JP2012207627A - Gasoline engine - Google Patents

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Naoyuki Yamagata
直之 山形
Masanao Yamakawa
正尚 山川
Kazuhiro Nagatsu
和弘 長津
Kohei Iwai
浩平 岩井
Kaneyuki Ota
統之 太田
Keiji Araki
啓二 荒木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gasoline engine capable of achieving compression self ignition combustion and promoting activity of a catalyser by raising a geometrical compression ratio while avoiding abnormal combustion.SOLUTION: Negative pressure is generated in an exhaust port 10 connected to the other neighboring independent exhaust passage 52 by ejector effect as a shape in which the downstream side thereof makes the downstream end of the independent exhaust passage 52 connected to the exhaust port 10 a smaller flow passage area. In a low load and low speed region, a self ignition combustion mode in which mixture burns by self ignition is executed, and in a high load and low speed region, a valve opening period of an intake valve 11 and a valve opening period of an exhaust valve 12 are overlapped in an overlapped period. The overlapped period of one cylinder 2 among cylinders in continuous exhaust order is overlapped on an exhaust valve 12 opening period of the other cylinder 2.

Description

本発明は、燃焼室および吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒と、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記燃焼室に噴射するインジェクタとを備えたガソリンエンジンに関する。   The present invention includes a plurality of cylinders each having a combustion chamber, an intake port and an exhaust port, and provided with an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. The present invention relates to a gasoline engine having an injector for injecting fuel made of gasoline into the combustion chamber.

従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火により強制的に混合気を着火させる燃焼形態(火花点火燃焼)が一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。圧縮自己着火燃焼とは、燃焼室に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧の環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。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、高い熱効率が得られると言われている。   Conventionally, in the gasoline engine field, a combustion mode (spark ignition combustion) in which an air-fuel mixture is forcibly ignited by spark ignition of a spark plug has been common, but in recent years, instead of such spark ignition combustion, so-called Research is underway to apply compression auto-ignition combustion to gasoline engines. The compression self-ignition combustion is to compress the air-fuel mixture generated in the combustion chamber with a piston and to ignite the air-fuel mixture in a high temperature / high pressure environment regardless of spark ignition. 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 high thermal efficiency can be obtained compared to combustion by spark ignition.

前記圧縮自己着火燃焼が適用されたガソリンエンジンの具体例として、例えば下記特許文献1に開示されたものが知られており、この特許文献1には、気筒の幾何学的圧縮比を14以上として混合気を自着火可能な温度にまで高めることが開示されている。   As a specific example of the gasoline engine to which the compression self-ignition combustion is applied, for example, one disclosed in Patent Document 1 below is known. In Patent Document 1, the geometric compression ratio of the cylinder is set to 14 or more. It is disclosed that the air-fuel mixture is raised to a temperature at which self-ignition is possible.

ここで、幾何学的圧縮比を14以上という高い値に設定した場合、燃焼室内の混合気の温度が過剰に上昇してしまう結果、低速高負荷領域等において、ノッキング等の異常燃焼が生じるという問題がある。   Here, when the geometric compression ratio is set to a high value of 14 or more, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber rises excessively, and as a result, abnormal combustion such as knocking occurs in the low speed and high load region. There's a problem.

これに対して、下記特許文献2に開示されるようないわゆる4−2−1タイプの排気システムを用いることで、燃焼室の掃気を促進して燃焼室内の残留ガスを低減し、これにより、混合気の過剰な温度上昇を抑制することが検討されている。この排気システムでは、4気筒エンジンにおいて、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される4つの排気通路が2本づつ集合した後、これら2本の排気通路が1本に集合されており、排気ガスが徐々に集合することによって背圧や排気脈動の影響を抑制して、掃気が促進される。   On the other hand, by using a so-called 4-2-1 type exhaust system as disclosed in Patent Document 2 below, scavenging of the combustion chamber is promoted to reduce the residual gas in the combustion chamber. It has been studied to suppress an excessive temperature rise of the air-fuel mixture. In this exhaust system, in a four-cylinder engine, after four exhaust passages connected to the exhaust ports of each cylinder are gathered two by two, these two exhaust passages are gathered into one, and the exhaust gas is By gradually gathering, the influence of back pressure and exhaust pulsation is suppressed, and scavenging is promoted.

特開2007−154859号公報JP 2007-154859 A 特開2002−276356号公報JP 2002-276356 A

前記4−2−1タイプの排気システムでは、掃気性能が向上することで異常燃焼の発生を抑制できる一方、排気通路が長くなる結果、この排気通路に設けられる触媒に流入する排気温度が低下し、これにより、触媒の活性に時間がかかる、または、触媒の活性状態を維持するのが困難になるという問題がある。   In the 4-2-1 type exhaust system, the occurrence of abnormal combustion can be suppressed by improving the scavenging performance. On the other hand, as a result of the longer exhaust passage, the exhaust temperature flowing into the catalyst provided in the exhaust passage decreases. As a result, there is a problem that it takes time to activate the catalyst or it becomes difficult to maintain the active state of the catalyst.

本発明は、このような事情に鑑み、異常燃焼を回避しつつ幾何学的圧縮比を高くして自着火燃焼を実現することができるとともに、触媒の活性を促進することができるガソリンエンジンの提供を目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides a gasoline engine that can achieve self-ignition combustion by increasing the geometric compression ratio while avoiding abnormal combustion, and can promote the activity of the catalyst. With the goal.

前記課題を解決するために、本発明は、燃焼室および吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒と、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記燃焼室に噴射するインジェクタとを備えたガソリンエンジンであって、前記吸気弁と排気弁の動作および前記燃焼室内の燃焼形態を制御する制御手段と、1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続される独立排気通路と、前記各独立排気通路を通過したガスが集合するように当該各独立排気通路の下流端に接続された集合部と、前記集合部を通過したガスが流入するように当該集合部よりも下流側に配置されて、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する触媒とを備え、前記気筒の幾何学的圧縮比は14以上に設定されており、前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、前記各独立排気通路の下流端部分は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成されるように、下流側の方が上流側よりも流路面積が小さくなる形状を有し、前記制御手段は、少なくともエンジンの低負荷かつ低速域において、前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードを実行するとともに、少なくともエンジンの高負荷かつ低速域において、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁を開弁動作させることを特徴とするガソリンエンジンを提供する(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention includes a combustion chamber, an intake port and an exhaust port, and an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. A gasoline engine comprising a plurality of cylinders and an injector for injecting fuel, at least part of which is made of gasoline, into the combustion chamber, and controls the operation of the intake and exhaust valves and the combustion mode in the combustion chamber Control means, independent exhaust passages connected to the exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not mutually continuous, and the independent exhaust passages so that the gas passing through the independent exhaust passages gathers. A stoichiometric air-fuel ratio atmosphere arranged at a downstream side of the collecting portion connected to the downstream end and the collecting portion so that the gas that has passed through the collecting portion flows in. And a catalyst having a three-way catalyst function, the geometric compression ratio of the cylinder is set to 14 or more, and an independent exhaust passage connected to a cylinder in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages is Connected to the collecting portion at positions adjacent to each other, and the downstream end portion of each independent exhaust passage is exhausted from each cylinder to the collecting portion through each exhaust port and each independent exhaust passage. Accordingly, the downstream side has a shape in which the flow path area is smaller than the upstream side so that negative pressure is generated in the adjacent independent exhaust passage and the exhaust port connected to the independent exhaust passage due to the ejector effect. The control means executes a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition at least in a low load and low speed region of the engine, and at least high engine negative In addition, in the low speed range, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the overlap period of one cylinder is between cylinders in which the exhaust order is continuous. A gasoline engine is provided in which the intake valve and the exhaust valve of each cylinder are opened so as to overlap with the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened.

本発明によれば、排気ポートから触媒までの排気通路の長さを長くすることなく低速高負荷領域において高い掃気性能を実現することができる。そのため、異常燃焼を回避しつつ、気筒の幾何学的圧縮比を14以上として混合気の自着火燃焼を実現、ひいては高い熱効率を実現することができるとともに、触媒に流入する排気の温度を高くして触媒の活性を促進することができる。   According to the present invention, high scavenging performance can be realized in a low-speed and high-load region without increasing the length of the exhaust passage from the exhaust port to the catalyst. Therefore, while avoiding abnormal combustion, it is possible to achieve self-ignition combustion of the air-fuel mixture by setting the geometric compression ratio of the cylinder to 14 or higher, thereby realizing high thermal efficiency and increasing the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst. Thus, the activity of the catalyst can be promoted.

具体的には、本発明では、各独立排気通路の下流端部分が下流側の方が上流側よりも流路面積が小さくなる形状を有しており、所定の独立排気通路から集合部に高速で排気が流入し、これによりエゼクタ効果が得られ、他の独立排気通路が負圧になるよう構成されているとともに、低速高負荷領域において所定の気筒のオーバーラップ期間中に他の気筒の排気弁が開弁されているので、この低速高負荷領域において、エゼクタ効果によりオーバーラップ期間中の気筒の排気ポート内に負圧を生成してこの負圧によりオーバーラップ期間中の掃気を促進することができる。従って、幾何学的圧縮比を高くしても前記低速高負荷領域において異常燃焼が発生するのをより確実に回避することができ、幾何学的圧縮比が高いことに伴う適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。   Specifically, in the present invention, the downstream end portion of each independent exhaust passage has a shape in which the flow area is smaller on the downstream side than on the upstream side, and a high speed is provided from the predetermined independent exhaust passage to the collecting portion. Exhaust gas flows in, and thereby an ejector effect is obtained, and the other independent exhaust passages are configured to have a negative pressure. Since the valve is open, in this low speed and high load region, a negative pressure is generated in the exhaust port of the cylinder during the overlap period by the ejector effect, and scavenging during the overlap period is promoted by this negative pressure. Can do. Therefore, even if the geometric compression ratio is increased, abnormal combustion can be more reliably avoided in the low-speed and high-load region, and proper compression self-ignition combustion associated with the high geometric compression ratio is achieved. Can be realized.

さらに、高い掃気性能がエゼクタ効果の利用により実現されており、排気通路の長さを長くする必要がないので(4−2−1タイプの排気システムに比べて排気通路の長さを短くすることができ)、触媒に到達するまでの排気の放熱量を小さく抑えて、触媒に流入する排気の温度を高くすることができ、触媒の活性を促進することができる。特に、燃焼温度が低く排気の温度が低いために触媒が活性しにくい圧縮自己着火燃焼の実施時においても、触媒の活性を促進することができ、高い熱効率を得つつ触媒を活性させることができる。また、前記のように独立排気通路から集合部に向かって排気が高速で流入するため、この排気が他の独立排気通路に回りこんで膨張するのが抑制され、この膨張に伴う排気の温度低下も抑制される。   In addition, high scavenging performance is realized by using the ejector effect, and there is no need to increase the length of the exhaust passage (reducing the length of the exhaust passage compared to the 4-2-1 type exhaust system). The amount of heat released from the exhaust gas until reaching the catalyst can be kept small, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst can be increased, and the activity of the catalyst can be promoted. In particular, even during compression auto-ignition combustion, where the combustion temperature is low and the exhaust temperature is low, the catalyst is difficult to activate, the activity of the catalyst can be promoted, and the catalyst can be activated while obtaining high thermal efficiency. . In addition, as described above, the exhaust flows from the independent exhaust passage toward the collecting portion at a high speed, so that the exhaust is suppressed from expanding around the other independent exhaust passage, and the temperature of the exhaust decreases due to the expansion. Is also suppressed.

本発明において、前記集合部は、下流側の方が上流側よりも流路面積が小さくなる形状を有するのが好ましい(請求項2)。   In the present invention, it is preferable that the collecting portion has a shape in which the flow path area is smaller on the downstream side than on the upstream side (Claim 2).

このようにすれば、前記集合部を通過する排気の流速を高めることができ、前記排気ポートに生成される負圧量を高くして掃気性能をより高めることができる。   If it does in this way, the flow velocity of the exhaust gas which passes through the above-mentioned gathering part can be raised, and the scavenging performance can be further enhanced by increasing the amount of negative pressure generated in the exhaust port.

また、本発明において、前記集合部と前記触媒との間に下流側の方が上流側よりも流路面積が大きくなる形状を有する連結部を設けるのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, it is preferable that a connecting portion having a shape in which the flow path area is larger on the downstream side than on the upstream side is provided between the collecting portion and the catalyst.

前述のように、排気は集合部を高速で通過しており、この流速の増加に伴って集合部を通過する排気の温度は低下する。そのため、このような構造を有する連結部を設ければ、この連結部において排気の流速および温度を復帰させることができ(流速は低下し温度は増加する)、触媒に流入する排気の温度を高く維持することができる。さらに、排気の温度の低下に伴い、前記集合部での外部への放熱量は小さく抑えられる。このように、この構成によれば、集合部での放熱量を小さく抑えつつ連結部において排気の温度を高く復帰させることができ、連結部の流路面積が一定の場合に比べて、触媒に流入する排気の温度を高くすることができる。   As described above, the exhaust gas passes through the collecting portion at a high speed, and the temperature of the exhaust gas passing through the collecting portion decreases as the flow velocity increases. Therefore, if a connecting portion having such a structure is provided, the flow rate and temperature of the exhaust gas can be restored at this connecting portion (the flow rate decreases and the temperature increases), and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst is increased. Can be maintained. Further, as the temperature of the exhaust gas decreases, the amount of heat released to the outside at the gathering portion can be kept small. As described above, according to this configuration, the temperature of the exhaust gas can be returned to a high level in the connecting portion while suppressing the amount of heat released from the collecting portion, and compared with the case where the flow area of the connecting portion is constant, The temperature of the inflowing exhaust gas can be increased.

本発明において、前記制御手段は、エンジンの高負荷かつ低速域に加えて、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域の少なくとも一部の領域においても、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁を開弁動作させるのが好ましい(請求項4)。   In the present invention, the control means includes the intake valve of each cylinder not only in a high load and low speed region of the engine but also in at least a partial region of the low load and low speed region of the engine that executes the auto-ignition combustion mode. Between the cylinders in which the valve opening period and the exhaust valve opening period overlap with each other by a predetermined overlap period and the exhaust sequence continues, the exhaust valve of the other cylinder opens during the overlap period of one cylinder. It is preferable to open the intake valve and the exhaust valve of each cylinder so as to overlap with each other at the same time.

