JP2011153562A - Control device of spark ignition engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance fuel consumption performance more effectively while avoiding misfire, etc. <P>SOLUTION: Within a specific load range of an engine, compression self-ignition combustion is performed in a low rotation range A of the engine, spark ignition combustion is performed with ignition of an air-fuel mixture by an ignition plug 16 in high rotation range B1 of the engine, in the low rotation range A in which the compression self-ignition combustion is performed, the more a load becomes small, the more the effective compression ratio ε' is raised, and in the high rotation range B1 in which the spark ignition combustion is performed, the more a load becomes small, the more the effective compression ratio ε' is lowered. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガソリンを主成分とする燃料が供給される点火プラグを有する火花点火式エンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a spark ignition engine having an ignition plug to which a fuel mainly composed of gasoline is supplied.

従来より、点火プラグを有する火花点火式ガソリンエンジンにおいて、運転領域に応じて、燃焼室内の混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼と、点火プラグによる火花点火によって混合気を強制燃焼させる火花点火燃焼とを行うことが知られている。圧縮自己着火燃焼は、燃焼室の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、火花点火による燃焼に比べてより高い熱効率が得られると言われている。しかしながら、この圧縮自己着火燃焼は所定の運転領域では燃焼制御性が悪化する(つまり過早着火やノッキングあるいは失火が起き易くなる)という問題を有している。そのため、このような領域では火花点火によりコントロールされた強制燃焼を行う必要があり、運転領域に応じて圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とが使い分けられている。   Conventionally, in a spark-ignition gasoline engine having an ignition plug, depending on the operating region, compression self-ignition combustion in which the air-fuel mixture in the combustion chamber self-ignites and spark ignition combustion in which the air-fuel mixture is forcibly burned by spark ignition by the ignition plug And is known to do. Compressed self-ignition combustion is combustion in which self-ignition occurs at various points in the combustion chamber at the same time, and it is said that higher thermal efficiency is obtained compared to combustion by spark ignition. However, this compression self-ignition combustion has a problem that the combustion controllability deteriorates in a predetermined operating region (that is, premature ignition, knocking or misfire is likely to occur). Therefore, in such a region, it is necessary to perform forced combustion controlled by spark ignition, and compression self-ignition combustion and spark ignition combustion are selectively used depending on the operation region.

例えば、特許文献1には、低回転低負荷領域において圧縮自己着火燃焼を行い、その他の領域、具体的には、低回転高負荷領域および高回転領域にて火花点火燃焼を行う装置が開示されている。この装置では、燃焼が安定しやすい低回転低負荷領域にて圧縮自己着火燃焼を行うことで圧縮自己着火燃焼を的確に実行し、低回転低負荷領域での熱効率を高めて燃費性能の改善を図っている。さらに、この装置では、高負荷領域において圧縮比を13以上としてエンジン出力を高める一方、圧縮自己着火が行われる低負荷領域において圧縮比を13以下の所定値とすることでポンピングロスを抑えてエンジン性能の改善を図っている。   For example, Patent Document 1 discloses an apparatus that performs compression self-ignition combustion in a low rotation / low load region and performs spark ignition combustion in other regions, specifically, a low rotation / high load region and a high rotation region. ing. With this system, compression self-ignition combustion is performed accurately in the low-rotation low-load region where combustion is easy to stabilize, and the thermal efficiency in the low-rotation low-load region is improved to improve fuel efficiency. I am trying. Further, in this device, the engine output is increased by setting the compression ratio to 13 or more in the high load region, while the pumping loss is suppressed by setting the compression ratio to a predetermined value of 13 or less in the low load region where compression self-ignition is performed. We are trying to improve performance.

特開2007−292060号公報JP 2007-292060 A

上記特許文献1に開示されている装置では、低負荷領域において低回転側では圧縮自己着火燃焼が行われて高回転側では火花点火燃焼が行われているが、これら燃焼方式によらず低負荷領域では圧縮比を13以下の所定値としている。ここで、圧縮自己着火燃焼では、圧縮比が低下すると燃焼安定性が悪化するという問題がある。そのため、この装置のように、低負荷領域において単に圧縮比を小さく抑えただけでは、圧縮自己着火燃焼時に失火等が生じるおそれがある。   In the device disclosed in Patent Document 1, in the low load region, compression self-ignition combustion is performed on the low rotation side and spark ignition combustion is performed on the high rotation side. In the region, the compression ratio is set to a predetermined value of 13 or less. Here, in the compression self-ignition combustion, there is a problem that combustion stability deteriorates when the compression ratio decreases. Therefore, if the compression ratio is simply kept small in the low load region as in this device, misfire or the like may occur during compression self-ignition combustion.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃焼安定性を改善しつつ燃費性能をより効果的に向上させることを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at improving a fuel consumption performance more effectively, improving combustion stability.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、燃焼室内の混合気を点火可能な点火プラグを有する火花点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの特定の負荷領域において、当該エンジンの低回転領域では圧縮自己着火燃焼を行わせる一方、当該エンジンの高回転領域では上記点火プラグによる混合気の点火によって火花点火燃焼を行わせるようにエンジンの各部を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域では負荷が低くなるほどエンジンの有効圧縮比を高くする一方、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域では負荷が低くなるほどエンジンの有効圧縮比を低くすることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置を提供する(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a control device for a spark ignition engine having an ignition plug capable of igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber. Control means for controlling each part of the engine so that spark ignition combustion is performed by ignition of the air-fuel mixture by the spark plug in the high speed region of the engine while performing compression self-ignition combustion in the rotation region. Increases the effective compression ratio of the engine as the load decreases in the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed, while the effective compression ratio of the engine decreases as the load decreases in the high rotation region where the spark ignition combustion is performed. A control device for a spark ignition type engine is provided.

この装置によれば、低回転領域で圧縮自己着火燃焼を実施する一方高回転領域で火花点火燃焼を実施しており、高回転領域での圧縮自己着火燃焼による失火を確実に回避しつつ低回転領域で確実に圧縮自己着火燃焼を確実に実現することで燃費性能を高めることができる。しかも、同一負荷領域であっても燃焼形態に応じて負荷に対する有効圧縮比の制御を異ならせており、各燃焼形態においてそれぞれ燃費性能を向上させることができる。すすなわち、圧縮自己着火燃焼を行う低回転領域においては負荷の低下とともに有効圧縮比を高めており、負荷の低下に伴う燃焼安定性の悪化を抑制して適正な圧縮自己着火燃焼を実現することで燃費性能を向上させることができるとともに、火花点火燃焼を行う高回転領域においては負荷の低下とともに有効圧縮比を低下させており、ポンピングロスを低減させることで燃費性能を向上させることができる。   According to this device, compression self-ignition combustion is performed in the low rotation region, while spark ignition combustion is performed in the high rotation region, and low rotation while reliably avoiding misfire due to compression self-ignition combustion in the high rotation region. Fuel efficiency can be improved by reliably realizing compression self-ignition combustion in the region. In addition, even in the same load region, the control of the effective compression ratio with respect to the load is varied according to the combustion mode, and the fuel efficiency can be improved in each combustion mode. In other words, the effective compression ratio is increased as the load decreases in the low rotation range where compression self-ignition combustion is performed, and the deterioration of the combustion stability accompanying the decrease in load is suppressed to achieve proper compression self-ignition combustion. The fuel consumption performance can be improved by the above, and the effective compression ratio is lowered along with the load reduction in the high rotation region where the spark ignition combustion is performed, and the fuel consumption performance can be improved by reducing the pumping loss.

ここで、適正な圧縮自己着火燃焼を実現するためには圧縮時の温度および圧力として比較的高い値が必要となる。そこで、エンジン本体の幾何学的圧縮比としては、16以上に設定されているのが好ましい(請求項2)。   Here, in order to realize proper compression self-ignition combustion, relatively high values are required as the temperature and pressure during compression. Therefore, it is preferable that the geometric compression ratio of the engine body is set to 16 or more (claim 2).

また、本発明において、上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域全域において、上記燃焼室内の理論空燃比に対する空気過剰率λをλ≧2に設定するのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, it is preferable that the control means sets the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber to λ ≧ 2 over the entire operation region where the compression self-ignition combustion is performed. ).

このようにすれば、λ≧2という大幅にリーンな空燃比下で圧縮自己着火燃焼を行わせることにより、燃焼により生じるNOxの量を効果的に低減でき、排ガス性能を向上させることができる。   In this way, by performing the compression self-ignition combustion under a significantly lean air-fuel ratio of λ ≧ 2, the amount of NOx generated by the combustion can be effectively reduced, and the exhaust gas performance can be improved.

また、本発明において、上記制御手段は、上記特定の負荷領域の少なくとも一部の負荷領域において、上記圧縮自己着火燃焼を行なわせる低回転領域のエンジンの有効圧縮比を、同一負荷で上記火花点火燃焼を行なわせる高回転領域のエンジンの有効圧縮比よりも高くするとともに、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域から上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域への移行時において、当該移行後の所定期間、上記点火プラグによる混合気の点火を持続させるのが好ましい(請求項4)。   Further, in the present invention, the control means sets the effective compression ratio of the engine in the low rotation region in which the compression self-ignition combustion is performed in at least a part of the specific load region to the spark ignition at the same load. In the transition from the high rotation region where the spark ignition combustion is performed to the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed, after the transition Preferably, the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug is continued for a predetermined period of time.

