JP2012225199A - Spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a decrease in combustibility in a combustion chamber, concerning a spark ignition internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism with a variable mechanical compression ratio and a variable valve mechanism with a variable valve closing timing of an intake valve.SOLUTION: The spark ignition internal combustion engine includes a variable compression ratio mechanism, a variable valve mechanism, and an ignition timing adjusting device, wherein it is formed to perform a control so that the combustibility of fuel in the combustion chamber decreases. The engine has a load threshold associated with an ignition timing to stabilize the combustibility of the fuel in the combustion chamber, and a control is performed for maintaining the ignition timing at a constant fixed ignition timing in a region of a load smaller than the load threshold. When performing the control in which the combustibility of the fuel in the combustion chamber decreases, the fixed mechanical compression ratio is decreased and also the fixed valve closing timing is advanced. The load threshold associated with the ignition timing is defined, based on a decrease amount of the fixed mechanical compression ratio and an advance angle amount of the fixed valve closing timing.

Description

本発明は、火花点火式内燃機関に関する。   The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.

内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構と、吸気弁の開閉時期を変更可能に形成された可変バルブタイミング機構を備える内燃機関が知られている。   In the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited in a compressed state. It is known that the compression ratio when compressing the air-fuel mixture affects the output torque and the fuel consumption. By increasing the compression ratio, the output torque can be increased or the fuel consumption can be reduced. On the other hand, it is known that if the compression ratio is too high, abnormal combustion such as knocking occurs. In the prior art, an internal combustion engine is known that includes a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio during an operation period, and a variable valve timing mechanism that can change the opening / closing timing of the intake valve.

たとえば、特開2007−303423号公報においては、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構とを備える内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、低負荷運転時に膨張比が20以上となるように機械圧縮比を最大にすると共に、低負荷運転時における実圧縮比を高負荷運転時とほぼ同じ圧縮比にすることが開示されている。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-303423 discloses an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and an actual compression action start timing changing mechanism that can change the actual compression action start timing. Has been. In this internal combustion engine, the mechanical compression ratio is maximized so that the expansion ratio is 20 or more during low-load operation, and the actual compression ratio during low-load operation is set to be substantially the same as that during high-load operation. It is disclosed.

特開平07−133735号公報においては、大気圧を検出する大気圧検出手段と、大気圧に応じてリーン側の限界空燃比を設定する限界空燃比設定手段と、運転条件に対応する目標空燃比がこの限界空燃比よりリーンである場合に、限界空燃比を目標空燃比として与える空燃比補正手段と、この目標空燃比の補正量に応じて点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段とを備えた内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関は、気圧が低い高地においては、リーン燃焼が不安定化するという問題を抑制し、また空燃比の補正量に応じて点火時期が遅角側に補正されることにより、ノッキングの発生を抑制することが開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-133735, atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure, limit air-fuel ratio setting means for setting a lean-side limit air-fuel ratio according to atmospheric pressure, and target air-fuel ratio corresponding to operating conditions When the air-fuel ratio is leaner than the limit air-fuel ratio, the air-fuel ratio correction means that gives the limit air-fuel ratio as the target air-fuel ratio, and the ignition timing correction means that corrects the ignition timing to the retard side according to the correction amount of the target air-fuel ratio And a control device for an internal combustion engine including the above. This internal combustion engine suppresses the problem that the lean combustion becomes unstable at high altitudes where the atmospheric pressure is low, and the occurrence of knocking occurs by correcting the ignition timing to the retarded side according to the correction amount of the air-fuel ratio. Is disclosed.