このようにすれば、熱効率が高く排気温度が低い自着火燃焼モード領域においても、エゼクタ効果によってオーバーラップ期間中の気筒の排気が下流側に吸い出され、この排気が他の独立排気通路に回りこむのがより確実に回避されるため、この回りこみに伴う排気の膨張を回避して、この排気の温度の低下を抑制することができる。このことは、触媒の活性をより促進する。   In this way, even in the auto-ignition combustion mode region where the thermal efficiency is high and the exhaust temperature is low, the exhaust of the cylinder during the overlap period is sucked downstream due to the ejector effect, and this exhaust goes to other independent exhaust passages. Since it is avoided more reliably, the expansion of the exhaust gas due to the wraparound can be avoided, and the temperature drop of the exhaust gas can be suppressed. This further promotes the activity of the catalyst.

本発明において、前記制御手段は、前記インジェクタにより前記燃焼室内に噴射される燃料重量Fに対する前記燃焼室内の全ガスの重量Gの割合であるG/Fを制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域において、前記燃料重量Fに対する燃焼室内の全ガス重量Gの割合G/Fを30以上に制御するとともに、高負荷側ほど前記燃料重量Fに対する燃焼室内の全ガス重量Gの割合G/Fを小さくするのが好ましい(請求項5)。   In the present invention, the control means can control G / F, which is a ratio of the weight G of the total gas in the combustion chamber to the fuel weight F injected into the combustion chamber by the injector, and the self-ignition combustion The ratio G / F of the total gas weight G in the combustion chamber to the fuel weight F is controlled to 30 or more in the low load and low speed range of the engine executing the mode, and the higher the load side, the higher the load G in the combustion chamber to the fuel weight F. It is preferable to reduce the ratio G / F of the total gas weight G (Claim 5).

このように燃焼室の空燃比が非常に高いリーン状態において圧縮自己着火燃焼を実行すれば、NOxの生成をより確実に抑制することができるとともに、燃焼温度を低下させてより高い熱効率を得ることができる。ここで、燃焼温度の低下に伴い排気の温度は低下するが、本発明では、前記のように、触媒に流入する排気温度が高くされるため、適正な圧縮自己着火燃焼を実現しつつ触媒の活性を促進することができる。また、この構成では、高負荷側ほど前記燃料重量Fに対する燃焼室内の全ガス重量Fの割合G/Fが小さくされて燃料量の増大に合わせて適正なG/Fとされており、適正な圧縮自己着火燃焼を実現しつつエンジントルクを確保することができる。   Thus, if compression auto-ignition combustion is executed in a lean state where the air-fuel ratio of the combustion chamber is very high, generation of NOx can be more reliably suppressed, and higher thermal efficiency can be obtained by lowering the combustion temperature. Can do. Here, the temperature of the exhaust gas decreases as the combustion temperature decreases. However, in the present invention, the exhaust gas temperature flowing into the catalyst is increased as described above, so that the activity of the catalyst is achieved while realizing proper compression self-ignition combustion. Can be promoted. Further, in this configuration, the ratio G / F of the total gas weight F in the combustion chamber to the fuel weight F is reduced toward the higher load side, and the appropriate G / F is set according to the increase in the fuel amount. The engine torque can be secured while realizing the compression self-ignition combustion.

また、本発明において、前記制御手段は、前記インジェクタの動作を制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域において、前記インジェクタにより吸気行程あるいは圧縮行程の前期に前記燃焼室内に燃料を噴射させるのが好ましい(請求項6)。   Further, in the present invention, the control means can control the operation of the injector, and in the low load and low speed range of the engine that executes the auto-ignition combustion mode, the injector is in the first half of the intake stroke or the compression stroke. Preferably, fuel is injected into the combustion chamber.

このようにすれば、燃焼室内に噴射された燃料が自着火するまでの間に十分に空気と混合されて燃焼室内の混合気濃度が均質化されるため、燃焼温度をより確実に低下させて、これにより、より高い熱効率を得ることができる。ここで、燃焼温度の低下に伴い排気の温度は低下するが、本発明では、前記のように、触媒に流入する排気温度が高くされるため、高い熱効率を実現しつつ触媒の活性を促進することができる。   In this way, since the fuel injected into the combustion chamber is sufficiently mixed with air until the self-ignition occurs, the mixture concentration in the combustion chamber is homogenized, so that the combustion temperature can be lowered more reliably. Thereby, higher thermal efficiency can be obtained. Here, although the exhaust gas temperature decreases as the combustion temperature decreases, in the present invention, as described above, the exhaust gas temperature flowing into the catalyst is increased, so that the catalyst activity is promoted while realizing high thermal efficiency. Can do.

また、本発明において、前記燃焼室内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグを備え、前記制御手段は、前記点火プラグの動作を制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行する運転領域よりも高負荷側の領域において、前記自着火燃焼モードのときよりも燃焼室内の平均空燃比をリッチにさせる多量の燃料を30MPa以上の噴射圧力で前記インジェクタから噴射させる燃料噴射と、前記点火プラグによる火花点火とを、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に実行することにより、前記燃焼噴射に基づく混合気を、圧縮上死点を所定期間以上過ぎてから火炎伝播により急速に燃焼させる急速リタードSIモードを実行するのが好ましい(請求項7)。   In the present invention, an ignition plug for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber is provided, and the control means is capable of controlling the operation of the ignition plug and performs the self-ignition combustion mode. A fuel injection for injecting a large amount of fuel from the injector at an injection pressure of 30 MPa or more to make the average air-fuel ratio in the combustion chamber richer than in the self-ignition combustion mode in a region of a higher load than the ignition plug; Is performed within a period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, whereby the air-fuel mixture based on the combustion injection is rapidly burned by flame propagation after the compression top dead center has passed a predetermined period or more. It is preferable to execute the rapid retarded SI mode (claim 7).

このようにすれば、30MPa以上の高い圧力での燃料噴射が圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内といった遅角側で実行されており、燃焼室が最も高温・高圧化する圧縮上死点をある程度過ぎるまで、高い噴射圧力による大きな乱流エネルギーを維持しつつ、多量の燃料を十分に気化霧化させて比較的均質な(もしくは弱成層化した)混合気を形成することができる。そして、この状態で、点火プラグの火花点火に基づく火炎伝播燃焼を開始させることにより、前記高圧噴射に基づく混合気を、圧縮上死点を過ぎてから短期間で燃焼し切ることができる。このため、吸気行程等の早いタイミングで燃料を噴射する従来の火花点火式燃焼と異なり、プリイグニッションやノッキングといった異常燃焼の発生を確実に回避でき、燃焼期間の短い熱効率に優れた火炎伝播燃焼を実現することができる。このように、この構成によれば、前記エゼクタ効果による掃気性能の向上に伴う異常燃焼の抑制に加えて、燃焼形態によっても異常燃焼を抑制することができ、より確実に、異常燃焼の発生を回避することができるとともに、より広い運転領域で高い熱効率を得ることができる。また、この燃焼形態では、燃焼温度が過度に上昇することがなく、燃料の気化霧化が不十分なまま燃焼が開始されることもないため、NOxやスートの増大が回避され、エミッション性についても良好に維持される。   In this way, fuel injection at a high pressure of 30 MPa or more is performed on the retarded side, such as within the period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, and the compression top dead center where the combustion chamber is at the highest temperature and pressure Until a certain amount is passed, a large amount of fuel can be sufficiently vaporized and atomized to form a relatively homogeneous (or weakly stratified) mixture while maintaining a large turbulent energy due to a high injection pressure. In this state, by starting the flame propagation combustion based on the spark ignition of the spark plug, the air-fuel mixture based on the high-pressure injection can be burned out in a short period after the compression top dead center. For this reason, unlike conventional spark ignition combustion, in which fuel is injected at an early timing such as the intake stroke, abnormal combustion such as pre-ignition and knocking can be reliably avoided, and flame propagation combustion with a short combustion period and excellent thermal efficiency can be achieved. Can be realized. Thus, according to this configuration, in addition to the suppression of abnormal combustion accompanying the improvement of the scavenging performance by the ejector effect, it is possible to suppress abnormal combustion depending on the combustion mode, and more reliably generate abnormal combustion. This can be avoided and high thermal efficiency can be obtained in a wider operating range. Further, in this combustion mode, the combustion temperature does not rise excessively, and the combustion does not start with insufficient vaporization and atomization of the fuel. Well maintained.

以上説明したように、本発明によれば、異常燃焼を回避しつつ幾何学的圧縮比を高くして自着火燃焼を実現することができるとともに、触媒の活性を促進することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to achieve self-ignition combustion by increasing the geometric compression ratio while avoiding abnormal combustion, and promote the activity of the catalyst.

本発明の実施形態に係るガソリンエンジンの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole gasoline engine composition concerning an embodiment of the present invention. 図1に示すエンジンの排気系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust system of the engine shown in FIG. 図1に示すエンジンのピストン冠面の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the piston crown surface of the engine shown in FIG. 図2に示す排気系の概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view of the exhaust system shown in FIG. 2. 図2のV−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. 急速リタードSI燃焼モードにおける吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve timing of an intake valve and an exhaust valve in a rapid retarded SI combustion mode. 図2に示す排気系の作用効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the exhaust system shown in FIG. 図1に示すエンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the engine shown in FIG. エンジンの運転状態に応じた制御モードを選択するための制御マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control map for selecting the control mode according to the driving | running state of an engine. 図9の第1運転領域A1で実行されるリーンHCCI燃焼モードの制御内容を説明するためのタイムチャートである。FIG. 10 is a time chart for illustrating the control contents of a lean HCCI combustion mode executed in the first operation region A1 of FIG. 図9の第2運転領域A2で実行される急速リタードSI燃焼モードの制御内容を説明するためのタイムチャートである。FIG. 10 is a time chart for illustrating the control content of a rapid retarded SI combustion mode executed in the second operation region A2 of FIG. 急速リタードSI燃焼モードにおいて圧縮行程後期に噴射された燃料がキャビティ内で拡散する様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that the fuel injected in the late stage of the compression stroke diffuses in a cavity in rapid retarded SI combustion mode. 吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve timing of an intake valve and an exhaust valve.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるガソリンエンジンの全体構成を示す図である。図2は、このエンジンの一部(主に排気系)を示す図である。図1に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、所定の方向並ぶ4つの気筒2(図2参照)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。具体的には、図2の右から順に第1気筒2a,第2気筒2b,第3気筒2c,第4気筒2dが形成されている。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もよい。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a gasoline engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a part (mainly an exhaust system) of this engine. The engine shown in FIG. 1 is a reciprocating piston type multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for driving driving. The engine body 1 of this engine can reciprocately slide in each cylinder 2 with a cylinder block 3 having four cylinders 2 (see FIG. 2) arranged in a predetermined direction, a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3 And the piston 5 inserted into the. Specifically, a first cylinder 2a, a second cylinder 2b, a third cylinder 2c, and a fourth cylinder 2d are formed in order from the right in FIG. 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. But you can.

前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、各気筒2a〜2dにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180℃Aずつずれるように構成されている(図6参照)。本実施形態では、第1気筒2a→第3気筒2c→第4気筒2d→第2気筒2bの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。   The engine body 1 is a four-cycle engine, and is configured such that the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke are shifted by 180 ° C. in each of the cylinders 2a to 2d (see FIG. 6). In this embodiment, ignition is performed in the order of the first cylinder 2a → the third cylinder 2c → the fourth cylinder 2d → the second cylinder 2b, and the exhaust stroke and the like are performed in this order.

前記ピストン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、前記ピストン5の往復運動に応じて前記クランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to a crankshaft 7 via a connecting rod 8, and the crankshaft 7 rotates around a central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

前記ピストン5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、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、前記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、各気筒につき前記吸気ポート9および排気ポート10が2つずつ設けられるとともに、前記吸気弁11および排気弁12も2つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. 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 illustrated engine is a so-called double overhead camshaft (DOHC) engine, and two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are provided for each cylinder, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided. It is provided one by one.

なお、「燃焼室」とは、狭義には、上死点時におけるピストン5の上方空間のことを指すが、本明細書でいう燃焼室6とは、ピストン5の上下位置にかかわらずその上方に形成される空間のことを指すものとする(広義の燃焼室)。   Note that the “combustion chamber” narrowly refers to the space above the piston 5 at the top dead center, but the combustion chamber 6 in this specification refers to the upper side of the piston 5 regardless of the vertical position of the piston 5. It refers to the space formed in (combustion chamber in a broad sense).

ここで、当実施形態のエンジン本体1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、14以上という比較的高い幾何学的圧縮比を有するように設定されている。なお、幾何学的圧縮比の上限値は、実用上の観点等から20程度であると考えられるため、前記エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、14以上20以下の範囲の適宜の値に設定される。   Here, the engine body 1 of the present embodiment is set so as to have a relatively high geometric compression ratio of 14 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency, stabilizing the compression auto-ignition combustion described later, and the like. Yes. Since the upper limit value of the geometric compression ratio is considered to be about 20 from a practical viewpoint, the geometric compression ratio of the engine body 1 is set to an appropriate value in the range of 14 to 20. Is set.

エンジンには、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサSW1、クランク軸7の回転角度(クランク角)ひいてはエンジンの回転速度を検出するためのクランク角センサSW2、前記カムシャフトの角度を検出して気筒判別(各気筒が吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程にあるかの判別)用の信号を出力するカム角センサSW3、燃焼室に流入する新気の温度を検出するための外気温センサSW4が、エンジン本体に取り付けられている。   Various sensors are attached to the engine. For example, a water temperature sensor SW1 for detecting the temperature of the engine coolant, a rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7, and a crank angle sensor SW2 for detecting the rotation speed of the engine, and the camshaft angle are detected. Cam angle sensor SW3 that outputs a signal for cylinder discrimination (determination of whether each cylinder is in the intake, compression, expansion, or exhaust stroke), outside air temperature for detecting the temperature of fresh air flowing into the combustion chamber A sensor SW4 is attached to the engine body.

前記吸気弁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13,14によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   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 valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts (not shown) disposed in the cylinder head 4. The

前記吸気弁11用の動弁機構13には、CVVL15およびVVT16がそれぞれ組み込まれている。CVVL15は、連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11のリフト量を連続的に(無段階で)変更するものである。また、VVT16は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11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。これらCVVL15およびVVT16は、エンジンの全ての吸気弁11のリフト量および開閉タイミングを変更できるように設けられており、CVVL15およびVVT16の両方が駆動されると、各気筒2において一対の吸気弁11のリフト量および開閉タイミングが同時に変更されるようになっている。   CVVL 15 and VVT 16 are respectively incorporated in the valve operating mechanism 13 for the intake valve 11. The CVVL 15 is called a continuously variable valve lift mechanism and continuously (steplessly) changes the lift amount of the intake valve 11. The VVT 16 is called a variable valve timing mechanism, and variably sets the opening / closing timing (phase angle) of the intake valve 11. These CVVL15 and VVT16 are provided so that the lift amount and opening / closing timing of all the intake valves 11 of the engine can be changed. When both CVVL15 and VVT16 are driven, a pair of intake valves 11 in each cylinder 2 is provided. The lift amount and the opening / closing timing are changed simultaneously.