このようにすれば、圧縮自己着火燃焼実施時の有効圧縮比を高い値としてより確実に適正な燃焼を実現することができるととともに、有効圧縮比の低い状態で実施される火花天下燃焼から有効圧縮比の高い状態で実施される圧縮自己着火燃焼への移行時に、失火等が生じるのをより確実に回避することができる。すなわち、上記移行時には、有効圧縮比が即時に切り替わらずに有効圧縮比が十分に高められておらず適正な圧縮自己着火燃焼が実現困難な状態となるおそれがあるが、本構成では、この移行後の所定期間、点火プラグによる点火を持続させて混合気にエネルギーを付与することで燃焼を促進しており、燃焼安定性を高めることができる。   In this way, the effective compression ratio at the time of carrying out the compression self-ignition combustion can be set to a high value, and proper combustion can be realized more reliably, and effective from the spark-down combustion performed at a low effective compression ratio. When shifting to compression self-ignition combustion performed in a state where the compression ratio is high, it is possible to more reliably avoid occurrence of misfire or the like. That is, at the time of the transition, the effective compression ratio is not switched immediately and the effective compression ratio is not sufficiently increased, and there is a possibility that proper compression self-ignition combustion is difficult to achieve. Combustion is promoted by sustaining ignition by the spark plug and applying energy to the air-fuel mixture for a predetermined period later, and combustion stability can be improved.

上記所定期間は、エンジンの有効圧縮比が上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域に対して設定された値となるまでの期間であるのが好ましい。すなわち、制御手段は、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域から上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域への移行後、エンジンの有効圧縮比が上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域に対して設定された値となるまでの期間、上記点火プラグによる混合気の点火を持続させるのが好ましい(請求項5)。   The predetermined period is preferably a period until the effective compression ratio of the engine reaches a value set for the low rotation region in which the compression self-ignition combustion is performed. That is, after the control means shifts from the high rotation region where the spark ignition combustion is performed to the low rotation region where the compression self ignition combustion is performed, the effective compression ratio of the engine is the low rotation region where the compression self ignition combustion is performed. It is preferable that the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug is continued for a period until reaching a value set for (Claim 5).

このようにすれば、上記移行後において、より確実に適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。   In this way, it is possible to more surely realize proper compression self-ignition combustion after the transition.

以上説明したように、本発明によれば、燃焼形態に応じてエンジンの有効圧縮比を適切に制御することで失火等を回避しつつエンジンの燃費性能をより効果的に向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the fuel efficiency performance of the engine can be improved more effectively while avoiding misfire and the like by appropriately controlling the effective compression ratio of the engine according to the combustion mode.

理論空燃比に対する空気過剰率λとNOxの生成量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the excess air ratio (lambda) with respect to a theoretical air fuel ratio, and the production amount of NOx. 燃料と酸素が化学反応して圧縮自己着火燃焼が起きる様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that a fuel and oxygen react chemically and compression auto-ignition combustion occurs. 一般的なレシプロ式ガソリンエンジンを模式的に示す図である。It is a figure showing typically a general reciprocating gasoline engine. エンジン回転数が1000rpmのときに混合気をMBTで自着火させるための圧縮端温度および圧縮端圧力の条件を算出したグラフである。It is the graph which computed the conditions of the compression end temperature and the compression end pressure for making an air-fuel mixture self-ignite by MBT when an engine speed is 1000 rpm. 本発明の実施形態にかかる火花点火式エンジンの制御装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the control apparatus of the spark ignition type engine concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる有効圧縮比を制御するために設定される吸気弁のリフト特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the lift characteristic of the intake valve set in order to control the effective compression ratio concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map concerning embodiment of this invention. HCCI燃焼領域および第2SI燃焼領域におけるエンジン負荷に応じた有効圧縮比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the effective compression ratio according to the engine load in a HCCI combustion area | region and a 2nd SI combustion area | region. 第1SI燃焼領域および第2SI燃焼領域におけるエンジン負荷に応じた有効圧縮比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the effective compression ratio according to the engine load in a 1st SI combustion area | region and a 2nd SI combustion area | region. 燃焼領域移行時の有効圧縮比および点火信号の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the effective compression ratio at the time of combustion area transfer, and an ignition signal.

<本発明に至るまでの研究>
(1−1)空燃比に関する考察
エンジンの熱効率を向上させて燃費性能を改善するには、理論空燃比よりもリーンな空燃比下で混合気を燃焼(リーン燃焼)させればよい。空燃比をリーンにして混合気の空気量を燃料(ガソリン)に対して過剰な量とすると、混合気の燃焼温度が低下してエンジンの排気損失および冷却損失が低減されるため、熱効率は向上する。
<Research up to the present invention>
(1-1) Consideration on air-fuel ratio In order to improve the thermal efficiency of the engine and improve the fuel efficiency, the air-fuel mixture may be burned (lean combustion) under an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. If the air-fuel ratio is made lean and the amount of air in the mixture is excessive with respect to the fuel (gasoline), the combustion temperature of the mixture will decrease, reducing engine exhaust loss and cooling loss, improving thermal efficiency To do.

上記のようなリーン燃焼を行わせるガソリンエンジン(リーンバーンガソリンエンジン)は既に開発されている。例えば、通常14.7程度である理論空燃比に対して混合気の空燃比を20程度まで大きく設定したガソリンエンジンが実用化されている。しかしながら、20程度の空燃比では、熱効率の大幅な改善が望めないだけでなく、エミッション性能が悪化するという問題がある。すなわち、エンジンの排気通路には、一般に、排ガス中に含まれるHC、CO、NOxを同時に浄化可能な三元触媒が設けられるが、この三元触媒は、空燃比が理論空燃比であるときに最大の性能を発揮するものであり、空燃比が上記のように20程度までリーン化されるとNOxの浄化性能が極端に低下する。   A gasoline engine (lean burn gasoline engine) that performs lean combustion as described above has already been developed. For example, a gasoline engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to about 20 with respect to the theoretical air-fuel ratio, which is usually about 14.7, has been put into practical use. However, when the air-fuel ratio is about 20, there is a problem that not only a significant improvement in thermal efficiency can be expected, but also the emission performance deteriorates. In other words, the engine exhaust passage is generally provided with a three-way catalyst capable of simultaneously purifying HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas. This three-way catalyst is used when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. The maximum performance is exhibited, and when the air-fuel ratio is leaned to about 20 as described above, the NOx purification performance is extremely lowered.

ここで、例えばNOxを吸蔵して還元するNOx触媒を上記三元触媒とは別に設けることにより、NOxをある程度浄化することは可能である。しかしながら、上記NOx触媒を設けた場合であっても、空燃比が20程度の場合には、NOxの排出量を年々厳しくなる排ガス規制に十分に対応することができないおそれがある。   Here, for example, by providing a NOx catalyst for storing and reducing NOx separately from the three-way catalyst, it is possible to purify NOx to some extent. However, even when the NOx catalyst is provided, when the air-fuel ratio is about 20, there is a possibility that the exhaust gas regulation that makes the exhaust amount of NOx stricter year by year cannot be sufficiently met.

そこで、本願発明者は、空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーン化することにより、燃焼により生じるNOx量(生のNOx量)自体を低減しようと考えた。すなわち、空燃比を大幅にリーンにすることで、混合気の燃焼温度をNOxの生成温度(NOxが活発に生成される温度)よりも低くし、これによってNOxの生成量を低減することを検討した。   Therefore, the inventor of the present application thought to reduce the NOx amount (raw NOx amount) itself generated by combustion by making the air-fuel ratio much leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, by making the air-fuel ratio significantly lean, the combustion temperature of the air-fuel mixture is made lower than the NOx generation temperature (the temperature at which NOx is actively generated), thereby reducing the amount of NOx generated did.

図1は、理論空燃比に対する空気過剰率λと、NOxの生成量(燃焼により生じる生のNOx量)との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸の値Yは、NOx触媒を設ければ所定の排ガス規制を十分に満足できるNOxの生成量を示しており、値Xは、NOx触媒を設けなくても上記排ガス規制を十分に満足できるNOxの生成量を示している。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio and the amount of NOx produced (the amount of raw NOx produced by combustion). In this graph, the value Y on the vertical axis indicates the amount of NOx produced that sufficiently satisfies the predetermined exhaust gas regulation if the NOx catalyst is provided, and the value X indicates the above exhaust gas regulation without the provision of the NOx catalyst. The production amount of NOx that is sufficiently satisfactory is shown.

図1から理解できるように、理論空燃比に対する空気過剰率λをλ≧2.4(空燃比で約35以上)とすれば、燃焼により生じる生のNOx量が上記基準値X以下になり、NOx触媒を設けなくても排気ガス規制を十分に満足できる。また、空気過剰率λが2〜2.4までの範囲では、NOx生成量を上記基準値Yよりも小さく抑えることができ、NOx触媒を設けることで規制を十分に満足することが可能となる。   As can be understood from FIG. 1, if the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio is λ ≧ 2.4 (the air-fuel ratio is about 35 or more), the amount of raw NOx generated by combustion becomes the reference value X or less, Even without the NOx catalyst, exhaust gas regulations can be fully satisfied. Further, when the excess air ratio λ is in the range of 2 to 2.4, the NOx generation amount can be suppressed to be smaller than the reference value Y, and the regulation can be sufficiently satisfied by providing the NOx catalyst. .

以上のことから、NOx排出量の問題をクリアするには、理論空燃比に対する空気過剰率λを、λ≧2、より好ましくはλ≧2.4に設定すればよいことが分かる。λを2.4以上に設定すればNOx触媒を省略できるため、λが2〜2.4のときと比べてコスト面等でも有利となる。   From the above, it can be seen that the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio should be set to λ ≧ 2, more preferably λ ≧ 2.4 in order to clear the problem of NOx emission. If λ is set to 2.4 or more, the NOx catalyst can be omitted, which is advantageous in terms of cost as compared to when λ is 2 to 2.4.