特開平11−30134号公報においては、吸気バルブの開閉タイミングを調整するためのバルブタイミング調整機構を備えるエンジンが開示されている。このエンジンは、始動時に、吸気バルブの閉弁時期が最遅角状態にされる。この状態では、燃焼室内の空気の圧縮比が小さくなるため、圧縮行程の際における燃焼室内の圧力が低く抑えられてエンジンの振動が低減することが開示されている。また、エンジンの始動完了後の冷間期間には、吸気バルブの閉弁時期が最進角状態にされる。この状態では、燃焼室内の空気の圧縮比が大きくなるため、圧縮行程の際における燃焼室内の圧力が高められてエンジンの出力が向上することが開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-30134 discloses an engine having a valve timing adjustment mechanism for adjusting the opening / closing timing of an intake valve. When the engine is started, the closing timing of the intake valve is set to the most retarded state. In this state, since the compression ratio of the air in the combustion chamber becomes small, it is disclosed that the pressure in the combustion chamber during the compression stroke is kept low and the vibration of the engine is reduced. Further, during the cold period after the completion of engine start, the closing timing of the intake valve is set to the most advanced state. In this state, since the compression ratio of the air in the combustion chamber increases, it is disclosed that the pressure in the combustion chamber during the compression stroke is increased and the output of the engine is improved.

特開2007−303423号公報JP 2007-303423 A 特開平07−133735号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-133735 特開平11−030134号公報JP-A-11-030134 特開平09−032651号公報JP 09-032651 A

上記の特開2007−303423号公報に開示されている機械圧縮比を可変にする機構と、実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な機構とを備える内燃機関は、特に低負荷の領域において、機械圧縮比を高い値に維持しながら、吸気弁を閉じる時期を大きく遅角し、膨張比を大きくしたまま実圧縮比の上昇を抑制する超高膨張比制御を行うことができる。   An internal combustion engine provided with a mechanism for changing the mechanical compression ratio disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-303423 and a mechanism capable of changing the actual start time of compression action, particularly in a low load region, While maintaining the mechanical compression ratio at a high value, it is possible to perform the ultra-high expansion ratio control that greatly delays the timing of closing the intake valve and suppresses the increase in the actual compression ratio while increasing the expansion ratio.

内燃機関は、出力されるトルクが最も大きくなる点火時期としてMBT(Minimum Advance for Best Torque)を有する。MBTよりも遅角側の領域において、点火時期を進角して徐々にMBTに近づけることにより、内燃機関から出力されるトルクを大きくすることができる。しかしながら、所定の点火時期よりも進角させると、ノッキングなどの異常燃焼が発現する場合がある。このため、点火時期は、異常燃焼の発生を抑制できる程度に進角させた時期が選定されている。一般的に、高負荷の場合と比較して低負荷では燃焼室における燃焼が緩慢となり、MBTが進角側(上死点前方向)に移動する。すなわち、MBTは、負荷が小さくなるほど進角する。   The internal combustion engine has MBT (Minimum Advance for Best Torque) as an ignition timing at which the output torque becomes the largest. The torque output from the internal combustion engine can be increased by advancing the ignition timing and gradually approaching the MBT in the retarded angle region from the MBT. However, when the ignition timing is advanced from a predetermined ignition timing, abnormal combustion such as knocking may occur. For this reason, as the ignition timing, a timing that is advanced to such an extent that the occurrence of abnormal combustion can be suppressed is selected. In general, combustion in the combustion chamber becomes slower at a low load as compared with a high load, and the MBT moves toward the advance side (front dead center direction). That is, the MBT advances as the load decreases.

上記の超高膨張比制御を行う内燃機関においても、負荷が小さくなると共に点火時期を進角する制御を行なうことができる。ところが、低負荷領域内の所定の負荷よりも小さな領域においては、燃焼室における燃焼性が低下するという問題が発現していた。たとえば、燃焼室において着火遅れがばらついてしまい、1回の燃焼サイクルごとの仕事量が変動する問題が生じていた。すなわち、低負荷の領域において燃焼変動が所望の量よりも大きくなってしまうという問題が生じていた。燃焼変動が大きくなると、内燃機関から出力されるトルクが不安定になるトルク変動が生じ、例えば、運転者に不快感を与えるという問題が生じていた。   Even in the internal combustion engine that performs the above-described ultra-high expansion ratio control, it is possible to perform control to advance the ignition timing while reducing the load. However, in a region smaller than a predetermined load in the low load region, there has been a problem that the combustibility in the combustion chamber is reduced. For example, the ignition delay varies in the combustion chamber, causing a problem that the work amount for each combustion cycle varies. That is, there has been a problem that combustion fluctuation becomes larger than a desired amount in a low load region. When the combustion fluctuation becomes large, the torque fluctuation that causes the torque output from the internal combustion engine to become unstable occurs. For example, there is a problem that the driver feels uncomfortable.