前記のような構成のCVVL15は既に公知であり、その具体例として、吸気弁11駆動用のカムをカムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置(レバー比)を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって前記カムの揺動量(吸気弁11を押し下げる量)を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる(例えば特開2007−85241号公報参照)。また、前記VVT16についても、液圧式、電磁式、機械式など、種々のタイプのものが既に公知であり、その中から適宜のものを採用し得る。   The CVVL 15 configured as described above is already known. As a specific example thereof, a link mechanism that reciprocally swings the cam for driving the intake valve 11 in conjunction with the rotation of the camshaft, and the arrangement of the link mechanism (lever ratio). ) Variably set, and a stepping motor that changes the swing amount of the cam (the amount by which the intake valve 11 is pushed down) by electrically driving the control arm. For example, refer to JP 2007-85241 A). Also, as the VVT 16, various types such as a hydraulic type, an electromagnetic type, and a mechanical type are already known, and an appropriate one can be adopted.

前記排気弁12用の動弁機構14には、排気弁12の開閉タイミング(位相角度)を可変的に設定する可変バルブタイミング機構であるVVT17が組み込まれている。以下、前記CVVL15を吸気CVVL15といい、吸気弁11用の前記VVT16を吸気VVT16といい、排気弁12用の前記VVT17を排気VVT17という。   The valve mechanism 14 for the exhaust valve 12 incorporates a VVT 17 that is a variable valve timing mechanism that variably sets the opening / closing timing (phase angle) of the exhaust valve 12. Hereinafter, the CVVL 15 is referred to as an intake CVVL 15, the VVT 16 for the intake valve 11 is referred to as an intake VVT 16, and the VVT 17 for the exhaust valve 12 is referred to as an exhaust VVT 17.

前記エンジン本体1のシリンダヘッド4には、点火プラグ20およびインジェクタ21が、各気筒2につき1組ずつ設けられている。   The cylinder head 4 of the engine body 1 is provided with one set of spark plugs 20 and injectors 21 for each cylinder 2.

前記インジェクタ21は、燃焼室6をその天井面(燃焼室6を覆うシリンダヘッド4の下面)から臨むように設けられている。各気筒2のインジェクタ21にはそれぞれ燃料供給管23が接続されており、各燃料供給管23を通じて供給される燃料(ガソリンを主成分とする燃料)が前記インジェクタ21の先端部から噴射されるよ。   The injector 21 is provided so as to face the combustion chamber 6 from the ceiling surface (the lower surface of the cylinder head 4 covering the combustion chamber 6). A fuel supply pipe 23 is connected to the injector 21 of each cylinder 2, and fuel (fuel mainly composed of gasoline) supplied through each fuel supply pipe 23 is injected from the tip of the injector 21. .

より具体的に、前記燃料供給管23の上流側には、クランク軸7と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプが接続されているとともに、この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管23との間には、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレールが設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ21に供給されることにより、各インジェクタ21から、30MPa以上の高い圧力の燃料が噴射される。なお、燃料噴射圧力の上限値は、実用上の観点等から120MPa程度であると考えられるため、前記インジェクタ21からの噴射圧力は、30MPa以上120MPa以下の範囲の適宜の値に設定される。   More specifically, on the upstream side of the fuel supply pipe 23, a high pressure fuel pump comprising a plunger type pump or the like linked to the crankshaft 7 is connected, and the high pressure fuel pump and the fuel supply are connected. A common rail for pressure accumulation common to all the cylinders is provided between the pipe 23. Then, the fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 21 of the respective cylinders 2, whereby high pressure fuel of 30 MPa or more is injected from the injectors 21. Since the upper limit value of the fuel injection pressure is considered to be about 120 MPa from a practical viewpoint, the injection pressure from the injector 21 is set to an appropriate value in the range of 30 MPa to 120 MPa.

また、前記インジェクタ21は、いわゆる多噴口型のインジェクタであり、その先端部に12個の噴口を有している。これらの噴口の設置部(インジェクタ21の先端部)は、燃焼室6天井の中央部に位置しており、各噴口は、その開口方向がボア径方向外側の斜め下方を向くように穿孔されている。このため、前記インジェクタ21の各噴口から燃料が噴射された場合、その燃料は、ピストン5の冠面(上面)に近づくほどボア径方向外側に拡がるように放射状に噴射される。   The injector 21 is a so-called multi-hole injector, and has twelve nozzle holes at the tip. The installation portions of these injection holes (tip portions of the injectors 21) are located in the center of the ceiling of the combustion chamber 6, and each injection hole is perforated so that the opening direction faces obliquely downward on the outer side in the bore radial direction. Yes. For this reason, when fuel is injected from each injection hole of the injector 21, the fuel is injected radially so as to expand outward in the bore radial direction as it approaches the crown surface (upper surface) of the piston 5.

前記点火プラグ20は、各気筒2の燃焼室6を上方から臨むように前記インジェクタ21と隣接して配置されている。具体的に、この点火プラグ20は、燃焼室6に露出する電極を先端部に有し、図外の点火回路からの給電に応じて前記電極から火花を放電する。   The spark plug 20 is disposed adjacent to the injector 21 so as to face the combustion chamber 6 of each cylinder 2 from above. Specifically, the spark plug 20 has an electrode exposed to the combustion chamber 6 at the tip, and discharges a spark from the electrode in response to power supply from an ignition circuit (not shown).

前記エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路28および排気マニホールド50がそれぞれ接続されている。排気マニホールド50の下流側には触媒装置60が接続されている。外部からの吸入空気(新気)は、前記吸気通路28を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された排気ガス(既燃ガス)は、前記排気マニホールド50および触媒装置60を通じて外部に排出される。排気マニホールド50および触媒装置60の詳細構造については後述する。以下、排気マニホールド50と触媒装置60とを合わせて排気系と呼ぶ場合がある。   An intake passage 28 and an exhaust manifold 50 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10 of the engine body 1, respectively. A catalyst device 60 is connected to the downstream side of the exhaust manifold 50. Intake air (fresh air) from the outside is supplied to the combustion chamber 6 through the intake passage 28, and exhaust gas (burned gas) generated in the combustion chamber 6 passes through the exhaust manifold 50 and the catalyst device 60. It is discharged outside. Detailed structures of the exhaust manifold 50 and the catalyst device 60 will be described later. Hereinafter, the exhaust manifold 50 and the catalyst device 60 may be collectively referred to as an exhaust system.

前記吸気通路28は、単一の通路からなる共通通路部28cと、共通通路部28cの下流側端部に設けられたサージタンク28bと、気筒2ごとに分岐して設けられて前記サージタンク28bと各気筒2の吸気ポート9とを接続する分岐通路部28aとを有している。   The intake passage 28 is provided with a common passage portion 28c formed of a single passage, a surge tank 28b provided at a downstream end portion of the common passage portion 28c, and a branch for each cylinder 2, and the surge tank 28b. And a branch passage portion 28 a that connects the intake port 9 of each cylinder 2.

前記吸気通路28および排気系の間には、この排気系を通過する排気ガスの一部を吸気通路28に還流させる外部EGR装置30が設けられている。具体的に、外部EGR装置30は、吸気通路28の各共通通路部28cと触媒装置60の後述するケーシング62の上流端61とを連通させるEGR通路31と、EGR通路31の途中部に設けられ、その内部を通過する排気ガスの流量を制御するEGRバルブ32と、EGR通路31を通過する排気ガスの温度を冷却する水冷式のEGRクーラ33とを有している。   An external EGR device 30 is provided between the intake passage 28 and the exhaust system to recirculate a part of the exhaust gas passing through the exhaust system to the intake passage 28. Specifically, the external EGR device 30 is provided in an EGR passage 31 that connects each common passage portion 28 c of the intake passage 28 and an upstream end 61 of a casing 62 described later of the catalyst device 60, and in the middle of the EGR passage 31. The EGR valve 32 controls the flow rate of the exhaust gas passing through the interior, and the water-cooled EGR cooler 33 that cools the temperature of the exhaust gas passing through the EGR passage 31.

前記吸気通路28の共通通路部28cには、スロットルバルブ25が開閉可能に設けられている。ただし、当実施形態では、前記吸気CVVL15により吸気弁11のリフト量が調整され、また、排気VVT17により排気弁12の開閉タイミングが調整されることにより、燃焼室6内のEGRガス量や新気量が調整されるため、スロットルバルブ25は、エンジンの停止時等を除いて、全開状態に維持される。   In the common passage portion 28c of the intake passage 28, a throttle valve 25 is provided so as to be opened and closed. However, in this embodiment, the lift amount of the intake valve 11 is adjusted by the intake CVVL 15, and the opening / closing timing of the exhaust valve 12 is adjusted by the exhaust VVT 17, so that the EGR gas amount and fresh air in the combustion chamber 6 are adjusted. Since the amount is adjusted, the throttle valve 25 is kept fully open except when the engine is stopped.

図3は、前記ピストン5の冠面の形状を具体的に説明するための拡大図である。この図3および先の図1に示すように、ピストン5の冠面中央部には、凹状のキャビティ40が設けられている。キャビティ40は、前記インジェクタ21と対向する上向きの開口部40aを上端に有しており、この開口部40aの面積(開口面積)は、キャビティ40の内部の最大断面積(キャビティ40の各高さ位置における水平方向断面積の最大値)よりも小さく設定されている。すなわち、キャビティ40は、その開口部40aから所定深さまでの範囲において、上方に至るほど内径が狭くなるように上窄まり状に形成されている。   FIG. 3 is an enlarged view for specifically explaining the shape of the crown surface of the piston 5. As shown in FIG. 3 and FIG. 1 above, a concave cavity 40 is provided at the center of the crown surface of the piston 5. The cavity 40 has an upward opening 40a facing the injector 21 at the upper end, and the area (opening area) of the opening 40a is the maximum cross-sectional area inside the cavity 40 (each height of the cavity 40). The maximum horizontal cross-sectional area at the position) is set. That is, the cavity 40 is formed in a constricted shape so that the inner diameter becomes narrower toward the upper side in the range from the opening 40a to a predetermined depth.

(2)排気系の構成
図4は、図2の一部の側面図である。なお、この図2では、構成がより明確になるよう、後述する外側管58を切断して、この外側管58の内側が露出した状態で示している。この図4および図2に示すように、前記排気マニホールド50は、上流側から順に、3つの独立排気通路52と、略円筒状の集合部56と、略円筒状の連結部57とを備えている。
(2) Configuration of Exhaust System FIG. 4 is a side view of a part of FIG. In FIG. 2, an outer tube 58 described later is cut and the inside of the outer tube 58 is exposed so that the configuration becomes clearer. As shown in FIGS. 4 and 2, the exhaust manifold 50 includes, in order from the upstream side, three independent exhaust passages 52, a substantially cylindrical assembly portion 56, and a substantially cylindrical connection portion 57. Yes.

前記各独立排気通路52は、前記各気筒2の排気ポート10に接続されている。具体的には、前記気筒2のうち第1気筒2aの排気ポート10と第4気筒2dの排気ポート10とは、それぞれ個別に独立排気通路52a、52dに接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10は、これら各気筒2b,2cから同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、1つの独立排気通路52bに接続されている。より詳細には、この第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10に接続されている独立排気通路52bは、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に第2気筒2bの排気ポート10が接続され、他方に第3気筒2cの排気ポート10が接続されている。本実施形態では、第2気筒2bおよび第3気筒2cの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、これら気筒2b,2cの中央部分すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒12a,12dの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、対応する各排気ポート10と対向する位置から前記第2気筒2bおよび第3気筒2cに対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。   Each independent exhaust passage 52 is connected to the exhaust port 10 of each cylinder 2. Specifically, among the cylinders 2, the exhaust port 10 of the first cylinder 2a and the exhaust port 10 of the fourth cylinder 2d are individually connected to independent exhaust passages 52a and 52d, respectively. On the other hand, the exhaust ports 10 of the second cylinder 3b and the third cylinder 2c, whose exhaust strokes are not adjacent to each other and the exhaust order is not continuous, are not exhausted from these cylinders 2b, 2c at the same time, so the structure is simplified. From this point of view, it is connected to one independent exhaust passage 52b. More specifically, the independent exhaust passage 52b connected to the exhaust ports 10 of the second cylinder 2b and the third cylinder 2c is separated into two passages on the upstream side, and the second cylinder 2b is connected to one of them. The exhaust port 10 of the third cylinder 2c is connected to the other exhaust port 10. In the present embodiment, the independent exhaust passage 52 corresponding to the exhaust port 10 of the second cylinder 2b and the third cylinder 2c is linearly opposed to the central portion of the cylinders 2b and 2c, that is, the substantially central portion of the engine body 1. The independent exhaust passages 52 extending and corresponding to the exhaust ports 10 of the other cylinders 12a and 12d are independent exhaust passages corresponding to the second cylinder 3b and the third cylinder 2c from positions corresponding to the corresponding exhaust ports 10. Curved and extended toward 52.

これら独立排気通路52は、互いに独立しており、第2気筒2bあるいは第3気筒2cから排出された排気と、第1気筒2aから排出された排気と、第4気筒2dから排出された排気とは、互いに独立して各独立排気通路52内を通って下流側に排出される。各独立排気通路52を通過したガスは前記集合部56に流入する。   These independent exhaust passages 52 are independent from each other, and the exhaust discharged from the second cylinder 2b or the third cylinder 2c, the exhaust discharged from the first cylinder 2a, and the exhaust discharged from the fourth cylinder 2d Are discharged downstream through the independent exhaust passages 52 independently of each other. The gas that has passed through each independent exhaust passage 52 flows into the collecting portion 56.

前記各独立排気通路52および前記集合部56は、各独立排気通路52から高速で排気が噴出されてこの排気が高速で前記集合部56内に流入するのに伴い、この高速の排気の周囲に発生した負圧作用すなわちエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路52およびこの独立排気通路52と連通する排気ポート10内に負圧が生成されこの排気ポート10内のガスが下流側に吸い出されるような形状を有している。   Each of the independent exhaust passages 52 and the collective portions 56 are arranged around the high-speed exhaust as the exhaust is ejected from the independent exhaust passages 52 at a high speed and the exhaust flows into the collective portion 56 at a high speed. Due to the generated negative pressure action, that is, the ejector effect, negative pressure is generated in another adjacent independent exhaust passage 52 and the exhaust port 10 communicating with the independent exhaust passage 52, and the gas in the exhaust port 10 is sucked out downstream. It has such a shape.

