuel injection valve during a negative overlap period to form an activated gas mixture having high ignitability. .
請求項6の制御装置において、
吸気通路に燃料を噴射するように別の燃料噴射弁が設けられ、
予混合気形成手段は、前記別の燃料噴射弁により燃料を噴射させるものであることを特徴とするガソリンエンジンの制御装置。
The control device according to claim 6.
Another fuel injection valve is provided to inject fuel into the intake passage,
The control device for a gasoline engine, wherein the premixed gas forming means is for injecting fuel by the another fuel injection valve.
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