しかしながら、λ≧2(または2.4)の超リーンな空燃比下で混合気を燃焼させた場合、火炎伝播速度は理論空燃比下で燃焼させた場合に比べて大幅に低下する。そのため、従来のガソリンエンジンと同様の火花点火による燃焼(以下、SI燃焼という場合がある)を適用したのでは、火炎が十分に伝播する前にピストンが下降してしまい失火するという問題がある。これに対して、混合気が同時多発的に自着火する圧縮自己着火燃焼(以下HCCI燃焼という場合がある)を実施した場合には、上記のような火炎伝播速度の低下にかかわらず、λ≧2の空燃比下でも適正な燃焼を行える可能性があることがわかった。そこで、本願発明者は、この圧縮自己着火燃焼に着目してさらに以下のような検討を行った。   However, when the air-fuel mixture is burned under an ultra-lean air-fuel ratio of λ ≧ 2 (or 2.4), the flame propagation speed is greatly reduced as compared with the case where it is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, when combustion by spark ignition (hereinafter sometimes referred to as SI combustion) similar to that of a conventional gasoline engine is applied, there is a problem that the piston descends before the flame sufficiently propagates and misfires. On the other hand, when compression self-ignition combustion (hereinafter sometimes referred to as HCCI combustion) in which the air-fuel mixture self-ignites simultaneously and frequently is performed, λ ≧≧ regardless of the decrease in the flame propagation speed as described above. It was found that there is a possibility that proper combustion can be performed even under an air-fuel ratio of 2. Therefore, the inventor of the present application paid attention to this compression self-ignition combustion and further studied as follows.

(1−2)HCCI燃焼に関する考察
ガソリンエンジンにおけるHCCI燃焼は、図2に示すように、燃料(ガソリン)と酸素が自主的に化学反応する現象であり、水と二酸化炭素を生成しつつ熱エネルギーを発生させる。この燃料と酸素の化学反応が起きるか否かは、混合気の温度、圧力、高温高圧時間(混合気が高温・高圧に晒される時間)によって決定される。具体的には、温度が高いほど混合気中の分子の速度が速くなるため、また、圧力が高いほど(つまり分子密度が高いほど)混合気中の分子の衝突頻度が多くなるため、温度および圧力が高いほど化学反応は起き易くなる。そして、温度および圧力が高い時間(高温高圧時間)がある程度継続したところで化学反応すなわち燃焼が開始し、その後は、この化学反応が連鎖的に進行することで混合気の燃焼が完了する。
(1-2) Consideration about HCCI combustion As shown in FIG. 2, HCCI combustion in a gasoline engine is a phenomenon in which fuel (gasoline) and oxygen voluntarily undergo a chemical reaction, generating thermal energy while generating water and carbon dioxide. Is generated. Whether or not the chemical reaction between the fuel and oxygen occurs is determined by the temperature, pressure, and high-temperature and high-pressure time of the air-fuel mixture (the time during which the air-fuel mixture is exposed to high temperature and high pressure). Specifically, the higher the temperature, the faster the speed of the molecules in the gas mixture, and the higher the pressure (that is, the higher the molecular density), the more frequent the collision of the molecules in the gas mixture. The higher the pressure, the easier the chemical reaction takes place. A chemical reaction, that is, combustion starts when a time during which the temperature and pressure are high (high temperature and high pressure time) continues to some extent, and thereafter, the combustion of the air-fuel mixture is completed by the chain reaction of the chemical reaction.

前述のように、HCCI燃焼では混合気が同時多発的に自着火するため、火花点火時の燃焼すなわちSI燃焼に比べて混合気の燃焼は短期間で完了する。しかしながら、上記のように、HCCI燃焼は、高温高圧時間がある程度継続することでその燃焼が開始する。そのため、エンジンの回転数が高い運転領域ではこの高温高圧時間が十分に確保できずHCCI燃焼が開始しないことによる失火が生じるおそれがある。従って、このようなエンジンの回転数が高い運転領域では、HCCI燃焼を行わず、空気過剰率λ=1すなわち理論空燃比近傍の空燃比下でSI燃焼を行うことで確実に失火を回避する必要がある。一方、低回転領域では高温高圧時間を十分に確保できるため、空気過剰率λ≧2の空燃比下でのHCCI燃焼を行い燃費性能の向上およびNOxの低減が可能となる。   As described above, in the HCCI combustion, the air-fuel mixture is self-ignited simultaneously and frequently, so that the combustion of the air-fuel mixture is completed in a shorter period of time than the combustion at the time of spark ignition, that is, SI combustion. However, as described above, the HCCI combustion starts when the high temperature and high pressure time continues to some extent. Therefore, in the operating region where the engine speed is high, this high temperature and high pressure time cannot be sufficiently secured, and misfire may occur due to the fact that HCCI combustion does not start. Therefore, in such an operation region where the engine speed is high, it is necessary to reliably avoid misfire by not performing HCCI combustion but performing SI combustion under an air excess ratio λ = 1, that is, an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. There is. On the other hand, since a high temperature and high pressure time can be sufficiently secured in the low rotation region, HCCI combustion is performed under an air-fuel ratio with an excess air ratio λ ≧ 2, thereby improving fuel efficiency and reducing NOx.

上記HCCI燃焼を行うにあたり、最大トルクが得られる最適の着火タイミング(Minimum Advance for Best Torque;以下、MBTという)で混合気を自着火させることが望ましい。そこで、本願発明者は、図3に示すようなガソリンエンジンにおいて、上記MBTで混合気を自着火させるための筒内温度Tおよび筒内圧力Pの条件について考察した。図3は、ピストンやシリンダー等からなる一般的なレシプロ式ガソリンエンジンを模式的に示したものである。また、上記MBTは、エンジンの負荷によって異なるが、おおむね圧縮上死点付近のタイミング(高負荷時)からATDC(圧縮上死点後)3°CA(低負荷時)の間にある。   In performing the HCCI combustion, it is desirable that the air-fuel mixture is self-ignited at an optimum ignition timing (hereinafter referred to as MBT) at which the maximum torque is obtained. Therefore, the inventor of the present application considered the conditions of the in-cylinder temperature T and the in-cylinder pressure P for self-igniting the air-fuel mixture with the MBT in the gasoline engine as shown in FIG. FIG. 3 schematically shows a general reciprocating gasoline engine composed of pistons, cylinders and the like. The MBT is generally between the timing near the compression top dead center (at the time of high load) and ATDC (after compression top dead center) 3 ° CA (at the time of low load), although it varies depending on the engine load.

図4は、理論空燃比に対する空気過剰率λ=2.4においてエンジン回転数が1000rpmのときに、混合気がMBTで自着火する圧縮端温度(MBT直前の筒内温度)Txおよび圧縮端圧力(MBT直前の筒内圧力)Pxを、素反応計算および状態方程式に基づき算出したグラフである。なお、λ=2.4というリーンな空燃比下で混合気を自着火させるには、一般的なレシプロ式ガソリンエンジンよりも高い圧縮比で混合気をより高温・高圧化する必要がある。また、熱効率の面においても圧縮比は高い方が有利である。そこで、このグラフの算出にあたっては、エンジン1気筒あたりの排気量を500ccとし幾何学的圧縮比を18とした。   FIG. 4 shows the compression end temperature (in-cylinder temperature immediately before MBT) Tx and the compression end pressure at which the air-fuel mixture self-ignites with MBT when the engine excess speed is 1000 rpm at the excess air ratio λ = 2.4 with respect to the stoichiometric air-fuel ratio. (Cylinder pressure immediately before MBT) Px is a graph calculated based on elementary reaction calculation and state equation. In order to auto-ignite the air-fuel mixture under a lean air-fuel ratio of λ = 2.4, it is necessary to increase the temperature and pressure of the air-fuel mixture at a higher compression ratio than a general reciprocating gasoline engine. In terms of thermal efficiency, a higher compression ratio is advantageous. Therefore, in calculating this graph, the displacement per engine cylinder was 500 cc, and the geometric compression ratio was 18.

図4のグラフにおいて、ラインL1は、混合気がMBTで自着火するために必要な圧縮端温度Txおよび圧縮端圧力Pxの値を結んだラインであり、各値Tx,Pxが上記ラインL1上にあれば、自着火のタイミングがMBTになることを表わしている。なお、本図における圧縮端温度Tx、圧縮端圧力Pxとは、圧縮上死点での筒内温度・圧力のことを指す。   In the graph of FIG. 4, the line L1 is a line connecting the values of the compression end temperature Tx and the compression end pressure Px necessary for the air-fuel mixture to self-ignite with MBT, and each value Tx, Px is on the line L1. If it is, the self-ignition timing is MBT. In addition, the compression end temperature Tx and the compression end pressure Px in this figure refer to the in-cylinder temperature and pressure at the compression top dead center.

また、図4のグラフにおいて、ラインM1,M2,M3,M4は、筒内に導入される新気量すなわち負荷一定におけるMBT直前(圧縮端)での温度と圧力の関係を示すものであり、M1から順に負荷が低くなる。すなわち、幾何学的圧縮比18一定においてMBT直前(圧縮端)での行程容積は常に一定であるから、状態方程式によると新気量(負荷)は、圧縮端圧力Pxに比例して圧縮端温度Txに反比例する。このため、負荷ごとに、傾きの異なる複数のラインM1〜M4を規定することができる。なお、本図において、各ラインM1〜M4の負荷は、図示平均有効圧力(IMEP)で表して、M1が全負荷IMEP=1300kPa、M2がIMEP=900kPa,M3が1/3負荷IMEP=500kPa、M4が無負荷IMEP=200kPaである。   In the graph of FIG. 4, lines M1, M2, M3 and M4 indicate the relationship between temperature and pressure immediately before the MBT (compression end) when the amount of fresh air introduced into the cylinder, that is, constant load, The load decreases in order from M1. That is, since the stroke volume immediately before the MBT (compression end) is always constant when the geometric compression ratio is constant 18, the fresh air amount (load) is proportional to the compression end pressure Px according to the state equation. It is inversely proportional to Tx. For this reason, a plurality of lines M1 to M4 having different inclinations can be defined for each load. In this figure, the load of each line M1 to M4 is represented by the indicated mean effective pressure (IMEP), M1 is full load IMEP = 1300 kPa, M2 is IMEP = 900 kPa, M3 is 1/3 load IMEP = 500 kPa, M4 is unloaded IMEP = 200 kPa.