具体的には、前記各独立排気通路52は、排気が各独立排気通路52から高速で前記集合管56内に噴出されるよう、下流に向かうほどその流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、図5に示すように、各独立排気通路52は、略楕円形断面を有する上流側部分から下流に向かうに従ってその断面積が縮小されており、その下流端では上流側部分の楕円形断面積の略1/3となる扇形となっている。そして、これら独立排気通路52は、扇形をなす各下流端が、互いに隣接して全体として略円形断面を形成するように集合して前記集合部56に接続されている。   Specifically, each of the independent exhaust passages 52 has a shape in which the flow passage area becomes smaller toward the downstream so that the exhaust is ejected from the independent exhaust passages 52 into the collecting pipe 56 at a high speed. Yes. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, each independent exhaust passage 52 is reduced in cross-sectional area from the upstream portion having a substantially elliptical cross section toward the downstream, and at the downstream end of the upstream portion. It has a sector shape that is approximately 1/3 of the elliptical cross-sectional area. The independent exhaust passages 52 are aggregated and connected to the collective portion 56 so that their downstream ends forming a sector shape are adjacent to each other to form a substantially circular cross section as a whole.

そして、前記集合部56は、前記各独立排気通路52から排出された排気が高い速度を維持したまま下流側に流れるよう、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、排気の速度をより高めるべく前記集合部56の下流端の流路面積は、前記各独立排気通路52の下流端の流路面積の合計よりも小さく設定されている。   The collecting portion 56 has a shape in which the flow passage area becomes smaller toward the downstream side so that the exhaust discharged from each of the independent exhaust passages 52 flows downstream while maintaining a high speed. In the present embodiment, the flow passage area at the downstream end of the collecting portion 56 is set to be smaller than the total flow passage area at the downstream end of each independent exhaust passage 52 in order to further increase the exhaust speed.

ここで、前記独立排気通路52の下流端の断面積は、この断面積と同じ面積を有する真円の直径をa(図4参照)とし、前記集合部56の下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をD(図4参照)とした場合に、a/Dがa/D≧0.5の範囲に設定されていれば前記集合部56を排気が十分に高い速度で通過して高いエゼクタ効果が得られることが分かっている。そこで、本実施形態では、前記独立排気通路52等を、前記構成に加えてa/D≧0.5を満足するように構成している。なお、前記独立排気通路52から前記集合部56への排気の流入速度をより高めるべく、前記独立排気通路52の下流端に流路面積が小さくされた部分すなわち絞り部分が設けられている場合には、この絞り部分の流路面積の直径をaとして、前記連結部57がa/D≧0.5となるような形状とされるのが好ましい。   Here, the cross-sectional area of the downstream end of the independent exhaust passage 52 is the same as the flow area of the downstream end of the gathering portion 56, where a (see FIG. 4) is the diameter of a perfect circle having the same area as this cross-sectional area. Assuming that the diameter of a perfect circle having an area is D (see FIG. 4), if a / D is set in the range of a / D ≧ 0.5, the exhaust at the collecting portion 56 is sufficiently high. It has been found that a high ejector effect can be obtained by passing. Therefore, in the present embodiment, the independent exhaust passage 52 and the like are configured to satisfy a / D ≧ 0.5 in addition to the above configuration. In addition, in order to further increase the inflow speed of the exhaust gas from the independent exhaust passage 52 to the collecting portion 56, a portion having a reduced flow area, that is, a throttle portion is provided at the downstream end of the independent exhaust passage 52. Preferably, the diameter of the flow passage area of the throttle portion is a, and the connecting portion 57 is shaped so that a / D ≧ 0.5.

また、本実施形態では、集合部56や連結部57で圧力の不均一が生じ、これにより下流側へのガスの吸出し力が低下するのを抑制するべく、前記集合部56の上流側部分の内側面を独立排気通路52の下流端からガスの流れ方向と直交する方向に離間させている。具体的には、前記集合部56の上流側部分56aは、前記各独立排気通路52の下流端で形成される円筒部分よりも内径が大きく上下流方向に流路面積がほぼ一定とされている。そして、集合部56の下流側部分56bが、下流に向かうに従って流路面積が縮小する形状とされている。   Further, in the present embodiment, in order to prevent pressure nonuniformity from occurring in the collecting portion 56 and the connecting portion 57 and thereby reducing the gas suction force to the downstream side, the upstream portion of the collecting portion 56 is suppressed. The inner surface is separated from the downstream end of the independent exhaust passage 52 in a direction orthogonal to the gas flow direction. Specifically, the upstream portion 56a of the collecting portion 56 has a larger inner diameter than the cylindrical portion formed at the downstream end of each of the independent exhaust passages 52 and has a substantially constant flow path area in the upstream / downstream direction. . And the downstream part 56b of the gathering part 56 is made into the shape which a flow-path area reduces as it goes downstream.

前記連結部57は、その上流側部分を構成し、上下流方向に流路面積がほぼ一定のストレート部57aと、その下流側部分を構成し、略円錐台状であって下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部57bとからなる。   The connecting portion 57 constitutes an upstream portion thereof, and constitutes a straight portion 57a having a substantially constant channel area in the upstream and downstream directions and a downstream portion thereof, is substantially frustoconical, and flows toward the downstream. It consists of a diffuser part 57b with an increased road area.

このように構成された前記集合部56およびディフューザー部57bでは、排気の放熱量が小さく抑えられ、温度が高く維持された排気が下流側に排出される。   In the collective portion 56 and the diffuser portion 57b configured as described above, the heat release amount of the exhaust gas is suppressed to be small, and the exhaust gas whose temperature is maintained high is discharged downstream.

具体的には、前述のように、前記集合部56、詳細には、前記集合部56の下流側部分56bの流路面積は、下流側ほど小さくなっている。また、前記連結部57のストレート部57aの流路面積はほぼ一定とされている。そのため、独立排気通路52から排出された排気はこの集合部56とストレート部57aとを高速で通過する。このとき排気の圧力・温度は低下するため、この集合部56およびストレート部57aにおいて、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。そして、このストレート部57aを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部57bに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。   Specifically, as described above, the flow path area of the collecting portion 56, specifically, the downstream portion 56b of the collecting portion 56 is smaller toward the downstream side. Further, the flow passage area of the straight portion 57a of the connecting portion 57 is substantially constant. Therefore, the exhaust discharged from the independent exhaust passage 52 passes through the collecting portion 56 and the straight portion 57a at a high speed. At this time, since the pressure and temperature of the exhaust gas are reduced, the amount of heat released to the outside of the exhaust gas can be kept small in the collecting portion 56 and the straight portion 57a. Then, the exhaust gas that has passed through the straight portion 57a flows into the diffuser portion 57b whose flow area increases as it goes downstream, so that its pressure and temperature are recovered and discharged to the downstream side while maintaining a high temperature. The

さらに、本実施形態では、前記集合部56と連結部57とが、中空の外側管58内に挿入されており、集合部56の上流端から連結部57の下流端までの部分は二重管構造となっている。そのため、これら集合部56および連結部57の通過時において、排気の外部への放熱はより一層抑制され、より高い温度の排気が下流側に排出される。   Further, in the present embodiment, the collecting portion 56 and the connecting portion 57 are inserted into a hollow outer tube 58, and the portion from the upstream end of the collecting portion 56 to the downstream end of the connecting portion 57 is a double tube. It has a structure. Therefore, when passing through the collecting portion 56 and the connecting portion 57, heat radiation to the outside of the exhaust is further suppressed, and exhaust at a higher temperature is discharged downstream.

前記触媒装置60は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置60は、触媒本体(触媒)64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体64は、排気中の有害成分を浄化するためのものであり、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する。この触媒本体64は、例えば、三元触媒を含有する。   The catalyst device 60 is a device for purifying the exhaust discharged from the engine body 1. The catalyst device 60 includes a catalyst body (catalyst) 64 and a casing 62 that houses the catalyst body 64. The casing 62 has a substantially cylindrical shape extending in parallel with the exhaust flow direction. The catalyst body 64 is for purifying harmful components in the exhaust gas, and has a three-way catalyst function in an atmosphere having a theoretical air-fuel ratio. The catalyst body 64 contains, for example, a three-way catalyst.

前記触媒本体64は、前記ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端61には所定の空間が形成されている。前記ディフューザー部57bの下流端はこのケーシング62の上流端61に接続されており、ディフューザー部57bから排出された排気はこのケーシング62の上流端61に流入した後、触媒本体64側へ進行する。前記EGR通路31は、このケーシング62の上流端61に接続されており、前記ディフューザー部57bから排出された排気の一部は、EGRバルブ32の開閉動作に応じてEGR通路31内に流入する。   The catalyst body 64 is accommodated in a central portion in the upstream and downstream direction of the casing 62, and a predetermined space is formed at the upstream end 61 of the casing 62. The downstream end of the diffuser portion 57b is connected to the upstream end 61 of the casing 62, and the exhaust gas discharged from the diffuser portion 57b flows into the upstream end 61 of the casing 62 and then proceeds to the catalyst body 64 side. The EGR passage 31 is connected to the upstream end 61 of the casing 62, and a part of the exhaust discharged from the diffuser portion 57b flows into the EGR passage 31 according to the opening / closing operation of the EGR valve 32.

(4)排気系の作用効果
以上のように構成された排気系では、独立排気通路52から集合部56および連結部57に高速で排気が噴出、流入し、これに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路52内に負圧が生成される。そのため、後述するように、低速高負荷領域において、所定の気筒(排気行程気筒)2の排気弁12の開弁時に、排気順序がこの排気行程気筒2の1つ前に設定された他の独立排気通路52に連通する気筒(吸気行程気筒)2の吸気弁11と排気弁12とを互いに開弁させてこれら弁11,12をオーバーラップさせることで、排気行程気筒2から排出された排気により生成された負圧を吸気行程気筒2に作用させて吸気行程気筒2の掃気を促進することができ、高圧縮比下の低速高負荷領域において生じやすいノッキング等の異常燃焼の発生の回避および燃焼室6への新気の導入の促進を実現することができる。すなわち、高いエンジントルクを確保しつつエンジンの高圧縮比化を実現することができる。
(4) Effects of the exhaust system In the exhaust system configured as described above, exhaust gas is ejected and flows from the independent exhaust passage 52 to the collecting portion 56 and the connecting portion 57 at a high speed, and in response to this, other independent effects are obtained by the ejector effect. A negative pressure is generated in the exhaust passage 52. Therefore, as will be described later, when the exhaust valve 12 of the predetermined cylinder (exhaust stroke cylinder) 2 is opened in the low-speed and high-load region, another independent order in which the exhaust sequence is set immediately before the exhaust stroke cylinder 2 is established. By opening the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the cylinder (intake stroke cylinder) 2 communicating with the exhaust passage 52 to overlap each other, the exhaust gas discharged from the exhaust stroke cylinder 2 is caused to overlap. The generated negative pressure can be applied to the intake stroke cylinder 2 to promote scavenging of the intake stroke cylinder 2, avoiding occurrence of abnormal combustion such as knocking that is likely to occur in a low speed and high load region under a high compression ratio, and combustion Promotion of introduction of fresh air into the chamber 6 can be realized. That is, it is possible to realize a high compression ratio of the engine while ensuring a high engine torque.

図7に、1500rpmの全負荷での体積効率とノック限界トルク(ノッキングが生じない範囲での最大エンジントルク)とを調べた結果を示す。この図7において、実線は、本エンジンの排気系での結果であり、破線は、掃気を促進するために排気通路を長くしたいわゆる4−2−1タイプの排気系での結果であり、鎖線は、いわゆる4−1タイプの排気系での結果である。なお、4−1タイプの排気系とは、掃気性能を特に考慮していない従来から多く用いられている排気系であり、排気ポート10にそれぞれ接続される4つの排気通路を途中で合流させることなく1本に集合させたものである。   FIG. 7 shows the results of examining the volumetric efficiency and knock limit torque (maximum engine torque in a range where knocking does not occur) at a full load of 1500 rpm. In FIG. 7, the solid line is the result in the exhaust system of the present engine, and the broken line is the result in the so-called 4-2-1 type exhaust system in which the exhaust passage is lengthened to promote scavenging. These are the results for the so-called 4-1 type exhaust system. Note that the 4-1 type exhaust system is an exhaust system that has been widely used in the past that does not particularly consider scavenging performance, and the four exhaust passages respectively connected to the exhaust port 10 are joined in the middle. There is no one.

この図7に示されるように、本エンジンの排気系では、他の排気系に比べて最大体積効率を高めることができるとともに、掃気がより促進される(燃焼室6内の残留ガス量がより低減される)ことに伴い、ノッキングを回避するために燃焼時期を遅角側に調整する必要がなく、同じ体積効率においてもエンジントルクを高めることができる。   As shown in FIG. 7, in the exhaust system of the engine, the maximum volume efficiency can be increased compared to other exhaust systems, and scavenging is further promoted (the residual gas amount in the combustion chamber 6 is further increased). Therefore, it is not necessary to adjust the combustion timing to the retard side in order to avoid knocking, and the engine torque can be increased even in the same volumetric efficiency.

しかも、本エンジンの排気系ではエゼクタ効果を利用することで掃気を促進しており、高いエンジントルクを確保しつつ、掃気を促進するために排気通路を長くしたいわゆる4−2−1タイプの排気系よりも、排気ポート10(詳しくは排気ポート10が開口するシリンダヘッド4の開口部分)から触媒装置60(詳しくは、触媒装置60のケーシング62の上流端61)までの距離L(図2参照)を短くすることができる。そのため、触媒本体64に流入する排気の温度をより高くして、触媒本体64の活性を促進することができる。例えば、4−2−1タイプの排気系では、排気ポート10から触媒装置60までの距離Lが600mm程度であるのに対して、掃気性能を同様に維持しつつ本エンジンの排気系ではこの距離Lを400mm程度まで短くすることができる。   Moreover, the exhaust system of this engine promotes scavenging by utilizing the ejector effect, and the so-called 4-2-1 type exhaust in which the exhaust passage is lengthened to promote scavenging while ensuring high engine torque. The distance L (see FIG. 2) from the exhaust port 10 (specifically, the opening portion of the cylinder head 4 where the exhaust port 10 opens) to the catalytic device 60 (specifically, the upstream end 61 of the casing 62 of the catalytic device 60) rather than the system. ) Can be shortened. Therefore, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst main body 64 can be increased, and the activity of the catalyst main body 64 can be promoted. For example, in the 4-2-1 type exhaust system, the distance L from the exhaust port 10 to the catalyst device 60 is about 600 mm, whereas in the exhaust system of the present engine, this distance is maintained while the scavenging performance is similarly maintained. L can be shortened to about 400 mm.