本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構とを備える火花点火式内燃機関において、燃焼室における燃焼性の低下を抑制することを目的とする。   The present invention suppresses a decrease in combustibility in a combustion chamber in a spark ignition internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio and a variable valve mechanism capable of changing a closing timing of an intake valve. The purpose is to do.

本発明の火花点火式内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構と、燃焼室における点火時期を変更可能な点火時期調整装置とを備える。高負荷の領域では、負荷が増加した場合に吸気弁の閉弁時期を進角して燃焼室に流入する吸入空気量を増加すると共に機械圧縮比を低下する。高負荷よりも小さな低負荷の領域では、機械圧縮比を一定の固定機械圧縮比に維持し、吸気弁の閉弁時期を一定の固定閉弁時期に維持し、負荷が減少した場合にはスロットル弁の開度を減少することにより燃焼室に流入する吸入空気量を減少する制御を行う。火花点火式内燃機関は、燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御を行うように形成されている。燃焼室における燃料の燃焼性を安定化させるための点火時期に関する負荷閾値を有し、負荷閾値よりも小さな負荷の領域では、点火時期を一定の固定点火時期に維持し、燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御を行う場合に、固定機械圧縮比を低下させると共に固定閉弁時期を進角し、固定機械圧縮比の低下量および固定閉弁時期の進角量に基づいて点火時期に関する負荷閾値が定められている。   The spark ignition internal combustion engine of the present invention includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio, a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve, and an ignition timing that can change the ignition timing in the combustion chamber. And an adjusting device. In the high load region, when the load increases, the closing timing of the intake valve is advanced to increase the amount of intake air flowing into the combustion chamber and lower the mechanical compression ratio. In the low load area, which is smaller than the high load, the mechanical compression ratio is maintained at a fixed fixed mechanical compression ratio, the intake valve closing timing is maintained at a fixed fixed valve closing timing, and the throttle is reduced when the load decreases. Control is performed to reduce the amount of intake air flowing into the combustion chamber by reducing the opening of the valve. The spark ignition type internal combustion engine is formed so as to perform control to reduce the combustibility of the fuel in the combustion chamber. It has a load threshold related to the ignition timing for stabilizing the flammability of the fuel in the combustion chamber. In the load region smaller than the load threshold, the ignition timing is maintained at a constant fixed ignition timing, and the fuel combustion in the combustion chamber When control is performed to reduce performance, the fixed mechanical compression ratio is decreased and the fixed valve closing timing is advanced, and the load related to the ignition timing is determined based on the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio and the advanced valve advancement amount of the fixed valve closing timing. A threshold is defined.

上記発明においては、燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御は、排気ガスの再循環率を大きくする制御、および燃焼室における燃焼時の空燃比を大きくする制御のうち少なくとも一方を含むことができる。   In the above invention, the control for reducing the combustibility of the fuel in the combustion chamber may include at least one of control for increasing the exhaust gas recirculation rate and control for increasing the air-fuel ratio during combustion in the combustion chamber. it can.

上記発明においては、燃焼室における燃料の燃焼性に対応する変数を検出する検出装置を備え、燃焼性に対応する変数を検出し、燃焼室における燃焼性の低下が大きいと判別されるほど、固定機械圧縮比の低下量を大きくし、固定閉弁時期の進角量を大きくする制御を行うことができる。   In the above-described invention, a detection device that detects a variable corresponding to the combustibility of the fuel in the combustion chamber is provided. Control can be performed to increase the amount of decrease in the mechanical compression ratio and increase the advance amount of the fixed valve closing timing.

上記発明においては、吸気弁の閉弁時期を固定閉弁時期に維持する上限の負荷が、機械圧縮比を固定機械圧縮比に維持する上限の負荷よりも大きく設定されていることが好ましい。   In the above invention, it is preferable that the upper limit load for maintaining the intake valve closing timing at the fixed valve closing timing is set larger than the upper limit load for maintaining the mechanical compression ratio at the fixed mechanical compression ratio.