図4のグラフに示すように、混合気がMBTで自着火する条件(ラインL1)は、右下がりに傾斜しており、圧縮端圧力Pxが低いほど圧縮端温度Txを高くする必要がある。すなわち、上記化学反応を起こすためには、圧縮端圧力Pxが低くなり分子の衝突頻度が減少した分だけ、圧縮端温度Txを高くして分子速度を高めねばならない。   As shown in the graph of FIG. 4, the condition (line L1) in which the air-fuel mixture self-ignites with MBT is inclined downward to the right. The lower the compression end pressure Px, the higher the compression end temperature Tx needs to be. That is, in order to cause the above-described chemical reaction, the compression end temperature Tx must be increased to increase the molecular velocity by the amount that the compression end pressure Px has decreased and the collision frequency of molecules has decreased.

なお、圧縮端温度Txおよび圧縮端圧力Pxの条件が上記ラインL1よりも高温・高圧側(グラフの右上側)に外れると自着火のタイミングはMBTよりも早くなる一方、上記条件が上記ラインL1よりも低温・低圧側(グラフの左下側)に外れると、自着火のタイミングはMBTよりも遅くなる。そして、ラインL1に対し高温・高圧側または低温・低圧側に大きく外れると、高温・高圧側では過早着火(プリイグニッション)やノッキングが起き、低温・低圧側では失火が起きる。   Note that when the compression end temperature Tx and the compression end pressure Px are deviated to a higher temperature / high pressure side (upper right side of the graph) than the line L1, the self-ignition timing is earlier than the MBT, whereas the above condition is the line L1. If the temperature falls outside the lower temperature / low pressure side (lower left side of the graph), the self-ignition timing becomes later than MBT. If the line L1 deviates greatly to the high temperature / high pressure side or the low temperature / low pressure side, pre-ignition or knocking occurs on the high temperature / high pressure side, and misfire occurs on the low temperature / low pressure side.

上記MBTで自着火する条件を示したラインL1と各負荷における圧力と温度の関係を示したラインM1〜M4との交点が、各負荷においてMBTでの自着火を実現するための温度圧力条件である。図4のグラフに示されるように、負荷が小さくなるほどMBTで自着火させるためには圧縮端圧力Pxを低くするとともに圧縮端温度Txを高くする必要がある。   The intersection of the line L1 showing the conditions for self-ignition with MBT and the lines M1 to M4 showing the relationship between pressure and temperature at each load is the temperature-pressure condition for realizing self-ignition with MBT at each load. is there. As shown in the graph of FIG. 4, it is necessary to lower the compression end pressure Px and increase the compression end temperature Tx in order to cause the MBT to self-ignite as the load decreases.

圧縮端温度Txを負荷の低下に応じて高める具体的方法としては、例えば、新気の温度を加熱する方法がある。しかしながら、図4に示されるような広範な温度範囲にわたって新気の加熱あるいは冷却を行うのは、コスト面や制御性等の問題から、現実的ではない。   As a specific method for increasing the compression end temperature Tx in response to a decrease in load, for example, there is a method of heating the temperature of fresh air. However, it is not realistic to heat or cool fresh air over a wide temperature range as shown in FIG. 4 due to problems such as cost and controllability.

(1−3)解決策
そこで、本願発明者は、エンジンの有効圧縮比の変更により圧縮端温度Txを変更可能である点に着目した。すなわち、負荷が低くなるほどエンジンの有効圧縮比を高めることで、圧縮端温度Txを高めてMBTでのHCCI燃焼を実現することを考えた。
(1-3) Solution Therefore, the inventors of the present application focused on the point that the compression end temperature Tx can be changed by changing the effective compression ratio of the engine. That is, it was considered that the effective compression ratio of the engine is increased as the load is reduced, thereby increasing the compression end temperature Tx and realizing HCCI combustion in MBT.

エンジンの有効圧縮比を変化させるには、吸気弁の閉時期を変更させて実質的に圧縮が開始される時期を変更すればよく、新気を加熱する場合等に比べてエンジンの構造を従来のものから大幅に変更することなく圧縮端温度Txを変更することができる。   In order to change the effective compression ratio of the engine, it is only necessary to change the timing when the compression starts substantially by changing the closing timing of the intake valve. The compression end temperature Tx can be changed without significantly changing from the above.

<本発明の実施形態>
(2−1)
次に、以上のような基礎理論を基に考案された本発明の実施形態にかかる火花点火式エンジンの制御装置について、図面を用いて説明する。
<Embodiment of the present invention>
(2-1)
Next, a spark ignition engine control apparatus according to an embodiment of the present invention devised based on the basic theory as described above will be described with reference to the drawings.

図5は、上記本発明の実施形態にかかる火花点火式エンジンの制御装置の全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、紙面に直交する方向に配置された複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有したシリンダブロック3と、シリンダブロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを備えた多気筒ガソリンエンジンからなるエンジン本体1を有している。なお、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものであってもよい。   FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the control device for the spark ignition engine according to the embodiment of the present invention. The engine shown in the figure includes a cylinder block 3 having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in the figure) arranged in a direction perpendicular to the paper surface, and a cylinder arranged on the cylinder block 3. It has an engine body 1 composed of a multi-cylinder gasoline engine equipped with a head 4. In addition, the fuel supplied to the engine body 1 may be anything that contains gasoline as a main component, and the contents may be all gasoline, or gasoline containing ethanol (ethyl alcohol) or the like. It may be.

上記エンジン本体1の各気筒2には、ピストン5が往復摺動可能に挿入されている。ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されており、上記クランク軸7は上記ピストン5の往復運動に応じてその中心軸回りに回転する。   A piston 5 is inserted into each cylinder 2 of the engine body 1 so as to be able to reciprocate. The piston 5 is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8, and the crankshaft 7 rotates around its central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

上記ピストン3の上方には燃焼室6が形成されている。この燃焼室6には吸気ポート9および排気ポート10が開口しており、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、上記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。吸気弁11および排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト(図示省略)等を含む動弁機構13によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 3. An intake port 9 and an exhaust port 10 are opened in the combustion chamber 6, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 that open and close the ports 9 and 10 are provided in the cylinder head 4. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by a valve mechanism 13 including a pair of camshafts (not shown) disposed in the cylinder head 4.

上記吸気弁11および排気弁12用の各動弁機構13には、VVL14およびVVT15がそれぞれ組み込まれている。VVL14は、可変バルブリフト機構(Variable Valve Lift Mechanism)の略称であり、吸排気弁11,12のリフト量(開弁量)を可変的に設定するものである。VVT15は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)の略称であり、吸排気弁11,12の開閉タイミング(位相角度)を可変的に設定するものである。なお、上記VVL14およびVVT15は、既に様々な形式のものが実用化されて公知であるため、ここではその詳細な説明は省略するが、例えば特開2007−85241に開示されているものを採用することが可能である。   Each valve operating mechanism 13 for the intake valve 11 and the exhaust valve 12 includes a VVL 14 and a VVT 15, respectively. VVL14 is an abbreviation for variable valve lift mechanism, and variably sets the lift amount (valve opening amount) of the intake and exhaust valves 11 and 12. The VVT 15 is an abbreviation for a variable valve timing mechanism, and variably sets the opening / closing timing (phase angle) of the intake and exhaust valves 11 and 12. The VVL 14 and VVT 15 are known in various forms already in practical use, and detailed description thereof is omitted here, but those disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85241 are employed. It is possible.

上記エンジン本体1のシリンダヘッド4には、各気筒2の燃焼室6を上方から臨むように点火プラグ16が設けられている。点火プラグ16は、シリンダヘッド4の上部に設けられた点火回路17と電気的に接続されており、この点火回路17による給電に応じて上記点火プラグ16から所定のタイミングで点火用の火花が放電される。   The cylinder head 4 of the engine body 1 is provided with a spark plug 16 so as to face the combustion chamber 6 of each cylinder 2 from above. The spark plug 16 is electrically connected to an ignition circuit 17 provided in the upper part of the cylinder head 4, and an ignition spark is discharged from the spark plug 16 at a predetermined timing in response to power supply by the ignition circuit 17. Is done.

上記シリンダヘッド4には、燃焼室6を吸気側の側方から臨むようにインジェクタ18が設けられている。エンジンの吸気行程等において上記インジェクタ18から燃焼室6に対し直接燃料(ガソリンを主成分とする燃料)が噴射されて噴射された燃料が空気と混合することで、燃焼室6に所望の空燃比の混合気が生成される。   The cylinder head 4 is provided with an injector 18 so that the combustion chamber 6 faces the intake side. In the intake stroke of the engine or the like, fuel (fuel mainly composed of gasoline) is directly injected from the injector 18 into the combustion chamber 6 and the injected fuel is mixed with air. Is produced.

以上のように構成されたエンジン本体1においては、ピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5の行程容積とに基づき定まる幾何学的圧縮比は18に設定されている。   In the engine main body 1 configured as described above, the geometric compression ratio determined based on the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center and the stroke volume of the piston 5 is set to 18. .

上記エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路20および排気通路21がそれぞれ接続されている。すなわち、燃焼用の空気(新気)が上記吸気通路20を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)が上記排気通路21を通じて外部に排出されるようになっている。   An intake passage 20 and an exhaust passage 21 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10 of the engine body 1, respectively. That is, combustion air (fresh air) is supplied to the combustion chamber 6 through the intake passage 20, and burned gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust passage 21. It is like that.