また、前述のように、本エンジンの排気系では、独立排気通路52から排出された排気が集合部56および連結部57を高速で通過しており、この排気が他の独立排気通路52に回りこんで膨張し低温化するのが抑制されるとともに、連結部57のディフューザー部57bで排気の圧力・温度が回復されており、この集合部56および連結部57での放熱が小さく抑えられて、触媒本体64に流入する温度を高くすることができる。さらに、前記集合部56の上流端から連結部57の下流端までの部分が二重管構造とされていることで、触媒本体64に流入する温度を高くすることができる。   Further, as described above, in the exhaust system of this engine, the exhaust discharged from the independent exhaust passage 52 passes through the collecting portion 56 and the connecting portion 57 at a high speed, and this exhaust passes around the other independent exhaust passage 52. In addition to being suppressed from expanding and lowering in temperature, the pressure and temperature of the exhaust gas are recovered by the diffuser portion 57b of the connecting portion 57, and the heat radiation at the collecting portion 56 and the connecting portion 57 is suppressed to be small. The temperature flowing into the catalyst body 64 can be increased. Furthermore, since the part from the upstream end of the said gathering part 56 to the downstream end of the connection part 57 is made into the double pipe structure, the temperature which flows in into the catalyst main body 64 can be made high.

(5)制御系
図8は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図8に示されるECU100は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置(本発明にかかる制御手段)であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(5) Control System FIG. 8 is a block diagram showing an engine control system. The ECU 100 shown in FIG. 8 is a device (control means according to the present invention) for comprehensively controlling each part of the engine, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like.

前記ECU100には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ECU100は、エンジンに設けられた前記水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、および外気温センサSW4等と電気的に接続されており、これら各センサSW1〜SW4からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別情報、および新気の温度といった種々の情報を取得する。   Various information is input to the ECU 100 from various sensors provided in the engine. That is, the ECU 100 is electrically connected to the water temperature sensor SW1, the crank angle sensor SW2, the cam angle sensor SW3, the outside air temperature sensor SW4, and the like provided in the engine, and input signals from these sensors SW1 to SW4. Based on the above, various information such as engine coolant temperature, crank angle, engine speed, cylinder discrimination information, and fresh air temperature are acquired.

また、ECU100には、車両に設けられた各種センサからの情報も入力される。例えば、車両には、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開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSW5が設けられており、このアクセル開度センサSW5により検出されたアクセル開度が、前記ECU100に入力される。   In addition, information from various sensors provided in the vehicle is also input to the ECU 100. For example, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SW5 that detects an opening degree of an accelerator pedal (accelerator opening degree) that is not shown in the figure that is depressed by the driver, and the accelerator opening degree sensor SW5 detects the accelerator opening degree sensor SW5. The accelerator opening is input to the ECU 100.

前記ECU100が有するより具体的な機能について説明すると、前記ECU100は、その主な機能的要素として、判定手段101、インジェクタ制御手段102、吸気制御手段103、外部EGR制御手段105、および点火制御手段106を有している。   A more specific function of the ECU 100 will be described. The ECU 100 includes, as main functional elements, a determination unit 101, an injector control unit 102, an intake control unit 103, an external EGR control unit 105, and an ignition control unit 106. have.

前記判定手段101は、クランク角センサSW2の検出値から特定されるエンジン回転速度と、アクセル開度センサSW4の検出値から特定されるエンジン負荷(目標トルク)とに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定するものである。なお、以下では、エンジン回転速度をNe、エンジン負荷をTとする。   The determination means 101 determines the engine based on the engine speed specified from the detected value of the crank angle sensor SW2 and the engine load (target torque) specified from the detected value of the accelerator opening sensor SW4. It is determined each time whether it should be controlled in a manner. In the following, it is assumed that the engine rotation speed is Ne and the engine load is T.

図9は、前記エンジン回転速度Neおよび負荷Tに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図(制御マップ)である。エンジンの運転中、前記判定手段101は、この図9の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。なお、図9の制御マップは、基本的に、エンジン水温センサSW1により検出された冷却水温が所定値(例えば80℃)以上となる温間状態のときのものである。エンジンが冷間状態にあるときの制御マップは図9とは異なり得るが、ここではその説明については省略する。   FIG. 9 is a setting diagram (control map) showing the types of control determined based on the engine rotational speed Ne and the load T. During operation of the engine, the determination unit 101 determines the control content of the engine so as to follow the control map of FIG. Note that the control map in FIG. 9 is basically for a warm state where the coolant temperature detected by the engine coolant temperature sensor SW1 is equal to or higher than a predetermined value (for example, 80 ° C.). Although the control map when the engine is in the cold state may be different from that in FIG. 9, the description thereof is omitted here.

図9の制御マップにおいて、エンジン負荷Tが低い領域(低負荷域)には、低速域(エンジンの回転速度が低い領域)を含む全てのエンジン回転速度域にわたって第1運転領域A1が設定されており、この第1運転領域A1よりも負荷Tが高い高負荷域には、低速域(エンジンの回転速度が低い領域)を含む全てのエンジン回転速度域にわたって第2運転領域A2が設定されている。   In the control map of FIG. 9, in the region where the engine load T is low (low load region), the first operation region A1 is set over all engine rotational speed regions including the low speed region (region where the engine rotational speed is low). In the high load region where the load T is higher than the first operation region A1, the second operation region A2 is set over all engine rotation speed regions including the low speed region (region where the engine rotation speed is low). .

エンジンの運転中においては、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転速度Neの各値から特定される制御マップ上でのポイント)が前記図9中のどの運転領域(A1、A2)に該当するかが都度判断され、各運転領域に応じた適切な制御が実行されるようになっている。   During the operation of the engine, which operating region (A1, A2) in FIG. 9 corresponds to the operating point of the engine (point on the control map specified from each value of the load T and the rotational speed Ne). Is determined each time, and appropriate control corresponding to each operation region is executed.

再び図8に戻って、前記インジェクタ制御手段102は、前記インジェクタ21に内蔵された図外のニードル弁(インジェクタ21の先端部の噴口を開閉する弁)を電磁的に開閉することにより、インジェクタ21から燃焼室6に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。   Referring back to FIG. 8 again, the injector control means 102 electromagnetically opens and closes a needle valve (not shown) incorporated in the injector 21 (a valve for opening and closing the nozzle at the tip of the injector 21). The injection quantity and injection timing of the fuel injected into the combustion chamber 6 are controlled.

前記吸気制御手段103は、前記吸気CVVL15および吸気VVT16を駆動することにより、吸気弁11のリフト量(開弁量)および開閉タイミングを変更するとともに、排気VVT17を駆動することにより排気弁12の開閉タイミングを変更する制御を行うものである。   The intake air control means 103 drives the intake air CVVL 15 and the intake air VVT 16 to change the lift amount (opening amount) and the opening / closing timing of the intake valve 11, and drives the exhaust air VVT 17 to open / close the exhaust valve 12. Control to change the timing is performed.

前記外部EGR制御手段105は、前記EGR通路31に設けられたEGRバルブ32の開度を調節することにより、排気通路29から吸気通路28に排気ガスを還流する操作(外部EGR)の有無を切り替えるとともに、その外部EGRによる排気ガスの還流量(外部EGR量)を制御するものである。   The external EGR control means 105 switches the presence / absence of an operation (external EGR) for returning the exhaust gas from the exhaust passage 29 to the intake passage 28 by adjusting the opening degree of the EGR valve 32 provided in the EGR passage 31. At the same time, the exhaust gas recirculation amount (external EGR amount) by the external EGR is controlled.

前記点火制御手段106は、前記点火プラグ20による火花点火のタイミング(点火時期)等を制御するものである。   The ignition control means 106 controls the timing of spark ignition (ignition timing) by the spark plug 20 and the like.

(6)各運転領域での制御内容
次に、以上のような機能を有するECU100の制御に基づき、図9に示した各運転領域(A1,A2)で、それぞれどのような制御が実施されるのかを説明する。なお、ここでの説明の前提として、エンジンの冷却水温は十分に暖まっている(つまり温間時の運転である)ものとする。このようにエンジンが温間状態で運転されているとき、ECU100は、前記クランク角センサSW2およびアクセル開度センサSW4の各検出値に基づいて、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転速度Ne)が図9の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図9中の第1運転領域A1と第2運転領域A2のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
(6) Control contents in each operation region Next, based on the control of the ECU 100 having the above functions, what kind of control is performed in each operation region (A1, A2) shown in FIG. I will explain. As a premise of the description here, it is assumed that the engine coolant temperature is sufficiently warm (that is, the operation is warm). When the engine is thus operated in a warm state, the ECU 100 determines the engine operating point (load T and rotational speed Ne) based on the detected values of the crank angle sensor SW2 and the accelerator opening sensor SW4. It is sequentially determined which operation region corresponds to the control map of FIG. Then, depending on whether the determined operation region is the first operation region A1 or the second operation region A2 in FIG. 9, the following control is executed.

(i)第1運転領域A1
第1運転領域A1では、点火プラグ20による混合気の点火は停止されて、十分に混合された燃料と空気の混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる、リーンHCCI燃焼(Homogeneous−Charge Compression Ignition Combustion、予混合圧縮自己着火燃焼)モードが実行される。
(I) 1st operation area A1
In the first operation region A1, the ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 20 is stopped, and the mixture of fuel and air that has been sufficiently mixed is self-ignited by the compression action of the piston 5 (Homogenous-Charge Compression). An ignition combination (premixed compression auto-ignition combustion) mode is executed.

図10は、前記リーンHCCI燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁11,12のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率(J/deg)を示す図である。この図10に示すように、このリーンHCCI燃焼モードでは、圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間のTDC)よりも十分に早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が十分に混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。   FIG. 10 is a diagram showing the fuel injection timing, the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12, and the heat generation rate (J / deg) generated by combustion based on the fuel injection timing when the lean HCCI combustion mode is executed. As shown in FIG. 10, in the lean HCCI combustion mode, fuel is injected at a timing sufficiently earlier than the compression top dead center (TDC between the compression stroke and the expansion stroke), and the fuel and air are sufficiently mixed. The air-fuel mixture is ignited by the compression action of the piston 5 in the vicinity of the mixed compression top dead center.

具体的に、当実施形態において、このリーンHCCI燃焼モードで運転されているときには、吸気行程中の所定時期にインジェクタ21から燃焼室6に対し比較的少量の燃料が噴射(P)され、この1回の燃料噴射Pにより一括噴射された少量の燃料と、吸気通路28から燃焼室6に導入される空気(新気)とに基づき形成される均質でかつリーンな混合気が、ピストン5の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、波形Qaに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。   Specifically, in this embodiment, when operating in this lean HCCI combustion mode, a relatively small amount of fuel is injected (P) from the injector 21 into the combustion chamber 6 at a predetermined time during the intake stroke. The homogeneous and lean air-fuel mixture formed based on a small amount of fuel collectively injected by the fuel injection P and air (new air) introduced from the intake passage 28 into the combustion chamber 6 is compressed by the piston 5. Due to the action, the temperature and pressure are increased, and self-ignition occurs near the compression top dead center. Then, based on such self-ignition, combustion accompanied by heat generation as shown by the waveform Qa occurs.

前記リーンHCCI燃焼モードでは、燃焼室6内に噴射される燃料重量Fに対する燃焼室6内の全ガスの重量Gの割合であるG/Fが、30以上(例えば35)となるように設定される。ただし、このように大幅にリーンでかつ均質な空燃比下では、燃焼室内の温度を意図的に上昇させないと、失火が起きるおそれがある。前述のように、本ガソリンエンジンでは、エンジン本体の幾何学的圧縮比が14以上と高い値に設定されており、ピストン5の圧縮作用により燃焼室内の温度をある程度まで高めることができるが、燃焼室内の温度が低い低負荷領域においてより安定した燃焼を実現するために、本実施形態では、燃焼室6内の内部EGRガス量を多く確保する制御が実施される。具体的には、このリーンHCCI燃焼モードでは、図10のリフトカーブEX(排気弁12のリフトカーブ)およびリフトカーブIN(吸気弁12のリフトカーブ)に示すように、排気弁12と吸気弁11とが同時に開弁せず、排気弁12と吸気弁11とがともに閉じるネガティブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気CVVL15および吸気VVT16と前記排気VVT17とは、吸気弁11および排気弁12の開閉タイミングを制御し、これにより、燃焼室6で生成された排気ガスの多くを燃焼室6内に残留させる(内部EGRを行う)。このように、高温の排気ガス(内部EGRガス)を燃焼室6に残留させることで、燃焼室6は高温化して、安定した圧縮自着火燃焼が実現される。   In the lean HCCI combustion mode, G / F, which is the ratio of the weight G of the total gas in the combustion chamber 6 to the fuel weight F injected into the combustion chamber 6, is set to be 30 or more (for example, 35). The However, under such a lean and homogeneous air-fuel ratio, misfire may occur unless the temperature in the combustion chamber is intentionally increased. As described above, in this gasoline engine, the geometric compression ratio of the engine body is set to a high value of 14 or higher, and the temperature of the combustion chamber can be raised to a certain extent by the compression action of the piston 5, In order to realize more stable combustion in a low load region where the temperature in the room is low, in the present embodiment, control for securing a large amount of internal EGR gas in the combustion chamber 6 is performed. Specifically, in the lean HCCI combustion mode, as shown in the lift curve EX (lift curve of the exhaust valve 12) and the lift curve IN (lift curve of the intake valve 12) in FIG. Are not simultaneously opened, and the intake CVVL15, the intake VVT16, and the exhaust VVT17 are the intake valve 11 and the exhaust valve 12 so that a negative overlap period is formed in which both the exhaust valve 12 and the intake valve 11 are closed. Thus, most of the exhaust gas generated in the combustion chamber 6 remains in the combustion chamber 6 (internal EGR is performed). Thus, by leaving the high-temperature exhaust gas (internal EGR gas) in the combustion chamber 6, the combustion chamber 6 is heated to a high temperature and stable compression auto-ignition combustion is realized.