本発明によれば、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構とを備える火花点火式内燃機関において、燃焼室における燃焼性の低下を抑制することができる。   According to the present invention, in a spark ignition internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve, the combustibility in the combustion chamber is reduced. Can be suppressed.

実施の形態における内燃機関の概略全体図である。1 is a schematic overall view of an internal combustion engine in an embodiment. 実施の形態における可変圧縮比機構の概略分解斜視図である。It is a general | schematic exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism in embodiment. (A)から(C)は、実施の形態における機械圧縮比の変化を説明する可変圧縮比機構の概略断面図である。(A) to (C) is a schematic cross-sectional view of a variable compression ratio mechanism for explaining a change in mechanical compression ratio in the embodiment. 実施の形態における可変バルブタイミング機構を説明する概略図である。It is the schematic explaining the variable valve timing mechanism in embodiment. 実施の形態における吸気弁および排気弁の開閉時期を説明するグラフである。It is a graph explaining opening and closing timing of the intake valve and the exhaust valve in the embodiment. (A)は機械圧縮比の説明図、(B)は実圧縮比の説明図、および(C)は膨張比の説明図である。(A) is explanatory drawing of a mechanical compression ratio, (B) is explanatory drawing of an actual compression ratio, (C) is explanatory drawing of an expansion ratio. 実施の形態における内燃機関の膨張比と理論熱効率との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the expansion ratio of an internal combustion engine and theoretical thermal efficiency in embodiment. (A)は通常の運転サイクルの説明図であり、(B)は超高膨張比サイクルの説明図である。(A) is explanatory drawing of a normal driving cycle, (B) is explanatory drawing of a super-high expansion ratio cycle. 実施の形態における内燃機関の比較例の運転制御のグラフである。It is a graph of the operation control of the comparative example of the internal combustion engine in embodiment. 実施の形態における内燃機関の第1の運転制御のグラフである。It is a graph of the 1st operation control of the internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関の第2の運転制御のグラフである。It is a graph of the 2nd operation control of the internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関の第3の運転制御のグラフである。It is a graph of the 3rd operation control of the internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関の第4の運転制御のグラフである。It is a graph of the 4th operation control of the internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関の第5の運転制御のグラフである。It is a graph of the 5th operation control of an internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関の第6の運転制御のグラフである。It is a graph of the 6th operation control of the internal-combustion engine in an embodiment.

図1から図15を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構とを備え、低負荷の領域において膨張比を大きくする超高膨張比制御を行う。   An internal combustion engine according to an embodiment will be described with reference to FIGS. The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve, and increases the expansion ratio in a low load region. Super high expansion ratio control.

図1は、本実施の形態における内燃機関の概略全体図である。本実施の形態における内燃機関は、クランクケース1、シリンダブロック2、およびシリンダヘッド3を備える。シリンダブロック2の内部に形成された穴部には、ピストン4が配置されている。ピストン4の頂面とシリンダヘッド3に囲まれる燃焼室5の頂面中央部には、点火栓6が配置されている。シリンダヘッド3には、吸気ポート8および排気ポート10が形成されている。吸気ポート8の端部には吸気弁7が配置されている。排気ポート10の端部には、排気弁9が配置されている。吸気ポート8は、吸気枝管11を介してサージタンク12に連結されている。各吸気枝管11には夫々対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに、各燃焼室5内に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。   FIG. 1 is a schematic overall view of an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment includes a crankcase 1, a cylinder block 2, and a cylinder head 3. A piston 4 is disposed in a hole formed in the cylinder block 2. A spark plug 6 is disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5 surrounded by the top surface of the piston 4 and the cylinder head 3. An intake port 8 and an exhaust port 10 are formed in the cylinder head 3. An intake valve 7 is disposed at the end of the intake port 8. An exhaust valve 9 is disposed at the end of the exhaust port 10. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11. Each intake branch pipe 11 is provided with a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8. Instead of being attached to each intake branch pipe 11, the fuel injection valve 13 may be arranged so as to inject fuel directly into each combustion chamber 5.