上記過給機25は、吸気通路20に設けられたコンプレッサ26と、排気通路21に設けられたタービン27と、これらコンプレッサ26およびタービン27どうしを連結する連結軸28とを有している。そして、上記タービン27が排気ガスのエネルギーを受けて回転すると、これと連動してコンプレッサ26が高速回転することにより、上記吸気通路20を通過する新気が加圧されて燃焼室6へと圧送される。   The supercharger 25 includes a compressor 26 provided in the intake passage 20, a turbine 27 provided in the exhaust passage 21, and a connecting shaft 28 that connects the compressor 26 and the turbine 27. When the turbine 27 rotates in response to the energy of the exhaust gas, the compressor 26 rotates at a high speed in conjunction with this, so that fresh air passing through the intake passage 20 is pressurized and pumped to the combustion chamber 6. Is done.

上記排気通路21には、タービン27をバイパスするためのバイパス通路33と、バイパス通路33を開閉する電動式のウェイストゲートバルブ34が設けられている。そして、ウェイストゲートバルブ34が作動してバイパス通路33が開閉されることにより、排気ガスがタービン27に流入してタービン27が回転駆動される状態と、排気ガスがタービン27をバイパスしてタービン27の回転が停止される状態とに切り替えられるようになっている。   The exhaust passage 21 is provided with a bypass passage 33 for bypassing the turbine 27 and an electric waste gate valve 34 for opening and closing the bypass passage 33. Then, the waste gate valve 34 is operated to open and close the bypass passage 33, so that the exhaust gas flows into the turbine 27 and the turbine 27 is driven to rotate, and the exhaust gas bypasses the turbine 27 and bypasses the turbine 27. It can be switched to a state where the rotation of the motor is stopped.

上記排気通路21には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ32が設けられている。触媒コンバータ32には三元触媒が内蔵されており、排気通路21を通過する排気ガス中の有害成分が上記三元触媒の作用により浄化されるようになっている。   The exhaust passage 21 is provided with a catalytic converter 32 for purifying exhaust gas. A three-way catalyst is built in the catalytic converter 32, and harmful components in the exhaust gas passing through the exhaust passage 21 are purified by the action of the three-way catalyst.

(2−2)制御系
以上のように構成されたエンジンには、その動作を統括的に制御する制御手段として、従来周知のCPUやメモリー等からなるECU(Engine Control Unit)40が設けられている。
(2-2) Control system The engine configured as described above is provided with an ECU (Engine Control Unit) 40 including a conventionally known CPU, memory, and the like as a control means for comprehensively controlling its operation. Yes.

上記ECU40は、エンジンの各部に設けられたセンサ類と電気的に接続されている。具体的に、上記ECU40には、クランク軸7の回転速度すなわちエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ51と、吸気通路20を通過する新気の量を検出するエアフローセンサ52と、運転者により踏み込み操作される図外の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53とが電気的に接続されており、これら各センサ51〜53による検出値が電気信号として上記ECU40にそれぞれ入力されるようになっている。   The ECU 40 is electrically connected to sensors provided in each part of the engine. Specifically, the ECU 40 includes an engine speed sensor 51 that detects the rotational speed of the crankshaft 7, that is, the engine speed, an airflow sensor 52 that detects the amount of fresh air passing through the intake passage 20, and a driver. And an accelerator opening sensor 53 that detects an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown) that is depressed by the operation of the accelerator pedal is electrically connected. Each is input to the ECU 40.

また、上記ECU40は、上記VVL14、VVT15、点火回路17、インジェクタ18、スロットル弁22、およびウェイストゲートバルブ34とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。   The ECU 40 is also electrically connected to the VVL 14, VVT 15, ignition circuit 17, injector 18, throttle valve 22, and waste gate valve 34, and outputs control signals for driving to these devices. It is configured.

上記ECU40が有するより具体的な機能について説明すると、上記ECU40は、その主な機能的要素として、バルブ制御手段41、過給制御手段42、インジェクタ制御手段43、および点火制御手段44を有している。   The more specific functions of the ECU 40 will be described. The ECU 40 includes valve control means 41, supercharging control means 42, injector control means 43, and ignition control means 44 as main functional elements. Yes.

上記バルブ制御手段41は、上記VVL14およびVVT15を駆動して吸排気弁11,12のリフト特性(開閉タイミングおよびリフト量)を可変的に設定するものである。より具体的に、バルブ制御手段41は、上記のように吸排気弁11,12のリフト特性を変更することにより、エンジンの有効圧縮比を制御する機能を有している。   The valve control means 41 drives the VVL 14 and VVT 15 to variably set the lift characteristics (open / close timing and lift amount) of the intake and exhaust valves 11 and 12. More specifically, the valve control means 41 has a function of controlling the effective compression ratio of the engine by changing the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12 as described above.

上記バルブ制御手段41がエンジンの有効圧縮比を制御する際には、例えば図6に示すような態様で吸気弁11のリフト特性を変化させる。すなわち、図6の実線波形に示すように、吸気弁11が吸気下死点の遅角側の近傍(吸気下死点をわずかに過ぎたタイミング)で閉じられ状態では、有効圧縮比が幾何学的圧縮比(当実施形態では18)と一致する。一方、図6の破線波形に示すように、吸気弁11が吸気下死点よりもさらに遅角側で閉じられたよりも遅く設定された状態では、圧縮行程の実質的な開始時期が遅らされることでエンジンの実質的な圧縮比(有効圧縮比)が低下する。上記バルブ制御手段41は、上記吸気弁11の閉時期を遅らさせる量(リタード量)を増減させることにより、エンジンの有効圧縮比を可変的に設定する。   When the valve control means 41 controls the effective compression ratio of the engine, for example, the lift characteristic of the intake valve 11 is changed in the manner shown in FIG. That is, as shown by the solid line waveform in FIG. 6, when the intake valve 11 is closed near the retarded side of the intake bottom dead center (timing slightly past the intake bottom dead center), the effective compression ratio is geometric. This is consistent with the dynamic compression ratio (18 in this embodiment). On the other hand, as shown by the broken line waveform in FIG. 6, in the state where the intake valve 11 is set later than the intake bottom dead center is further closed on the retard side, the substantial start timing of the compression stroke is delayed. As a result, the substantial compression ratio (effective compression ratio) of the engine decreases. The valve control means 41 variably sets the effective compression ratio of the engine by increasing or decreasing an amount (retard amount) that delays the closing timing of the intake valve 11.

なお、図6では、吸気弁11用のVVT15を作動させて吸気弁11の動作タイミング(開弁および閉弁タイミング)を図6の破線に示すように遅角側にずらした場合を例示している。このように、VVT15のみを作動させた場合には、吸気弁11の閉時期だけでなく、吸気弁11の開時期も変更される。そこで、本実施形態では、吸気弁11の開時期が変更されないように、VVT15とともにVVL14を作動させる。   FIG. 6 illustrates a case where the VVT 15 for the intake valve 11 is operated and the operation timing (opening and closing timing) of the intake valve 11 is shifted to the retard side as shown by the broken line in FIG. Yes. As described above, when only the VVT 15 is operated, not only the closing timing of the intake valve 11 but also the opening timing of the intake valve 11 is changed. Therefore, in the present embodiment, the VVL 14 is operated together with the VVT 15 so that the opening timing of the intake valve 11 is not changed.

上記インジェクタ制御手段43は、上記インジェクタ18から燃焼室6に噴射される燃料の噴射時期や噴射量(噴射時間)を制御するものである。より具体的に、上記インジェクタ制御手段43は、上記エアフローセンサ52から入力される吸入空気量(新気量)等の情報に基づいて、所定の空燃比を得るための燃料の目標噴射量を演算する。そして、その目標噴射量に応じた時間だけ上記インジェクタ18を開弁させることにより、筒内の空燃比を制御する。当実施形態において、上記インジェクタ制御手段43は、理論空燃比に対する空気過剰率λが後述するHCCI燃焼領域ではλ=2.4に維持されるように、一方、後述するSI燃焼領域ではλ=1.0に維持されるように、インジェクタ18からの燃料の噴射量を制御する。ここで、本実施形態では、燃料と空気のミキシング時間を十分に確保するために、上記インジェクタ制御手段43は吸気行程中に燃料を噴射するようインジェクタ18の噴射時期を制御する。   The injector control means 43 controls the injection timing and injection amount (injection time) of fuel injected from the injector 18 into the combustion chamber 6. More specifically, the injector control means 43 calculates a target injection amount of fuel for obtaining a predetermined air-fuel ratio based on information such as the intake air amount (fresh air amount) input from the air flow sensor 52. To do. The in-cylinder air-fuel ratio is controlled by opening the injector 18 for a time corresponding to the target injection amount. In this embodiment, the injector control means 43 maintains the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio at λ = 2.4 in the HCCI combustion region described later, while λ = 1 in the SI combustion region described later. The fuel injection amount from the injector 18 is controlled so as to be maintained at 0.0. Here, in this embodiment, in order to ensure a sufficient mixing time of the fuel and air, the injector control means 43 controls the injection timing of the injector 18 so as to inject fuel during the intake stroke.

上記過給制御手段42は、上記ウェイストゲートバルブ34を開閉駆動することにより、運転状態に応じた適正な過給圧すなわち新気量が得られるように過給機25を制御するものである。   The supercharging control means 42 controls the supercharger 25 so as to obtain an appropriate supercharging pressure, that is, a fresh air amount according to the operating state, by opening and closing the waste gate valve 34.

上記点火制御手段44は、上記点火回路17から点火プラグ16への給電を制御することにより、点火プラグ16による混合気への火花放電のタイミング等を制御するものである。   The ignition control means 44 controls the timing of spark discharge to the air-fuel mixture by the spark plug 16 by controlling the power supply from the ignition circuit 17 to the spark plug 16.

(2−3)制御の具体例
次に、以上のように構成されたECU40により、エンジンが負荷および回転数に応じてどのように制御されるかを具体的に説明する。
(2-3) Specific Example of Control Next, how the engine is controlled according to the load and the rotational speed by the ECU 40 configured as described above will be specifically described.