ここで、負荷Tが高く燃料噴射量が増大すると、必要な新気量が増大する。そこで、このリーンHCCI燃焼モードでは、負荷Tの増大とともに内部EGRガス量を減少させて、新気の導入を促進させる。具体的には、負荷Tの増大とともに、図10中の実線のリフトカーブEXから破線のリフトカーブEXへというように、排気弁12の閉タイミングを遅角側に変更して、燃焼室6から独立排気通路52側に排出される排気ガス量を増大させる。また、吸気弁11のリフト量を、負荷Tの高まりとともに徐々に増大する。図10中の一点鎖線のリフトカーブINは、吸気弁11が小リフト状態のときのリフトカーブであり、この状態から負荷Tが高まると、それに伴って吸気弁11のリフト量が破線のリフトカーブを上限として徐々に増大設定される。このように吸気弁11のリフト量を増大させる際には、吸気弁11の閉時期が吸気下死点(吸気行程と圧縮行程の間のBDC)の近傍に固定されたまま、吸気弁11の開時期のみが排気上死点(排気行程と吸気行程の間のTDC)に向けて徐々に進角するように、吸気弁11の開閉タイミングおよびリフト量が前記吸気CVVL15および吸気VVT16によって調整される。   Here, when the load T is high and the fuel injection amount is increased, the required fresh air amount is increased. Therefore, in this lean HCCI combustion mode, the amount of internal EGR gas is decreased as the load T increases, and the introduction of fresh air is promoted. Specifically, as the load T increases, the closing timing of the exhaust valve 12 is changed to the retard side, such as from the solid lift curve EX to the broken lift curve EX in FIG. The amount of exhaust gas discharged to the independent exhaust passage 52 side is increased. Further, the lift amount of the intake valve 11 is gradually increased as the load T increases. 10 is a lift curve when the intake valve 11 is in a small lift state, and when the load T increases from this state, the lift amount of the intake valve 11 is accordingly a lift curve with a broken line. The upper limit is gradually increased. Thus, when the lift amount of the intake valve 11 is increased, the closing timing of the intake valve 11 is fixed in the vicinity of the intake bottom dead center (BDC between the intake stroke and the compression stroke) while the intake valve 11 is closed. The opening / closing timing and lift amount of the intake valve 11 are adjusted by the intake CVVL 15 and the intake VVT 16 so that only the opening timing is gradually advanced toward the exhaust top dead center (TDC between the exhaust stroke and the intake stroke). .

なお、このリーンHCCI燃焼モードでは、EGR通路31に設けられたEGRバルブ32の開度は全閉とされて、排気通路29から吸気通路28への排気ガスの還流すなわち外部EGRは停止される。   In this lean HCCI combustion mode, the opening degree of the EGR valve 32 provided in the EGR passage 31 is fully closed, and the exhaust gas recirculation from the exhaust passage 29 to the intake passage 28, that is, the external EGR is stopped.

このようにして、前記リーンHCCI燃焼モードでは、G/Fが30以上という大幅にリーンの混合気が自着火燃焼するため、NOxの発生を抑制しつつ、燃焼温度ひいては冷却損失を低減して熱効率(燃費)を向上させることができる。   In this way, in the lean HCCI combustion mode, the lean air-fuel mixture having a G / F of 30 or more is self-ignited and combusted. Therefore, while suppressing the generation of NOx, the combustion temperature and thus the cooling loss are reduced, thereby reducing the thermal efficiency. (Fuel consumption) can be improved.

(ii)第2運転領域A2
高負荷域に設定された前記第2運転領域A2では、多量の燃料が噴射されるため、圧縮自己着火燃焼を行わせようとすると、燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキングが生じるという問題がある。そこで、この第2運転領域A2では、圧縮自己着火燃焼に代わり、混合気に点火して火炎伝播させる火花点火燃焼(SI燃焼)を実施する。
(Ii) Second operation area A2
In the second operation region A2 set in the high load region, since a large amount of fuel is injected, there is a problem in that combustion noise increases remarkably and knocking occurs when attempting to perform compression self-ignition combustion. is there. Therefore, in the second operation region A2, spark ignition combustion (SI combustion) is performed in which the air-fuel mixture is ignited and flame is propagated instead of compression self-ignition combustion.

ここで、SI燃焼においても、燃焼室6内の温度が過度に高い場合には、ノッキングが生じる。特に、本ガソリンエンジンでは圧縮比が非常に高い値に設定されている。そのため、燃焼室6内の温度は高くなりやすい。   Here, also in SI combustion, when the temperature in the combustion chamber 6 is excessively high, knocking occurs. In particular, in this gasoline engine, the compression ratio is set to a very high value. Therefore, the temperature in the combustion chamber 6 tends to increase.

そこで、本ガソリンエンジンでは、この第2運転領域A2において、前記エゼクタ効果を利用して掃気を促進し、燃焼室6内の残留ガス(内部EGRガス)量を減少させて燃焼室6内の温度を低下させるとともに新気量を確保して、ノッキングを回避しつつエンジントルクを高めている。   Therefore, in the present gasoline engine, scavenging is promoted by utilizing the ejector effect in the second operation region A2, and the amount of residual gas (internal EGR gas) in the combustion chamber 6 is reduced to reduce the temperature in the combustion chamber 6. The engine torque is increased while avoiding knocking by securing new air volume and reducing the air volume.

具体的には、この第2運転領域A2では、図6に示すように、吸気弁11および排気弁12の目標バルブタイミングが、排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とが吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒12のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整される。詳細には、第1気筒2aの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第3気筒2cの排気弁12が開弁し、第3気筒2cの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第4気筒2dの排気弁12が開弁し、第4気筒2dの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第2気筒2bの排気弁12が開弁し、第2気筒2bの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第1気筒2aの排気弁12が開弁するよう調整される。   Specifically, in the second operation region A2, as shown in FIG. 6, the target valve timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 is such that the opening period of the exhaust valve 12 and the opening period of the intake valve 11 are The exhaust valve 12 is adjusted so that it overlaps with the intake top dead center (TDC) interposed therebetween, and the exhaust valve 12 starts to open during the overlap period T_O / L of the other cylinders 12. Specifically, the exhaust valve 12 of the third cylinder 2c is opened during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the first cylinder 2a overlap, and the intake valve 11 and the exhaust valve of the third cylinder 2c are opened. The exhaust valve 12 of the fourth cylinder 2d is opened during the period in which the second cylinder 2d overlaps with the second cylinder 2b during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the fourth cylinder 2d overlap. The exhaust valve 12 of the first cylinder 2a is opened, and the exhaust valve 12 of the first cylinder 2a is adjusted to open during the period in which the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the second cylinder 2b overlap.

このように、この第2運転領域A2では、所定の気筒(排気行程気筒)2の排気弁12の開弁時に、排気順序がこの排気行程気筒2の1つ前に設定された他の独立排気通路52に連通する気筒(吸気行程気筒)2の吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップされることで、排気行程気筒2の排気弁12の開弁してこの排気行程気筒2から独立排気通路52を通って前記集合部56に排気が高速で排出されるのに伴って、前記オーバーラップ期間中の吸気行程気筒2の独立排気通路52ひいては排気ポート10内にエゼクタ効果により負圧が生成され、掃気が促進される。すなわち、燃焼室6内の残留ガス(内部EGRガス)量の多くが独立排気通路52側に排出されるとともにより多くの新気が燃焼室6内に導入されるため、ノッキングを回避しつつエンジントルクを高めることができる。特に、排気弁12の開弁開始直後は気筒12から非常に高速で排気(いわゆるブローダウンガス)が排出され、これに伴い高い負圧が生成される。   As described above, in the second operation region A2, when the exhaust valve 12 of the predetermined cylinder (exhaust stroke cylinder) 2 is opened, another independent exhaust in which the exhaust order is set immediately before the exhaust stroke cylinder 2 is established. When the intake valve 11 and the exhaust valve 12 of the cylinder (intake stroke cylinder) 2 communicating with the passage 52 are overlapped, the exhaust valve 12 of the exhaust stroke cylinder 2 is opened and the exhaust stroke cylinder 2 is independently exhausted. As exhaust gas is discharged through the passage 52 to the collecting portion 56 at a high speed, a negative pressure is generated in the independent exhaust passage 52 of the intake stroke cylinder 2 during the overlap period and thus in the exhaust port 10 by the ejector effect. Scavenging is promoted. That is, a large amount of residual gas (internal EGR gas) in the combustion chamber 6 is discharged to the independent exhaust passage 52 side, and more fresh air is introduced into the combustion chamber 6, so that the engine is avoided while avoiding knocking. Torque can be increased. In particular, immediately after the opening of the exhaust valve 12 is started, exhaust (so-called blowdown gas) is discharged from the cylinder 12 at a very high speed, and accordingly, a high negative pressure is generated.

なお、本エンジンにおいて、前記吸気弁11および排気弁12の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図13に示すように、各弁11,12のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。   In this engine, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are as follows. As shown in FIG. This is the time of lowering, for example, the time of 0.4 mm lift.

さらに、本実施形態では、ノッキング等の異常燃焼をより確実に回避するべく、圧縮上死点よりもかなり前(例えば吸気行程中)に燃料を噴射して圧縮上死点付近で火花点火を行わせる通常のSI燃焼ではなく、図11に示すように、圧縮行程中にインジェクタ21から燃料を噴射させ(P1,P2)、この燃料噴射P1,P2の後に点火プラグ20に火花点火を行わせて、圧縮上死点を過ぎたタイミング(膨張行程の初期)から短時間で火炎伝播により混合気を燃焼させる急速リタードSI燃焼モードを実行する。図11は、前記急速リタードSI燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁11,12のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率(J/deg)を示す図である。なお、当明細書において、ある行程の「後期」とか「初期」とかいう場合は、その行程を初期、中期、後期に3分割したときの後期あるいは初期を指すものとする。例えば、圧縮行程の後期であれば、圧縮上死点前(BTDC)60〜0°CAの範囲を指し、膨張行程の初期であれば、圧縮上死点後(ATDC)0〜60°CAの範囲を指すことになる。   Furthermore, in this embodiment, in order to more reliably avoid abnormal combustion such as knocking, fuel is injected considerably before the compression top dead center (for example, during the intake stroke), and spark ignition is performed near the compression top dead center. Instead of normal SI combustion, as shown in FIG. 11, fuel is injected from the injector 21 during the compression stroke (P1, P2), and spark ignition is performed on the spark plug 20 after the fuel injection P1, P2. Then, the rapid retarded SI combustion mode is executed in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation in a short time from the timing when the compression top dead center is passed (the initial stage of the expansion stroke). FIG. 11 is a diagram showing the fuel injection timing, the lift characteristics of the intake and exhaust valves 11 and 12, and the heat generation rate (J / deg) generated by combustion based on the fuel injection timing and the lift characteristics when the rapid retarded SI combustion mode is executed. . In this specification, the term “late stage” or “initial stage” of a certain process refers to the latter period or the initial stage when the process is divided into three stages: initial, middle, and late. For example, in the later stage of the compression stroke, it refers to the range of 60 to 0 ° CA before compression top dead center (BTDC), and in the early stage of the expansion stroke, it is from 0 to 60 ° CA after compression top dead center (ATDC). Will point to the range.

具体的には、図11に示すように、急速リタードSI燃焼モードでは、圧縮行程の後期に設定された2回の噴射時期(P1,P2)に分けてインジェクタ21から、30MPa以上の高圧で燃料が噴射される。各燃料噴射P1,P2のタイミングとしては、例えば、1回目の噴射P1の開始時期から、2回目の噴射P2の完了時期までの期間が、概ね圧縮上死点前(BTDC)20°〜0°CA程度の期間内に収まるように設定される。   Specifically, as shown in FIG. 11, in the rapid retarded SI combustion mode, fuel is injected from the injector 21 at a high pressure of 30 MPa or more divided into two injection timings (P1, P2) set in the latter half of the compression stroke. Is injected. As the timing of each fuel injection P1, P2, for example, the period from the start timing of the first injection P1 to the completion timing of the second injection P2 is approximately 20 ° to 0 ° before compression top dead center (BTDC). It is set to be within a period of about CA.

このような噴射制御が実施されるこの急速リタードSI燃焼モードでは、前記のように30MPa以上(例えば40MPa)という非常に高い噴射圧力で燃料が噴射されることで、噴射期間を短くすることができるとともに燃料噴霧を微粒化することができ、短時間で多量の燃料を十分に気化霧化させて比較的均質な(もしくは弱成層化した)混合気を形成することができる。また、噴射圧力が高いために、燃焼室6が最も高温・高圧化する圧縮上死点をある程度過ぎるまで大きな乱流エネルギーを維持することができる。従って、燃料が噴射されてから短時間、ひいては、燃料噴射に伴う乱流エネルギーの減衰が小さい期間内(乱流エネルギーが大きい期間内)に火花点火による燃焼を開始させることができ、この比較的大きな乱流エネルギーによって燃焼期間を短くすることができる。そして、この燃焼期間の短縮化に伴って、燃焼が引き起こされる前に適正な火炎伝播によって混合気を燃焼し切ることができる。すなわち、ノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、熱効率およびエンジントルクを高く維持することができる。また、圧縮上死点を過ぎたタイミングで燃焼が開始されるため燃焼温度が過度に上昇せず、燃料の気化霧化が不十分なまま燃焼が開始されることもないため、NOxやスートの増大が回避され、エミッション性についても良好に維持される。   In the rapid retarded SI combustion mode in which such injection control is performed, the injection period can be shortened by injecting fuel at a very high injection pressure of 30 MPa or more (for example, 40 MPa) as described above. At the same time, the fuel spray can be atomized, and a large amount of fuel can be sufficiently vaporized and atomized in a short time to form a relatively homogeneous (or weakly stratified) mixture. In addition, since the injection pressure is high, large turbulent energy can be maintained until the combustion chamber 6 passes a certain amount of compression top dead center at which the temperature and pressure of the combustion chamber 6 are the highest. Accordingly, combustion by spark ignition can be started for a short time after the fuel is injected, and thus within a period in which the attenuation of turbulent energy accompanying the fuel injection is small (in a period in which the turbulent energy is large). The combustion period can be shortened by large turbulent energy. As the combustion period is shortened, the air-fuel mixture can be burned out by proper flame propagation before combustion is caused. That is, high thermal efficiency and engine torque can be maintained while avoiding abnormal combustion such as knocking. In addition, since combustion starts at the timing when the compression top dead center is passed, the combustion temperature does not rise excessively, and combustion does not start with insufficient vaporization and atomization of fuel. The increase is avoided and the emission property is also maintained well.