サージタンク12は、吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結されている。吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17が配置されている。また、吸気ダクト14内には、例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18が配置される。一方、排気ポート10は、排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置20に連結されている。排気マニホルド19には空燃比センサ21が配置されている。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14. A throttle valve 17 driven by an actuator 16 is disposed in the intake duct 14. Further, an intake air amount detector 18 using, for example, heat rays is disposed in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected through an exhaust manifold 19 to a catalyst device 20 containing, for example, a three-way catalyst. An air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19.

本実施の形態における内燃機関は、排気ガス再循環(EGR)を行うための排気ガス再循環装置を備える。本実施の形態の排気ガス再循環装置は、再循環通路としてEGRガス導管26を含む。EGRガス導管26は、排気マニホルド19とサージタンク12とを互いに接続している。EGRガス導管26の途中には、EGR制御弁27が配置されている。EGR制御弁27は、機関排気通路から機関吸気通路に循環する排気ガスの流量が調整可能に形成されている。EGR制御弁27の開度を変更することにより、排気ガスの再循環率の調整を行うことができる。   The internal combustion engine in the present embodiment includes an exhaust gas recirculation device for performing exhaust gas recirculation (EGR). The exhaust gas recirculation device of the present embodiment includes an EGR gas conduit 26 as a recirculation passage. The EGR gas conduit 26 connects the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 to each other. An EGR control valve 27 is disposed in the middle of the EGR gas conduit 26. The EGR control valve 27 is formed so that the flow rate of exhaust gas circulating from the engine exhaust passage to the engine intake passage can be adjusted. By changing the opening degree of the EGR control valve 27, the recirculation rate of the exhaust gas can be adjusted.

一方、図1に示される実施例では、クランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられている。更に、実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。本実施の形態における実圧縮作用開始時期変更機構Bは、吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変動弁機構としての可変バルブタイミング機構を含む。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is brought to the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axial direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. A variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 when positioned is provided. Furthermore, an actual compression action start timing changing mechanism B that can change the actual compression action start timing is provided. The actual compression operation start timing changing mechanism B in the present embodiment includes a variable valve timing mechanism as a variable valve mechanism that can control the closing timing of the intake valve 7.

クランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2との間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられている。この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられている。スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。   A relative position sensor 22 for detecting the relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. The relative position sensor 22 outputs an output signal indicating a change in the distance between the crankcase 1 and the cylinder block 2. The variable valve timing mechanism B is attached with a valve timing sensor 23 that generates an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7. A throttle opening sensor 24 for generating an output signal indicating the throttle valve opening is attached to the actuator 16 for driving the throttle valve.

本実施の形態における内燃機関は、制御装置としての電子制御ユニット30を備える。本実施の形態における電子制御ユニット30は、デジタルコンピュータを含み、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を備える。吸入空気量検出器18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。負荷センサ41の出力により要求負荷を検出することができる。更に、入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続されている。クランク角センサ42の出力により、機関回転数を検出することができる。   The internal combustion engine in the present embodiment includes an electronic control unit 30 as a control device. The electronic control unit 30 in the present embodiment includes a digital computer and includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, and an input connected to each other by a bidirectional bus 31. A port 35 and an output port 36 are provided. Output signals of the intake air amount detector 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. The required load can be detected from the output of the load sensor 41. Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. The engine speed can be detected from the output of the crank angle sensor 42.

一方、出力ポート36は、対応する駆動回路38を介して点火栓6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16、EGR制御弁27、可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bに接続される。これらの装置は、電子制御ユニット30により制御されている。   On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the actuator 16 for driving the throttle valve, the EGR control valve 27, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through a corresponding drive circuit 38. Is done. These devices are controlled by the electronic control unit 30.

図2に、図1に示す可変圧縮比機構の分解斜視図を示す。図3に、可変圧縮比機構の作用を説明する内燃機関の概略断面図を示す。図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されている。各突出部50内には夫々断面円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔てて夫々対応する突出部50の間に嵌合される複数個の突出部52が形成されている。これらの各突出部52内にも夫々断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism shown in FIG. FIG. 3 shows a schematic sectional view of the internal combustion engine for explaining the operation of the variable compression ratio mechanism. Referring to FIG. 2, a plurality of protrusions 50 are formed below the both side walls of the cylinder block 2 so as to be spaced apart from each other. A cam insertion hole 51 having a circular cross section is formed in each protrusion 50. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 at intervals. Each of these protrusions 52 is also formed with a cam insertion hole 53 having a circular cross section.