図7は、上記ECU40がエンジンを制御する際に参照する制御マップを示す図である。この図7においてエンジン負荷が低くエンジンの回転数が低い低負荷・低回転領域に設定されたHCCI領域AはHCCI燃焼が実行される運転領域であり、低負荷・高回転領域に設定された第1SI領域B1およびエンジン負荷の高い高負荷領域に設定された第2SI領域B2はSI燃焼が実行される運転領域である。より詳細には、エンジン負荷が所定値Q1以下の領域においてエンジン回転数の低い領域がHCCI領域Aに設定されており、このHCCI領域Aと同じ負荷領域であってHCCI領域Aよりもエンジン回転数の高い領域が第1SI領域B1に設定されている。そして、これらHCCI領域Aおよび第1SI領域B1よりもエンジン負荷の高い領域が第2SI領域B2に設定されている。   FIG. 7 is a diagram showing a control map referred to when the ECU 40 controls the engine. In FIG. 7, the HCCI region A set in the low load / low rotation region where the engine load is low and the engine speed is low is an operation region in which HCCI combustion is performed, and the first set in the low load / high rotation region. The first SI region B1 and the second SI region B2 set in a high load region with a high engine load are operating regions in which SI combustion is performed. More specifically, a region where the engine speed is low in the region where the engine load is equal to or less than the predetermined value Q1 is set as the HCCI region A, and is the same load region as the HCCI region A and the engine speed is higher than the HCCI region A. The high area is set as the first SI area B1. And the area | region where engine load is higher than these HCCI area | region A and 1st SI area | region B1 is set to 2nd SI area | region B2.

前述のように、エンジン回転数が高い高回転領域では高温高圧時間が十分に確保できずHCCI燃焼では失火が生じる。そのため、本エンジンでは、同じ負荷領域であっても、低回転領域AでのみHCCI燃焼を実行して高回転領域B1ではSI燃焼を実行して、HCCI燃焼による燃費性能の向上を図りつつ失火をより確実に回避する。   As described above, a high temperature and high pressure time cannot be sufficiently secured in a high rotation region where the engine speed is high, and misfire occurs in HCCI combustion. Therefore, in this engine, even in the same load region, HCCI combustion is performed only in the low rotation region A and SI combustion is performed in the high rotation region B1, and misfiring is performed while improving fuel efficiency performance by HCCI combustion. Avoid more reliably.

また、前述のように、MBTでHCCI燃焼を実行するためには、負荷が低くなるほど圧縮端圧力Pxを下げるとともに圧縮端温度Txを高める必要がある。換言すると、負荷が高くなるほど圧縮端温度Txを下げつつ圧縮端圧力Pxを上げる必要がある。ここで、負荷が高くなると新気量が増大するに伴い圧縮端圧力Pxはある程度増加する。しかしながら、図5のグラフに示されるように、所定値Q1以上の高負荷領域(図5のグラフではラインM2で示される負荷がIMEP900程度以上の高負荷領域)では、MBTで自着火するために必要な圧縮端圧力Pxの値が従来の過給機の過給性能で得られる圧力よりも非常に高い。そのため、このような高負荷領域においてMBTで自着火させるためには、過給機の構造の変更等が必要になる。そこで、本エンジンでは、上記高負荷領域では、HCCI燃焼を停止してSI燃焼を実施することで、従来のシステム構成を変更することなく、高いエンジン出力を確保する。   As described above, in order to perform HCCI combustion with MBT, it is necessary to decrease the compression end pressure Px and increase the compression end temperature Tx as the load decreases. In other words, it is necessary to increase the compression end pressure Px while lowering the compression end temperature Tx as the load increases. Here, as the load increases, the compression end pressure Px increases to some extent as the amount of fresh air increases. However, as shown in the graph of FIG. 5, in the high load region of the predetermined value Q1 or more (in the graph of FIG. 5, the load indicated by the line M2 is a high load region of about IMEP 900 or more) The value of the required compression end pressure Px is much higher than the pressure obtained by the supercharging performance of the conventional supercharger. For this reason, it is necessary to change the structure of the supercharger in order to cause the MBT to self-ignite in such a high load region. Therefore, in this engine, in the high load region, high engine output is ensured without changing the conventional system configuration by stopping HCCI combustion and performing SI combustion.

上記インジェクタ制御手段43、点火制御手段44および上記バルブ制御手段41は、このエンジンの運転領域すなわちエンジンの回転数と負荷とに応じて、HCCI燃焼とSI燃焼とが適正に行われるように、燃焼室内の空気過剰率、点火タイミング等およびエンジンの有効圧縮比ε’をそれぞれ制御する。また、過給制御手段43は、上記ウェイストゲートバルブ34を開閉駆動して新気を適正に加圧して各負荷において必要な量の新気を燃焼室に導入する。   The injector control means 43, the ignition control means 44, and the valve control means 41 are combusted so that HCCI combustion and SI combustion are properly performed in accordance with the engine operating region, that is, the engine speed and load. The excess air ratio in the room, the ignition timing, etc. and the effective compression ratio ε ′ of the engine are controlled. Further, the supercharging control means 43 opens and closes the waste gate valve 34 to appropriately pressurize fresh air, and introduce a necessary amount of fresh air into each combustion chamber at each load.

具体的には、上記インジェクタ制御手段43は、低負荷低回転領域に設定されたHCCI燃焼領域Aでは、燃焼室に導入される新気量に対して空気過剰率λ=2.4となる量の燃料が噴射されるよう上記インジェクタ18を駆動する。一方、上記第1SI燃焼領域B1および第2燃焼領域B2では、燃焼室に導入される新気量に対して空気過剰率λ=1.0となる量の燃料が噴射されるよう上記インジェクタ18を駆動する。   Specifically, in the HCCI combustion region A set in the low load and low rotation region, the injector control means 43 is an amount that provides an excess air ratio λ = 2.4 with respect to the amount of fresh air introduced into the combustion chamber. The injector 18 is driven so as to inject this fuel. On the other hand, in the first SI combustion region B1 and the second combustion region B2, the injector 18 is set so that an amount of fuel with an excess air ratio λ = 1.0 is injected with respect to the amount of fresh air introduced into the combustion chamber. To drive.

上記点火制御手段44は、上記HCCI燃焼領域Aでは点火プラグ16による混合気の点火を停止させる。一方、上記第1SI燃焼領域B1および第2燃焼領域B2では点火プラグ16による混合気の点火を行う。   The ignition control means 44 stops the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 16 in the HCCI combustion region A. On the other hand, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 16 in the first SI combustion region B1 and the second combustion region B2.

上記バルブ制御手段41は、HCCI燃焼領域Aでは、負荷が低下するほど有効圧縮比ε’が高くなるようにVVT15およびVVL14を制御する。一方、低負荷・回転領域に設定されたSI燃焼領域B1では、負荷が低下するほど有効圧縮比ε’が低くなるようにVVT15およびVVL14を制御する。   In the HCCI combustion region A, the valve control means 41 controls the VVT 15 and VVL 14 so that the effective compression ratio ε ′ increases as the load decreases. On the other hand, in the SI combustion region B1 set in the low load / rotation region, the VVT 15 and the VVL 14 are controlled so that the effective compression ratio ε ′ decreases as the load decreases.

前述のように、MBTでのHCCI燃焼を実現するためには、負荷が低下するほど有効圧縮比ε’を高める必要がある。そこで、上記バルブ制御手段41は、このHCCI燃焼領域Aにおいて、負荷が低下するほど有効圧縮比ε’が高くなるようにVVT15およびVVL14を制御する。具体的には、吸気弁11の閉時期を吸気下死点から大幅に遅角させたタイミングから、負荷の低下に伴い吸気弁11の閉時期を進角させて吸気下死点に近づくようにVVT15等を制御する。図8に、図7のU1で示すラインに沿った有効圧縮比ε’の変化を示す。本実施形態では、この図8に示すように、エンジンの負荷がIMEP900付近において吸気弁11の閉時期を65℃Aとして有効圧縮比ε’を14程度に制御する。そして、負荷の低下ととともに上記吸気弁11の閉時期を進角させていき、無負荷付近においてこの閉時期を0℃Aとして有効圧縮比ε’を幾何学的圧縮比と同じ18程度に制御する。   As described above, in order to realize HCCI combustion in MBT, it is necessary to increase the effective compression ratio ε ′ as the load decreases. Therefore, in the HCCI combustion region A, the valve control means 41 controls the VVT 15 and VVL 14 so that the effective compression ratio ε ′ increases as the load decreases. Specifically, from the timing when the closing timing of the intake valve 11 is significantly retarded from the intake bottom dead center, the closing timing of the intake valve 11 is advanced as the load decreases so as to approach the intake bottom dead center. Controls VVT 15 and the like. FIG. 8 shows a change in the effective compression ratio ε ′ along the line indicated by U1 in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the effective compression ratio ε ′ is controlled to about 14 with the closing timing of the intake valve 11 being 65 ° C. when the engine load is in the vicinity of IMEP900. Then, as the load decreases, the closing timing of the intake valve 11 is advanced, and in the vicinity of no load, the closing timing is set to 0 ° C., and the effective compression ratio ε ′ is controlled to about 18 which is the same as the geometric compression ratio. To do.

このように、本エンジンでは、負荷の低下とともに有効圧縮比ε’を高めることでエンジンの圧縮端温度Txが高められて、MBTでのHCCI燃焼が実現される。特に、エンジンの圧縮端温度Txが低いことにより生じる失火が確実に回避されつつ、HCCI燃焼の実現に伴う燃費性能の改善が実現される。   As described above, in this engine, the effective compression ratio ε ′ is increased as the load is reduced, so that the compression end temperature Tx of the engine is increased and HCCI combustion in MBT is realized. In particular, the misfire caused by the low compression end temperature Tx of the engine is surely avoided, and the improvement of the fuel consumption performance accompanying the realization of HCCI combustion is realized.