さらに、燃料が2回に分けて噴射されて2回目の燃料噴射の後に点火が行われており、1回目の燃料噴射P1によって燃料を霧化させつつ、2回目の燃料噴射により点火時点での乱流エネルギーを大きくすることができる。また、12個という多数の噴口から噴射されることによっても乱流エネルギーは増大される。また、多噴口型のインジェクタ21と、ピストン5に設けられたキャビティ40との組み合わせによって、図12に示すように、圧縮行程後期の燃料噴射P1,P2により噴射された燃料の噴霧を、その乱流エネルギーにより、主にキャビティ40内で迅速に拡散させることができるため、燃焼期間をより短縮することができる。   Further, the fuel is injected in two portions, and ignition is performed after the second fuel injection. The fuel is atomized by the first fuel injection P1, and the fuel is injected at the time of ignition by the second fuel injection. Turbulent energy can be increased. The turbulent energy is also increased by being ejected from as many as 12 nozzles. Further, as shown in FIG. 12, the combination of the multi-injector type injector 21 and the cavity 40 provided in the piston 5 prevents the fuel spray injected by the fuel injections P1 and P2 in the latter half of the compression stroke from being disturbed. Since the flow energy can be diffused mainly in the cavity 40, the combustion period can be further shortened.

ここで、点火時期を図11の例よりもさらに進角させれば、これに伴って燃焼開始時期が圧縮上死点により近づくため、熱効率および出力トルクのさらなる向上が期待できるが、点火時期を早めるとノッキングが起き易くなるため、点火時期は、ノッキングを起こさないという制約の下、できるだけ進角側に設定される。このような事情から、点火時期は、例えば、圧縮上死点後(ATDC)0°〜20°CA程度の範囲内に設定される。   Here, if the ignition timing is further advanced than in the example of FIG. 11, the combustion start timing is closer to the compression top dead center, and further improvement in thermal efficiency and output torque can be expected. Since the knocking is likely to occur when it is advanced, the ignition timing is set to the advance side as much as possible under the restriction that knocking does not occur. Under such circumstances, the ignition timing is set, for example, within a range of about 0 ° to 20 ° CA after compression top dead center (ATDC).

なお、前記急速リタードSI燃焼モードでは、前記燃料噴射P1,P2によるトータルの噴射量に対して燃焼室6全体の平均の空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ=1)となるように新気量が制御される。具体的には、この第2運転領域A2では、負荷Tの増大に応じてCVVL15が駆動され、吸気弁11のリフト量が増大され(図11のリフトカーブINが鎖線から破線側へ制御され)、これに伴って燃料噴射量に応じた新気が導入される(図11のリフトカーブIN)。なお、本実施形態では、吸気弁11のリフトピーク位置を固定したままリフト量が増大される。   In the rapid retarded SI combustion mode, the new air-fuel ratio is set so that the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 6 becomes the stoichiometric air-fuel ratio (excess air ratio λ = 1) with respect to the total injection amount by the fuel injections P1 and P2. The volume is controlled. Specifically, in the second operation region A2, the CVVL 15 is driven according to the increase in the load T, and the lift amount of the intake valve 11 is increased (the lift curve IN in FIG. 11 is controlled from the chain line to the broken line side). Accordingly, fresh air corresponding to the fuel injection amount is introduced (lift curve IN in FIG. 11). In this embodiment, the lift amount is increased while the lift peak position of the intake valve 11 is fixed.

また、前記急速リタードSI燃焼モードのときは、EGR通路31を通じて排気ガスをEGRクーラ33で冷却した後、吸気通路28に還流させる外部EGRが実行される。なお、エンジンの全負荷近傍では、より多量の新気を確保するために、外部EGRは禁止される。   In the rapid retarded SI combustion mode, external EGR is performed in which the exhaust gas is cooled by the EGR cooler 33 through the EGR passage 31 and then returned to the intake passage 28. Note that external EGR is prohibited in the vicinity of the full load of the engine in order to secure a larger amount of fresh air.

(7)作用効果等
以上説明したように、本エンジンでは、高負荷領域A2において、エゼクタ効果によって掃気が促進されており、気筒2の圧縮比を高圧縮比として低負荷領域A1での適正な圧縮自己着火を実現して熱効率を高めつつ、高負荷領域でのノッキングを回避して高いエンジントルクを確保することができる。しかも、前記掃気の促進がエゼクタ効果を利用することで行われており、高い掃気性能を維持しつつ、前述のように排気ポート10から触媒装置60までの距離を短くすることができるため、触媒本体64に到達するまでの間での排気の放熱量を小さく抑えて、触媒本体64に流入する排気の温度を高くし、これにより触媒本体64の早期活性化、触媒本体64の活性状態の維持を実現することができる。
(7) Effects and the like As described above, in this engine, scavenging is promoted in the high load region A2 by the ejector effect, and the compression ratio of the cylinder 2 is set to a high compression ratio, so that the proper efficiency in the low load region A1 is obtained. While realizing compression self-ignition and improving thermal efficiency, knocking in a high load region can be avoided and high engine torque can be secured. In addition, since the scavenging is promoted by utilizing the ejector effect, the distance from the exhaust port 10 to the catalyst device 60 can be shortened as described above while maintaining high scavenging performance. The amount of heat released from the exhaust gas until reaching the main body 64 is kept small, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst main body 64 is increased, whereby the catalyst main body 64 is activated early and the active state of the catalyst main body 64 is maintained. Can be realized.

特に、本エンジンでは、独立排気通路52から排出された排気が集合部56および連結部57を高速で通過するとともに、連結部57のディフューザー部57bで排気の温度が回復されており、この排気が他の独立排気通路52に回りこんで膨張し低温化するのが抑制されるとともに、集合部56および連結部57での放熱が小さく抑えられて、触媒本体64に流入する温度を高くすることができる。さらに、前記集合部56の上流端から連結部57の下流端までの部分が二重管構造とされていることで、触媒本体64に流入する温度を高くすることができる。   In particular, in this engine, the exhaust discharged from the independent exhaust passage 52 passes through the collecting portion 56 and the connecting portion 57 at a high speed, and the exhaust gas temperature is recovered by the diffuser portion 57b of the connecting portion 57. It is possible to increase the temperature flowing into the catalyst body 64 by suppressing the expansion and lowering of the temperature by going around the other independent exhaust passage 52 and suppressing the heat radiation at the collecting portion 56 and the connecting portion 57. it can. Furthermore, since the part from the upstream end of the said gathering part 56 to the downstream end of the connection part 57 is made into the double pipe structure, the temperature which flows in into the catalyst main body 64 can be made high.

また、本エンジンでは、高負荷領域A2において、急速リタードSI燃焼モードが実行されており、エンジントルクを確保しつつノッキングをより確実に回避することができるとともに、全運転領域で高い熱効率を得ることができる。   Further, in this engine, the rapid retarded SI combustion mode is executed in the high load region A2, so that knocking can be avoided more reliably while securing the engine torque, and high thermal efficiency can be obtained in the entire operation region. Can do.

ここで、前記実施形態では、第1運転領域A1において排気弁12と吸気弁11とをネガティブオーバーラップさせる(オーバーラップさせない)場合について示したが、この第1運転領域A1においても第2運転領域A2と同様に、これら排気弁12と吸気弁11とをオーバーラップさせてもよい。例えば、第1運転領域A1のうち高負荷側の領域では、負荷が比較的高いことに伴い内部EGRガス量を比較的少なくしても圧縮自己着火燃焼を実現することができるため、この第1運転領域A1のうち高負荷側の領域において、排気弁12と吸気弁11とをオーバーラップさせてもよい。また、この第1運転領域A1のうちの高負荷側の領域において、所定の気筒2のオーバーラップ期間中にこの気筒2よりも排気行程が1つ前の気筒2の排気弁12を開弁させるようにしてもよい。このようにすれば、この運転領域においてもエゼクタ効果により掃気を促進してより多くの新気を導入することができ、より高負荷領域までリーンの予混合圧縮自己着火燃焼を実現することができる。   Here, in the above-described embodiment, the case where the exhaust valve 12 and the intake valve 11 are negatively overlapped (not overlapped) in the first operation region A1 has been described, but the second operation region is also included in the first operation region A1. Similarly to A2, the exhaust valve 12 and the intake valve 11 may be overlapped. For example, in the region on the high load side in the first operation region A1, the compression self-ignition combustion can be realized even when the amount of internal EGR gas is relatively small due to the relatively high load. The exhaust valve 12 and the intake valve 11 may overlap in the high load side region of the operation region A1. Further, in the region on the high load side in the first operation region A1, the exhaust valve 12 of the cylinder 2 that is one exhaust stroke before the cylinder 2 is opened during the overlap period of the predetermined cylinder 2. You may do it. In this way, even in this operating region, scavenging can be promoted by the ejector effect to introduce more fresh air, and lean premixed compression self-ignition combustion can be realized up to a higher load region. .

また、前記実施形態では、第2運転領域A2の全域において排気弁12と吸気弁11とをオーバーラップさせる場合について示したが、エンジンの回転速度が高く排気流量が大きい運転領域では、背圧が高くなる結果十分なエゼクタ効果が得られない場合がある。そのため、このような高速領域では、エゼクタ効果を利用するために排気弁12と吸気弁11とをオーバーラップさせ、かつ、このオーバーラップ期間中に他の気筒2の排気弁12を開弁させるという制御は停止してもよい。すなわち、排気弁12と吸気弁11とをネガティブオーバーラップさせる、あるいは、オーバーラップ期間と他の気筒2の排気弁12の開弁期間とを重複させないという制御を行ってもよい。   In the above embodiment, the exhaust valve 12 and the intake valve 11 are overlapped in the entire second operation region A2. However, in the operation region where the engine rotational speed is high and the exhaust flow rate is large, the back pressure is high. As a result of increase, sufficient ejector effect may not be obtained. Therefore, in such a high speed region, the exhaust valve 12 and the intake valve 11 are overlapped in order to use the ejector effect, and the exhaust valves 12 of the other cylinders 2 are opened during the overlap period. Control may be stopped. That is, the control may be performed such that the exhaust valve 12 and the intake valve 11 are negatively overlapped, or the overlap period and the opening period of the exhaust valves 12 of the other cylinders 2 are not overlapped.

また、前記実施形態では、第1運転領域A1の全域においてHCCI燃焼モードを実施する場合について示したが、エンジンの回転速度が高い領域では、燃料の吸熱時間が少なくなるため適正な圧縮自己着火燃焼が困難になるおそれがある。そのため、このような場合には、第1運転領域A1のうち低速域のみでHCCI燃焼モードを実施し、高速域では他の燃焼モード(例えば、SI燃焼や、火花点火により混合気の自着火が促進されるよう構成された燃焼)が実施されてもよい。   In the above embodiment, the case where the HCCI combustion mode is performed in the entire first operation region A1 has been described. However, in a region where the engine rotational speed is high, the heat absorption time of the fuel is reduced, so that proper compression self-ignition combustion is performed. May become difficult. Therefore, in such a case, the HCCI combustion mode is performed only in the low speed region of the first operation region A1, and other combustion modes (for example, SI combustion or self-ignition of the air-fuel mixture by spark ignition are performed in the high speed region. Combustion configured to be facilitated) may be performed.

また、前記実施形態では、前記第1運転領域A1において内部EGRガス量を増大させるために吸気弁11と排気弁12とをネガティブオーバーラップさせる場合について示したが、排気弁12を排気行程に加えて吸気行程においても開弁可能なように構成し、排気弁12を排気行程に加えて吸気行程でも開弁させることで、排気ポート10に排出された高温の排気を燃焼室6内に逆流させ、これにより、燃焼室6内のEGRガス量を増大させてもよい。ただし、この場合には、前記エゼクタ効果による掃気性能の向上によって、排気の燃焼室6内への逆流が十分に行われないおそれがある。そのため、この場合には、高いエゼクタ効果が得られるように構成された前記独立排気通路52の少なくとも下流部分から連結部57の下流端までの部分をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉する制御弁とを設け、前記第2運転領域A2では高いエゼクタ効果が得られるように前記制御弁によりバイパス通路を封鎖する一方、前記第1運転領域A1では前記制御弁によりバイパス通路を開放して、実質、エゼクタ効果が発揮されないよう、すなわち、エゼクタ効果により燃焼室6内への排気の逆流が阻害されるのを回避されるように構成してもよい。   In the above embodiment, the case where the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are negatively overlapped in order to increase the internal EGR gas amount in the first operation region A1 has been described. However, the exhaust valve 12 is added to the exhaust stroke. The exhaust valve 12 can be opened during the intake stroke, and the exhaust valve 12 is opened during the intake stroke in addition to the exhaust stroke, so that the hot exhaust gas discharged to the exhaust port 10 flows back into the combustion chamber 6. Thus, the EGR gas amount in the combustion chamber 6 may be increased. However, in this case, there is a possibility that the backflow of the exhaust gas into the combustion chamber 6 is not sufficiently performed due to the improvement of the scavenging performance by the ejector effect. Therefore, in this case, a bypass passage for bypassing at least a portion from the downstream portion of the independent exhaust passage 52 configured to obtain a high ejector effect to the downstream end of the connecting portion 57, and opening and closing the bypass passage. A control valve, and in the second operation region A2, the bypass valve is blocked by the control valve so as to obtain a high ejector effect, while in the first operation region A1, the bypass valve is opened by the control valve, It may be configured such that the ejector effect is not substantially exhibited, that is, the backflow of the exhaust gas into the combustion chamber 6 is prevented from being hindered by the ejector effect.

また、前記実施形態では、図10,図11等を用いて、各種運転領域での燃料の噴射時期や点火時期について例示したが、これらはあくまで一例に過ぎず、前記燃料噴射時期や点火時期はエンジンの特性等によって適宜変更し得るものである。   In the above embodiment, the fuel injection timing and the ignition timing in various operation regions are illustrated using FIGS. 10, 11 and the like. However, these are merely examples, and the fuel injection timing and the ignition timing are It can be appropriately changed depending on engine characteristics and the like.

また、リーンHCCI燃焼モードの実行領域である第1運転領域A1では、吸気行程中の1回(燃料噴射P)で所要量の燃料が噴射されるものとしたが、この一括噴射Pの時期は、圧縮上死点までの間にある程度の燃料の撹拌時間が確保されるようなタイミング(例えば圧縮行程の中期以前)であればよく、必ずしも吸気行程中に限られない。   Further, in the first operation region A1, which is the execution region of the lean HCCI combustion mode, a required amount of fuel is injected once (fuel injection P) during the intake stroke. Any timing that ensures a certain amount of fuel agitation time until compression top dead center (for example, before the middle of the compression stroke) may be used, and is not necessarily limited to during the intake stroke.