本実施の形態における可変圧縮比機構は、一対のカムシャフト54,55を含む。各カムシャフト54,55上には、一つおきに各カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54,55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には、図3に示すように各カムシャフト54,55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びている。この偏心軸57上に別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるように、これら円形カム56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、カムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。カム回転角度センサ25の出力は、電子制御ユニット30に入力される。   The variable compression ratio mechanism in the present embodiment includes a pair of camshafts 54 and 55. On each of the camshafts 54 and 55, a circular cam 58 that is rotatably inserted into each of the cam insertion holes 53 is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, on both sides of each circular cam 58, as shown in FIG. 3, eccentric shafts 57 that are eccentrically arranged with respect to the rotation axes of the cam shafts 54 and 55 extend. Another circular cam 56 is eccentrically mounted on the eccentric shaft 57 so as to be rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. A cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal representing the rotation angle of the cam shaft 55 is attached to the cam shaft 55. The output of the cam rotation angle sensor 25 is input to the electronic control unit 30.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54,55上に固定された円形カム58を図3(A)において矢印で示されるように、互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図3(B)に示されるように偏心軸57の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印で示される方向に回転させると図3(C)に示されるように偏心軸57は最も低い位置となる。   When the circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as shown by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. The circular cam 56 rotates in a direction opposite to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51 so as to move away from each other, and as shown in FIG. Position. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)には夫々の状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。   3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)を比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離れる。即ち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大し、従って各カムシャフト54,55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。   3A to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. The cylinder block 2 moves away from the crankcase 1 as the distance between the center a of the cylinder and the center c of the circular cam 56 increases. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is positioned at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示されるように各カムシャフト54,55を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸には夫々螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61,62が取付けられており、これらウォーム61,62と噛合するウォームホイール63,64が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。   As shown in FIG. 2, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 that mesh with the worms 61 and 62 are fixed to the ends of the camshafts 54 and 55, respectively. In this embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range.

なお、本実施の形態における可変圧縮比機構は、クランクケースを含む下部構造物に対して、シリンダブロックを相対的に移動させているが、この形態に限られず、可変圧縮比機構は、機械圧縮比を変更可能な任意の機構を採用することができる。   The variable compression ratio mechanism in the present embodiment moves the cylinder block relative to the lower structure including the crankcase. However, the variable compression ratio mechanism is not limited to this form. Any mechanism that can change the ratio can be employed.

図4は、図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。本実施の形態における可変バルブタイミング機構Bは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転されるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数個の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを備えており、各ベーン75の両側には夫々進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. The variable valve timing mechanism B in the present embodiment includes a timing pulley 71 that is rotated in the direction of an arrow by a crankshaft of an engine via a timing belt, a cylindrical housing 72 that rotates together with the timing pulley 71, and an intake valve drive A rotating shaft 73 that rotates together with the camshaft 70 and is rotatable relative to the cylindrical housing 72; a plurality of partition walls 74 that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73; A vane 75 extending from the outer peripheral surface of the rotary shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 is provided between the partition walls 74, and an advance hydraulic chamber 76 and a retard angle are provided on both sides of each vane 75, respectively. A hydraulic chamber 77 is formed.

各油圧室76,77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76,77に夫々連結された油圧ポート79,80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83,84と、各ポート79,80,82,83,84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 for controlling communication between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは、図4においてスプール弁85が右方に移動させられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印方向に相対回転される。   When the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be advanced, the spool valve 85 is moved to the right in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is advanced via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 77 is discharged from the drain port 84 while being supplied to the angular hydraulic chamber 76. At this time, the rotary shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction of the arrow.

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは、図4においてスプール弁85が左方に移動させられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印と反対方向に相対回転される。   On the other hand, when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be retarded, the spool valve 85 is moved to the left in FIG. And the hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転しているときにスプール弁85が図4に示される中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止され、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させたり、遅角させたりすることができる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotating shaft 73 is rotating relative to the cylindrical housing 72, the relative rotating operation of the rotating shaft 73 is stopped. Is held at the relative rotational position. Therefore, the variable valve timing mechanism B can advance or retard the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができる。従って吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。   In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 is advanced the most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 being the most advanced. It shows when it is retarded. Therefore, the valve opening period of the intake valve 7 can be arbitrarily set between the range indicated by the solid line and the range indicated by the broken line in FIG. Therefore, the closing timing of the intake valve 7 can also be set to an arbitrary crank angle within the range indicated by the arrow C in FIG.