ここで、上記有効圧縮比ε’を高めると、吸気および圧縮にかかる仕事量が増加していわゆるポンピングロスが増加する。そのため、上記第1SI燃焼領域B1においても、HCCI燃焼領域Aと同様に負荷の低下に伴い有効圧縮比ε’を高めたのでは、ポンピングロスの増加により燃費性能が悪化する。もちろん、HCCI燃焼においても、有効圧縮比ε’の増加に伴う燃費悪化は生じるが、MBTでのHCCI燃焼の実現による燃費性能の向上の効果が高く、全体として燃費性能を改善することができる。しかしながら、SI燃焼では、ポンピングロスの燃費性能への影響が大きく、有効圧縮比ε’の増加により燃費性能が悪化する。特に、エンジン出力の小さい低負荷領域では、ポンピングロスの影響が大きい。   Here, when the effective compression ratio ε ′ is increased, the amount of work required for intake and compression increases and so-called pumping loss increases. Therefore, in the first SI combustion region B1, as in the HCCI combustion region A, if the effective compression ratio ε ′ is increased as the load decreases, the fuel efficiency deteriorates due to an increase in pumping loss. Of course, even in the HCCI combustion, the fuel efficiency deteriorates with the increase in the effective compression ratio ε ', but the effect of improving the fuel efficiency by realizing the HCCI combustion in the MBT is high, and the fuel efficiency can be improved as a whole. However, in SI combustion, the effect of the pumping loss on the fuel consumption performance is large, and the fuel consumption performance deteriorates due to an increase in the effective compression ratio ε '. In particular, in the low load region where the engine output is small, the influence of the pumping loss is large.

そこで、本エンジンでは、上記第1SI燃焼領域B1では、HCCI燃焼領域Aに比べて全体の有効圧縮比ε’を低く抑えるとともに負荷の低下に伴い有効圧縮比ε’を低くしてポンピングロスを小さく抑えることで燃費性能を向上させる。図9に、図7のU2で示すラインに沿った有効圧縮比ε’の変化を示す。本実施形態では、この図9に示すように、エンジンの負荷がIMEP900kPa付近においてはHCCI燃焼時と同様に吸気弁11の閉時期を65℃Aとして有効圧縮比ε’を14程度に制御する一方、負荷の低下ととともにこの閉時期を遅角させていき、無負荷付近においてこの閉時期を90℃Aとして有効圧縮比ε’を10.5程度にまで低下させる。   Therefore, in this engine, in the first SI combustion region B1, the overall effective compression ratio ε ′ is kept lower than that in the HCCI combustion region A, and the effective compression ratio ε ′ is lowered as the load decreases to reduce the pumping loss. Improves fuel efficiency by suppressing it. FIG. 9 shows a change in the effective compression ratio ε ′ along the line indicated by U2 in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 9, when the engine load is around IMEP 900 kPa, the effective compression ratio ε ′ is controlled to about 14 while the closing timing of the intake valve 11 is set to 65 ° C. as in the HCCI combustion. As the load decreases, the closing timing is retarded, and in the vicinity of no load, the closing timing is set to 90 ° C. and the effective compression ratio ε ′ is reduced to about 10.5.

このように、本エンジンでは、同じ低負荷領域であっても、HCCI燃焼を行う低回転領域Aでは、負荷の低下とともに有効圧縮比ε’を高めてMBTによるHCCI燃焼を実現させて燃費性能を高め、SI燃焼を行う高回転領域B1では、負荷の低下とともに有効圧縮比ε’を低下させてポンピングロスを低減させて燃費性能を高め、これらにより低負荷領域全体での燃費性能を向上させている。   Thus, in this engine, even in the same low-load region, in the low-speed region A where HCCI combustion is performed, the effective compression ratio ε ′ is increased as the load is reduced, and HCCI combustion by MBT is realized to improve fuel efficiency. In the high rotation range B1 where SI combustion is performed, the effective compression ratio ε ′ is reduced as the load decreases to reduce the pumping loss, thereby improving the fuel consumption performance, thereby improving the fuel consumption performance in the entire low load range. Yes.

なお、高負荷領域での上記第2SI燃焼領域B2では、有効圧縮比ε’=14一定とする制御を行う。ここで、有効圧縮比ε’を高めればエンジンの出力を高めることができるが、ε’を14以上といった高い値とすると、SI燃焼においてはノッキングが生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、上記高負荷領域B2においてノッキングを回避しつつエンジンの出力を確保するべく有効圧縮比ε’=14一定とする。   In the second SI combustion region B2 in the high load region, control is performed so that the effective compression ratio ε ′ = 14 is constant. Here, if the effective compression ratio ε ′ is increased, the engine output can be increased. However, if ε ′ is set to a high value of 14 or more, knocking may occur in SI combustion. Therefore, in this embodiment, the effective compression ratio ε ′ = 14 is constant in order to ensure engine output while avoiding knocking in the high load region B2.

次に、上記HCCI燃焼領域Aから上記第1SI燃焼領域B1への移行時に実施する制御について説明する。   Next, the control performed at the time of transfer from the HCCI combustion region A to the first SI combustion region B1 will be described.

前述のように、低回転側のHCCI燃焼領域Aにおいて設定された有効圧縮比ε’の方が高回転側の第1SI燃焼領域B1において設定された有効圧縮比ε’よりも高い値に設定されている。そのため、この第1SI燃焼領域B1からHCCI燃焼領域Aへの移行時には、有効圧縮比ε’を高い側に変更するべく上記バルブ制御手段41により吸気弁11の閉時期を即時に進角させる必要がある。   As described above, the effective compression ratio ε ′ set in the HCCI combustion region A on the low rotation side is set to a higher value than the effective compression ratio ε ′ set in the first SI combustion region B1 on the high rotation side. ing. Therefore, at the time of transition from the first SI combustion region B1 to the HCCI combustion region A, it is necessary to immediately advance the closing timing of the intake valve 11 by the valve control means 41 in order to change the effective compression ratio ε ′ to the higher side. is there.

しかしながら、吸気弁11の閉時期を変更させるために駆動されるVVT15の駆動速度には限界があり、図10に示すように、上記移行時において、有効圧縮比ε’は所定期間をかけて第1SI燃焼領域B1側の値からHCCI燃焼領域A側の高い有効圧縮比ε’に移行する。すなわち、上記移行直後は、有効圧縮比ε’が十分に高められておらずHCCI燃焼を実現するために十分な圧縮端圧力Pxが確保されていない状態となる。そのため、このような状態で、図10の破線で示すように点火プラグ16による混合気の点火が停止すると失火するおそれがある。   However, there is a limit to the driving speed of the VVT 15 that is driven to change the closing timing of the intake valve 11, and, as shown in FIG. The value shifts from the value on the 1SI combustion region B1 side to the high effective compression ratio ε ′ on the HCCI combustion region A side. That is, immediately after the transition, the effective compression ratio ε ′ is not sufficiently increased, and a compression end pressure Px sufficient to realize HCCI combustion is not ensured. Therefore, in this state, there is a risk of misfire if the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 16 stops as indicated by the broken line in FIG.

そこで、本エンジンでは、上記第1SI燃焼領域B1からHCCI燃焼領域Aへの移行時には、所定期間、点火プラグ16による混合気の点火を行い燃焼を促進させることで失火を回避する。   Therefore, in this engine, at the time of transition from the first SI combustion region B1 to the HCCI combustion region A, misfire is avoided by igniting the air-fuel mixture by the spark plug 16 and promoting combustion for a predetermined period.

本実施形態では、図10の実線で示すように、有効圧縮比ε’が上記HCCI燃焼用に設定された有効圧縮比ε’に到達するまで、すなわち、吸気弁11の閉時期がHCCI燃焼用に設定されたタイミングとなるまでの間、点火信号を出力して点火プラグ16による混合気の点火を持続させる。これにより、HCCI燃焼領域Aと第1SI燃焼領域B1とで有効圧縮比ε’を異なる値としてこれら領域全体での燃費性能を高めつつ、移行時の失火を回避することができる。ここで、有効圧縮比ε’の値すなわち吸気弁11の実際の閉時期は、吸気弁11を駆動するカムシャフトの位相を検出するために設けられているカム角センサの値等から算出すればよい。   In the present embodiment, as shown by the solid line in FIG. 10, until the effective compression ratio ε ′ reaches the effective compression ratio ε ′ set for the HCCI combustion, that is, the closing timing of the intake valve 11 is for HCCI combustion. Until the set timing is reached, the ignition signal is output and the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 16 is continued. Thereby, the effective compression ratio ε 'is set to a different value between the HCCI combustion region A and the first SI combustion region B1, and the misfire at the time of transition can be avoided while improving the fuel efficiency performance in these regions as a whole. Here, the value of the effective compression ratio ε ′, that is, the actual closing timing of the intake valve 11 can be calculated from the value of the cam angle sensor provided for detecting the phase of the camshaft that drives the intake valve 11. Good.

以上説明したように、当実施形態のエンジンでは、低負荷領域において低回転領域でHCCI燃焼を実施する一方高回転領域でSI燃焼を実施しておりHCCI燃焼を確実に実施することができるとともに、HCCI燃焼を行う低回転領域Aにおいて負荷の低下とともに有効圧縮比ε’を高める一方、SI燃焼を行う高回転領域B1において負荷の低下とともに有効圧縮比ε’を低下させており、失火等を回避して低回転領域Aでの適正なHCCI燃焼を実現するとともに高回転領域B1でのポンピングロスを低減させることができ、全体の燃費性能を高めることができる。   As described above, in the engine of the present embodiment, HCCI combustion is performed in the low rotation region in the low load region, while SI combustion is performed in the high rotation region, and HCCI combustion can be reliably performed, While the effective compression ratio ε ′ is increased as the load decreases in the low rotation region A where HCCI combustion is performed, the effective compression ratio ε ′ is decreased as the load decreases in the high rotation region B1 where SI combustion is performed, thereby avoiding misfires and the like. Thus, it is possible to achieve proper HCCI combustion in the low rotation region A and reduce the pumping loss in the high rotation region B1, thereby improving the overall fuel efficiency.