また、前記実施形態では、リーンHCCI燃焼モードにおいて、G/Fを30以上に制御する場合について例示したが、G/Fではなく理論空燃比λを制御し、この理論空燃比をλ=2以上とする制御を実施してもよい。   In the above embodiment, the G / F is controlled to 30 or more in the lean HCCI combustion mode. However, the theoretical air-fuel ratio λ is controlled instead of G / F, and this theoretical air-fuel ratio is set to λ = 2 or more. You may implement control to.

また、急速リタードSIモードの実行領域である第2運転領域A2では、圧縮行程後期に2回に分けて燃料噴射P1,P2を実施するものとしたが、その回数および噴射時期は、圧縮行程後期の範囲内で適宜変更可能である。例えば、燃料噴射量が比較的少ない第2運転領域A2の低負荷側では、1回で所要量の燃料を噴射する一括噴射を行ってもよい。逆に、第2運転領域A2の高負荷側(最高負荷付近)では、3回以上に分けて燃料を噴射してもよい。   Further, in the second operation region A2, which is the execution region of the rapid retarded SI mode, the fuel injections P1 and P2 are performed in the latter half of the compression stroke, but the number and the injection timing are the latter half of the compression stroke. Within the range, it can be appropriately changed. For example, on the low load side of the second operation region A2 where the fuel injection amount is relatively small, collective injection that injects a required amount of fuel at a time may be performed. Conversely, on the high load side (near the maximum load) in the second operation region A2, fuel may be injected in three or more times.

また、前記実施形態では、急速リタードSIモードの実行領域である第2運転領域A2で、排気通路29から吸気通路28に排気ガスを還流させる外部EGRを実行するようにしたが、さらなる燃焼の急速化を目指す観点から、外部EGRを停止しかつスロットルバルブ25による流量調整(スロットリング)を行うことにより、燃料およびλ=1相当の新気のみが燃焼室6内に充填されるようにしてもよい。   In the above embodiment, the external EGR for recirculating the exhaust gas from the exhaust passage 29 to the intake passage 28 is executed in the second operation region A2 that is the execution region of the rapid retarded SI mode. From the standpoint of achieving this, only the fuel and fresh air corresponding to λ = 1 are filled in the combustion chamber 6 by stopping the external EGR and adjusting the flow rate (throttling) by the throttle valve 25. Good.

一方、前記実施形態のように、急速リタードSIモードのときにEGRクーラ33において十分に冷やされた低温の排気を吸気側に導入する外部EGRを実行した場合には、プリイグニッションやノッキング等の異常燃焼をより効果的に防止することができる。このため、圧縮比が特に高く、異常燃焼が起き易いエンジンにあっては、排気性能向上の観点から急速リタードSI燃焼モードの実施時に、この低温の排気を導入する外部EGRを実行するのがよい。   On the other hand, when the external EGR that introduces the low-temperature exhaust gas sufficiently cooled in the EGR cooler 33 to the intake side in the rapid retarded SI mode as in the above-described embodiment, abnormalities such as pre-ignition and knocking are performed. Combustion can be prevented more effectively. For this reason, in an engine that has a particularly high compression ratio and is prone to abnormal combustion, it is preferable to execute an external EGR that introduces this low-temperature exhaust gas when implementing the rapid retarded SI combustion mode from the viewpoint of improving exhaust performance. .

また、高負荷領域において急速リタードSI燃焼モードではなく、圧縮上死点よりもかなり前に燃料を噴射して圧縮上死点付近で火花点火を行わせる通常のSI燃焼を実施してもよい。ただし、前述のように、急速リタードSI燃焼モードを実施すれば、異常燃焼をより確実に回避しつつ熱効率を高めることができる。   Further, instead of the rapid retarded SI combustion mode in the high load region, normal SI combustion may be performed in which fuel is injected well before the compression top dead center and spark ignition is performed near the compression top dead center. However, as described above, if the rapid retarded SI combustion mode is performed, the thermal efficiency can be improved while more reliably avoiding abnormal combustion.

また、前記実施形態では、インジェクタ21が多噴口型のインジェクタであり、その先端部に12個の噴口が設けられるものとしたが、噴口の数は12個に限られず、12個より多くても少なくてもよい。ただし、噴口の数があまりに少ないと、インジェクタ21から噴射された燃料の濃度が周方向に大きくばらつくことになる。このため、噴口の数は8個以上とすることが望ましい。   In the above embodiment, the injector 21 is a multi-hole injector, and twelve nozzle holes are provided at the tip thereof. However, the number of nozzle holes is not limited to twelve and may be more than twelve. It may be less. However, if the number of injection holes is too small, the concentration of the fuel injected from the injector 21 varies greatly in the circumferential direction. For this reason, it is desirable that the number of nozzle holes be eight or more.

また、前記実施形態では、インジェクタ21からの燃料の噴射圧力を、30MPa以上で一定としたが、噴射圧力は一定でなくてもよく、運転領域に応じて可変的に設定されるものであってもよい。ただし、この場合でも、少なくとも急速リタードSIモードの実行領域(第2運転領域A2)では、燃料噴射圧力が30MPa以上に設定される。   Moreover, in the said embodiment, although the injection pressure of the fuel from the injector 21 was made constant at 30 Mpa or more, the injection pressure does not need to be constant and is variably set according to the operation region. Also good. However, even in this case, at least in the execution region (second operation region A2) of the rapid retard SI mode, the fuel injection pressure is set to 30 MPa or more.

2 気筒
6 燃焼室
10 排気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
21 インジェクタ
52 独立排気通路
57 集合部
60 触媒装置
64 触媒本体(触媒)
100 ECU(制御手段)
2 cylinders 6 combustion chambers 10 exhaust ports 11 intake valves 12 exhaust valves 21 injectors 52 independent exhaust passages 57 collecting portions 60 catalyst devices 64 catalyst bodies (catalysts)
100 ECU (control means)

Claims (7)

燃焼室および吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒と、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記燃焼室に噴射するインジェクタとを備えたガソリンエンジンであって、
前記吸気弁と排気弁の動作および前記燃焼室内の燃焼形態を制御する制御手段と、
1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続される独立排気通路と、
前記各独立排気通路を通過したガスが集合するように当該各独立排気通路の下流端に接続された集合部と、
前記集合部を通過したガスが流入するように当該集合部よりも下流側に配置されて、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する触媒とを備え、
前記気筒の幾何学的圧縮比は14以上に設定されており、
前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、
前記各独立排気通路の下流端部分は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成されるように、下流側の方が上流側よりも流路面積が小さくなる形状を有し、
前記制御手段は、少なくともエンジンの低負荷かつ低速域において、前記燃焼室内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードを実行するとともに、少なくともエンジンの高負荷かつ低速域において、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁を開弁動作させることを特徴とするガソリンエンジン。
A plurality of cylinders each having a combustion chamber, an intake port, an exhaust port, an intake valve capable of opening and closing the intake port, and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port; A gasoline engine provided with an injector for injecting fuel into the combustion chamber,
Control means for controlling the operation of the intake and exhaust valves and the combustion mode in the combustion chamber;
An independent exhaust passage connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other;
A collecting portion connected to the downstream end of each independent exhaust passage so that the gas that has passed through each independent exhaust passage gathers;
A gas having a three-way catalyst function under an atmosphere of a theoretical air-fuel ratio, arranged downstream of the collecting portion so that the gas that has passed through the collecting portion flows in,
The geometric compression ratio of the cylinder is set to 14 or more,
The independent exhaust passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages are connected to the collecting portion at positions adjacent to each other,
The downstream end portion of each independent exhaust passage is connected to another independent exhaust passage adjacent to each other by an ejector effect as exhaust is discharged from each cylinder through each exhaust port and each independent exhaust passage to the collective portion. The downstream side has a shape in which the flow area is smaller than the upstream side so that a negative pressure is generated in the exhaust port connected to the exhaust passage,
The control means executes a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition at least in a low load and low speed region of the engine, and at least in a high load and low speed region of the engine. Between the cylinders in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period overlap with each other by a predetermined overlap period and the exhaust sequence is continued, the overlap period of one cylinder is opened in the other cylinder. A gasoline engine characterized in that an intake valve and an exhaust valve of each cylinder are opened so as to overlap with a valve timing.
請求項1に記載のガソリンエンジンにおいて、
前記集合部は、下流側の方が上流側よりも流路面積が小さくなる形状を有することを特徴とするガソリンエンジン。
The gasoline engine according to claim 1,
The gasoline engine according to claim 1, wherein the collecting portion has a shape in which a flow path area is smaller on the downstream side than on the upstream side.
請求項2に記載のガソリンエンジンにおいて、
前記集合部と前記触媒との間に配置されて、下流側の方が上流側よりも流路面積が大きくなる形状を有する連結部を有することを特徴とするガソリンエンジン。
The gasoline engine according to claim 2, wherein
A gasoline engine having a connecting portion disposed between the collecting portion and the catalyst and having a shape in which a flow path area is larger on the downstream side than on the upstream side.
請求項1〜3のいずれかに記載のガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、エンジンの高負荷かつ低速域に加えて、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域の少なくとも一部の領域においても、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁を開弁動作させることを特徴とするガソリンエンジン。
The gasoline engine according to any one of claims 1 to 3,
The control means is configured to open the intake valve opening period of each cylinder in at least a part of the low load and low speed range of the engine that executes the auto-ignition combustion mode in addition to the high load and low speed range of the engine. And the opening period of the exhaust valve overlap with each other by a predetermined overlap period, and the overlap period of one cylinder is between the cylinders in which the exhaust order is continuous at the time when the exhaust valve of the other cylinder is open A gasoline engine characterized in that an intake valve and an exhaust valve of each cylinder are opened so as to overlap.
請求項1〜4のいずれかに記載のガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記インジェクタにより前記燃焼室内に噴射される燃料重量Fに対する前記燃焼室内の全ガスの重量Gの割合であるG/Fを制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域において、前記燃料重量Fに対する燃焼室内の全ガス重量Gの割合G/Fを30以上に制御するとともに、高負荷側ほど前記燃料重量Fに対する燃焼室内の全ガス重量Gの割合G/Fを小さくすることを特徴とするガソリンエンジン。
In the gasoline engine according to any one of claims 1 to 4,
The control means can control G / F, which is a ratio of the weight G of the total gas in the combustion chamber to the fuel weight F injected into the combustion chamber by the injector, and executes the self-ignition combustion mode. In a low load and low speed region of the engine, the ratio G / F of the total gas weight G in the combustion chamber to the fuel weight F is controlled to 30 or more, and the total gas weight G in the combustion chamber with respect to the fuel weight F toward the higher load side. A gasoline engine characterized by reducing the ratio G / F.
請求項1〜5のいずれかに記載のガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記インジェクタの動作を制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行するエンジンの低負荷かつ低速域において、前記インジェクタにより吸気行程あるいは圧縮行程の前期に前記燃焼室内に燃料を噴射させることを特徴とするガソリンエンジン。
In the gasoline engine according to any one of claims 1 to 5,
The control means can control the operation of the injector, and in the low load and low speed range of the engine that executes the auto-ignition combustion mode, the injector causes fuel to enter the combustion chamber in the first half of the intake stroke or the compression stroke. A gasoline engine characterized by being injected.
請求項1〜6のいずれかに記載のガソリンエンジンにおいて、
前記燃焼室内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグを備え、
前記制御手段は、前記点火プラグの動作を制御可能であって、前記自着火燃焼モードを実行する運転領域よりも高負荷側の領域において、前記自着火燃焼モードのときよりも燃焼室内の平均空燃比をリッチにさせる多量の燃料を30MPa以上の噴射圧力で前記インジェクタから噴射させる燃料噴射と、前記点火プラグによる火花点火とを、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に実行することにより、前記燃焼噴射に基づく混合気を、圧縮上死点を所定期間以上過ぎてから火炎伝播により急速に燃焼させる急速リタードSIモードを実行することを特徴とするガソリンエンジン。
In the gasoline engine according to any one of claims 1 to 6,
An ignition plug for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber;
The control means is capable of controlling the operation of the spark plug, and in a region on a higher load side than an operation region in which the auto-ignition combustion mode is executed, an average air in the combustion chamber is higher than that in the auto-ignition combustion mode. By executing fuel injection for injecting a large amount of fuel that makes the fuel ratio rich from the injector at an injection pressure of 30 MPa or more and spark ignition by the spark plug within a period from the late stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke, A gasoline engine that executes a rapid retarded SI mode in which an air-fuel mixture based on the combustion injection is rapidly combusted by flame propagation after a compression top dead center has passed a predetermined period or more.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017141750A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 マツダ株式会社 Control device of engine
JPWO2018096747A1 (en) * 2016-11-22 2018-12-27 マツダ株式会社 Engine control device
CN111065807A (en) * 2017-08-25 2020-04-24 马自达汽车株式会社 Premixed compression ignition engine with supercharging system
JP2021139331A (en) * 2020-03-05 2021-09-16 マツダ株式会社 Multicylinder engine
JP7401176B2 (en) 2017-10-31 2023-12-19 株式会社Subaru Air-fuel ratio sensor mounting structure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007292060A (en) * 2006-03-31 2007-11-08 Mazda Motor Corp Spark-ignition gasoline engine
JP2008088875A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Mazda Motor Corp Spark ignition type gasoline engine
JP2009197759A (en) * 2008-02-25 2009-09-03 Mazda Motor Corp Engine system with supercharger
JP2010236477A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp Control method for direct-injection engine and direct-injection engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007292060A (en) * 2006-03-31 2007-11-08 Mazda Motor Corp Spark-ignition gasoline engine
JP2008088875A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Mazda Motor Corp Spark ignition type gasoline engine
JP2009197759A (en) * 2008-02-25 2009-09-03 Mazda Motor Corp Engine system with supercharger
JP2010236477A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp Control method for direct-injection engine and direct-injection engine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017141750A (en) * 2016-02-10 2017-08-17 マツダ株式会社 Control device of engine
JPWO2018096747A1 (en) * 2016-11-22 2018-12-27 マツダ株式会社 Engine control device
US10502147B2 (en) 2016-11-22 2019-12-10 Mazda Motor Corporation Control apparatus for engine
CN111065807A (en) * 2017-08-25 2020-04-24 马自达汽车株式会社 Premixed compression ignition engine with supercharging system
CN111065807B (en) * 2017-08-25 2022-09-06 马自达汽车株式会社 Premixed compression ignition engine with supercharging system
JP7401176B2 (en) 2017-10-31 2023-12-19 株式会社Subaru Air-fuel ratio sensor mounting structure
JP2021139331A (en) * 2020-03-05 2021-09-16 マツダ株式会社 Multicylinder engine

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