図1および図4に示される可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。   The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.

次に、図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6の(A),(B),(C)には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、これら図6の(A),(B),(C)において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. 6 (A), (B), and (C) show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示される例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。即ち、図6(B)に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図6(B)に示される例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression operation is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is performed from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as described above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示される例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7および図8を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the super expansion ratio cycle used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6の(A),(B),(C)に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。即ち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, similarly to the example shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、即ち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、即ち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, it is only necessary to increase the actual compression ratio. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えない。即ち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency. Has little effect. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大する場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. The increase in the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while maintaining the actual compression ratio ε at a low value, and the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio increases with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can be greatly increased. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少する。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示される場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11, as described above. Compared with this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.

一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即ち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、従ってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。従って本発明では機関負荷が比較的低いときには図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the high engine load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

次に、図9を参照して、本実施の形態における比較例の運転制御について説明する。図9は、超高膨張比制御の一般的な運転制御全般について概略的に説明するグラフである。図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた点火時期、吸気弁閉弁時期、膨張比(機械圧縮比)、実圧縮比およびスロットル弁の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒装置20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC,COおよびNOを同時に低減しうるように燃焼室5内における平均空燃比が空燃比センサ21の出力信号に基づいて理論空燃比にフィードバック制御されている場合を示している。 Next, with reference to FIG. 9, the operation control of the comparative example in this Embodiment is demonstrated. FIG. 9 is a graph schematically illustrating general operation control of the super-high expansion ratio control. FIG. 9 shows changes in the ignition timing, the intake valve closing timing, the expansion ratio (mechanical compression ratio), the actual compression ratio, and the throttle valve opening according to the engine load at a certain engine speed. Incidentally, FIG. 9, unburned HC, the average air-fuel ratio output signal of the air-fuel ratio sensor 21 in the combustion chamber 5 so as to be able to reduce at the same time CO and NO X in the exhaust gas by the three-way catalyst in the catalytic device 20 This shows a case where feedback control is performed to the theoretical air-fuel ratio based on the above.

さて、前述したように機関高負荷運転時には図8(A)に示される通常のサイクルが実行される。従って図9に示されるように、このときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示されるように早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁17の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。   As described above, the normal cycle shown in FIG. 8 (A) is executed during engine high load operation. Therefore, as shown in FIG. 9, at this time, the mechanical compression ratio is lowered, so the expansion ratio is low, and the closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open, so that the pumping loss is zero.

一方、図9において示されるように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁7の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、従って機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁17は全開状態に保持されており、従って燃焼室5内に供給される吸入空気量はスロットル弁17によらずに吸気弁7の閉弁時期を変えることによって制御されている。   On the other hand, as shown in FIG. 9, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and therefore the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 regardless of the throttle valve 17. Has been.

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大される。即ち、吸入空気量の減少に比例してピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が減少する。従ってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図9に示される例では燃焼室5内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は燃料量に比例して変化していることになる。   As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is reduced in proportion to the reduction of the intake air amount. Therefore, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the intake air amount. At this time, in the example shown in FIG. 9, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, so the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is proportional to the fuel amount. Will change.

機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大する。図9に示す内燃機関においては、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷L1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室5の構造上限界となる限界機械圧縮比(上限機械圧縮比)に達する。機械圧縮比が限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持される。従って低負荷側の機関中負荷運転時および機関低負荷運転時には即ち、機関低負荷運転側では機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。   As the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio further increases. In the internal combustion engine shown in FIG. 9, the mechanical compression ratio reaches a limit mechanical compression ratio (upper limit mechanical compression ratio) that becomes the structural limit of the combustion chamber 5 when the engine load is reduced to the medium load L1 that is slightly close to the low load. When the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is held at the limit mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. Accordingly, the mechanical compression ratio is maximized and the expansion ratio is maximized at the time of low engine load operation and low engine load operation, that is, at the engine low load operation side. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained on the engine low load operation side.