また、HCCI燃焼領域Aの有効圧縮比ε’を第1SI燃焼領域B1よりも高めて、HCCI燃焼の失火をより確実に回避し、かつ、第1SI燃焼領域B1でのポンピングロスを小さく抑えるとともに、この有効圧縮比ε’が互いに異なるSI燃焼領域からHCCI燃焼領域への移行時において、移行後であっても点火プラグ16による混合気の点火を持続させて火花点火により燃焼をアシストすることでこの移行に伴う失火を確実に回避することができる。   In addition, the effective compression ratio ε ′ of the HCCI combustion region A is made higher than that of the first SI combustion region B1, and misfire of the HCCI combustion is more reliably avoided, and the pumping loss in the first SI combustion region B1 is kept small. At the time of transition from the SI combustion region having a different effective compression ratio ε ′ to the HCCI combustion region, the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 16 is continued even after the transition to assist combustion by spark ignition. Misfires associated with transition can be reliably avoided.

なお、上記実施形態では、HCCI燃焼とSI燃焼とを回転数に応じて異ならせる負荷領域すなわちHCCI燃焼領域Aおよび第1SI燃焼領域B1を、無負荷領域から所定負荷領域(IMEP900kPa)までの間に設定したが、これに限らず、例えば、高過給装置を用いる等によりHCCI燃焼を高負荷領域まで実施して全負荷領域にわたって低回転側でHCCI燃焼を実施し高回転側でSI燃焼を実施するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the load region in which the HCCI combustion and the SI combustion are made different depending on the rotation speed, that is, the HCCI combustion region A and the first SI combustion region B1, is set between the no-load region and the predetermined load region (IMEP 900 kPa). Although it was set, this is not restrictive. For example, HCCI combustion is performed up to the high load region by using a high supercharging device, etc., HCCI combustion is performed on the low rotation side over all load regions, and SI combustion is performed on the high rotation side You may make it do.

なお、上記実施形態では、HCCI燃焼領域Aにおける理論空燃比に対する空気過剰率λをλ=2.4に設定することにより、燃焼により生じるNOx量(生のNOx量)自体を十分に小さくし、NOx触媒を省略しても排ガス規制を十分に満足できるようにしたが、NOx触媒を設けることが可能であれば、空気過剰率λを2.4より小さくしてもよい。ただし、NOx触媒を設けたとしても、将来的に予想される厳しい排ガス規制をも十分に満足するには、空気過剰率λを少なくともλ≧2に設定すべきである。図1を用いて説明したように、空気過剰率λが2以上であれば、生成されたNOxをNOx触媒で浄化することにより、その排出量を十分なレベルまで抑制することが可能である。   In the above embodiment, by setting the excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio in the HCCI combustion region A to λ = 2.4, the NOx amount (raw NOx amount) generated by combustion itself is sufficiently reduced, Even if the NOx catalyst is omitted, exhaust gas regulations can be sufficiently satisfied. However, if it is possible to provide a NOx catalyst, the excess air ratio λ may be made smaller than 2.4. However, even if a NOx catalyst is provided, the excess air ratio λ should be set to at least λ ≧ 2 in order to sufficiently satisfy strict exhaust gas regulations expected in the future. As described with reference to FIG. 1, if the excess air ratio λ is 2 or more, it is possible to suppress the emission amount to a sufficient level by purifying the generated NOx with a NOx catalyst.

また、上記実施形態では、SI燃焼領域B1,B2における理論空燃比に対する空気過剰率λ=1.0に設定した場合を説明したが、例えば、多重点火を行う等により火炎核のエネルギーを増大させることで失火を回避可能とした場合には、空気過剰率λを2以上としてもよい。   In the above embodiment, the case where the excess air ratio λ = 1.0 with respect to the stoichiometric air-fuel ratio in the SI combustion regions B1 and B2 has been described. For example, the energy of the flame kernel is increased by performing multiple ignition or the like. If the misfire can be avoided by doing so, the excess air ratio λ may be 2 or more.

また、上記実施形態では、エンジンの幾何学的圧縮比を18としたが、これ以外の圧縮比に設定してもよい。ただし、図4のグラフにおいて、常温で大気圧の新気を圧縮比16〜18で圧縮した場合の温度・圧力の範囲を示す領域Wが、上記MBTでの圧縮自己着火燃焼の実現のための条件を示すラインL1上に位置していることから、幾何学的圧縮比を少なくとも16以上に設定すれば、その圧縮比16を最大値として有効圧縮比ε’を適宜変化させることにより、上記実施形態と同様に、各負荷で適正な圧縮自己着火燃焼を行わせることが可能と考えられる。このため、幾何学的圧縮比は少なくとも16以上に設定するとよい。   Moreover, in the said embodiment, although the geometric compression ratio of the engine was set to 18, you may set to compression ratios other than this. However, in the graph of FIG. 4, a region W indicating a temperature / pressure range when fresh air at atmospheric pressure is compressed at a compression ratio of 16 to 18 is used to realize compression self-ignition combustion in the MBT. Since it is located on the line L1 indicating the condition, if the geometric compression ratio is set to at least 16 or more, the effective compression ratio ε ′ is appropriately changed with the compression ratio 16 being the maximum value, thereby implementing the above-described implementation. Similar to the embodiment, it is considered possible to perform appropriate compression self-ignition combustion at each load. For this reason, the geometric compression ratio is preferably set to at least 16 or more.

また、SI燃焼領域からHCCI燃焼領域への移行時において実施する火花点火を所定期間持続させる制御において、この火花点火を持続させる所定期間は上記に限らない。すなわち、この所定期間を上記のように有効圧縮比ε’がHCCI燃焼用の有効圧縮比ε’となるまでの期間とせずに、予め設定された一定時間としてもよい。   Further, in the control for maintaining the spark ignition performed at the time of transition from the SI combustion region to the HCCI combustion region for a predetermined period, the predetermined period for maintaining the spark ignition is not limited to the above. That is, the predetermined period may be set to a predetermined time period instead of the period until the effective compression ratio ε ′ becomes the effective compression ratio ε ′ for HCCI combustion as described above.

6 燃焼室
11 吸気弁
16 点火プラグ
18 インジェクタ
40 ECU(制御手段)
ε’ 有効圧縮比
6 Combustion chamber 11 Intake valve 16 Spark plug 18 Injector 40 ECU (control means)
ε 'effective compression ratio

Claims (5)

燃焼室内の混合気を点火可能な点火プラグを有する火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジンの特定の負荷領域において、当該エンジンの低回転領域では圧縮自己着火燃焼を行わせる一方、当該エンジンの高回転領域では上記点火プラグによる混合気の点火によって火花点火燃焼を行わせるようにエンジンの各部を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域では負荷が低くなるほどエンジンの有効圧縮比を高くする一方、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域では負荷が低くなるほどエンジンの有効圧縮比を低くすることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
A control device for a spark ignition engine having an ignition plug capable of igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber,
In a specific load region of the engine, compression auto-ignition combustion is performed in a low rotation region of the engine, while spark ignition combustion is performed in the high rotation region of the engine by ignition of an air-fuel mixture by the spark plug. Comprising control means for controlling each part;
The control means increases the effective compression ratio of the engine as the load decreases in the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed, while the effective compression of the engine decreases as the load decreases in the high rotation region where the spark ignition combustion is performed. A control device for a spark ignition engine characterized by lowering the ratio.
請求項1に記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、
エンジン本体の幾何学的圧縮比が16以上に設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
A control device for a spark ignition engine according to claim 1,
A control device for a spark ignition engine, wherein the geometric compression ratio of the engine body is set to 16 or more.
請求項1または2に記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、
上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行わせる運転領域全域において、上記燃焼室内の理論空燃比に対する空気過剰率λをλ≧2に設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
A control device for a spark ignition engine according to claim 1 or 2,
The control device for a spark ignition engine, wherein the control means sets an excess air ratio λ with respect to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber to λ ≧ 2 in the entire operation region where the compression self-ignition combustion is performed.
請求項1〜3のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、
上記制御手段は、上記特定の負荷領域の少なくとも一部の負荷領域において、上記圧縮自己着火燃焼を行なわせる低回転領域のエンジンの有効圧縮比を、同一負荷で上記火花点火燃焼を行なわせる高回転領域のエンジンの有効圧縮比よりも高くするとともに、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域から上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域への移行時において、当該移行後の所定期間、上記点火プラグによる混合気の点火を持続させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
A control device for a spark ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
The control means is configured to increase the effective compression ratio of the engine in the low-rotation region in which the compression self-ignition combustion is performed in at least a part of the specific load region, and to perform the spark ignition combustion in the same load. The ignition ratio is set higher than the effective compression ratio of the engine in the region, and the ignition is performed for a predetermined period after the transition from the high rotation region where the spark ignition combustion is performed to the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed. A control device for a spark ignition engine characterized in that ignition of an air-fuel mixture by a plug is sustained.
請求項4に記載の火花点火式エンジンの制御装置であって、
上記制御手段は、上記火花点火燃焼を行わせる高回転領域から上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域への移行後、エンジンの有効圧縮比が上記圧縮自己着火燃焼を行わせる低回転領域に対して設定された値となるまでの期間、上記点火プラグによる混合気の点火を持続させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
A control device for a spark ignition engine according to claim 4,
After the transition from the high rotation region where the spark ignition combustion is performed to the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed, the control means changes the effective compression ratio of the engine to the low rotation region where the compression self-ignition combustion is performed. A spark ignition type engine control device, characterized in that ignition of the air-fuel mixture by the spark plug is continued for a period until a value set for the spark plug is reached.
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