一方、図9に示される実施例では機関負荷がL1まで低下すると吸気弁7の閉弁時期が燃焼室5内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to L1, the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 is reduced in a region where the load is lower than the engine load L1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. It is held at the limit closing timing.

吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁7の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図9に示される実施例ではこのとき、即ち吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁17によって燃焼室5内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁17の開度は小さくされる。   When the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the intake valve 7 is supplied into the combustion chamber 5 by the throttle valve 17. The amount of intake air to be controlled is controlled, and the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the engine load becomes lower.

本発明による実施例では吸気弁7の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動されることになる。   In the embodiment according to the present invention, the closing timing of the intake valve 7 moves away from the intake bottom dead center BDC until the limit closing timing at which the amount of intake air supplied into the combustion chamber can be controlled as the engine load decreases. Will be.

前述したように図8(B)に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が26とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図7からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε=5に対しても20以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。従って本実施例では膨張比が20以上となるように可変圧縮比機構Aが形成されている。   As described above, the expansion ratio is 26 in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. The higher the expansion ratio, the better. However, as can be seen from FIG. 7, a considerably high theoretical thermal efficiency can be obtained if it is 20 or more with respect to the practically usable lower limit actual compression ratio ε = 5. Therefore, in this embodiment, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

本実施の形態においては、上記のように低負荷側の領域にて一定に維持される機械圧縮比を固定機械圧縮比と称し、低負荷側の領域にて一定に維持される吸気弁の閉弁時期を固定閉弁時期と称する。図9の運転例においては、機関負荷L1以下の領域において、機械圧縮比が固定機械圧縮比に維持され、また、吸気弁の閉弁時期が固定閉弁時期に維持されている。   In the present embodiment, the mechanical compression ratio that is maintained constant in the low load side region as described above is referred to as a fixed mechanical compression ratio, and the intake valve that is maintained constant in the low load side region is closed. The valve timing is referred to as fixed valve closing timing. In the operation example of FIG. 9, the mechanical compression ratio is maintained at the fixed mechanical compression ratio in the region below the engine load L1, and the closing timing of the intake valve is maintained at the fixed closing timing.

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室における点火時期を変更可能な点火時期調整装置を備える。本実施の形態における点火時期については、機関負荷が小さくなるほどMBTが進角するために、機関負荷が小さくなるほど点火時期を進角することができる。   The internal combustion engine in the present embodiment includes an ignition timing adjusting device that can change the ignition timing in the combustion chamber. With respect to the ignition timing in the present embodiment, the MBT advances as the engine load decreases. Therefore, the ignition timing can be advanced as the engine load decreases.

ところが、超高膨張比制御を行う内燃機関においては、前述の様に低負荷の領域において吸気弁を閉じる時期が遅くなる。すなわち、吸気弁は、圧縮上死点に近い時期において閉じられる。一方で、機関負荷の低下に伴って点火時期が進角される。このために、低負荷の領域においては、吸気弁が閉じた後の混合気の圧縮作用が十分に行われずに点火される場合がある。また、混合気の温度が十分に上昇せずに点火される場合がある。このような状態では、特に初期火炎の成長に関して著しく不利になる。たとえば、燃焼室においては、燃料の燃焼性が低下し、着火遅れがばらつく場合が生じる。この結果、図9に示す比較例においては、低負荷の領域にて燃焼変動が目標値よりも大きくなる領域が発現している。   However, in an internal combustion engine that performs ultra-high expansion ratio control, the timing for closing the intake valve is delayed in the low load region as described above. That is, the intake valve is closed at a time close to the compression top dead center. On the other hand, the ignition timing is advanced as the engine load decreases. For this reason, in the low load region, the air-fuel mixture may be ignited without being sufficiently compressed after the intake valve is closed. In addition, the temperature of the air-fuel mixture may be ignited without sufficiently increasing. Such a situation is particularly disadvantageous with respect to the growth of the initial flame. For example, in a combustion chamber, the combustibility of fuel decreases, and the ignition delay may vary. As a result, in the comparative example shown in FIG. 9, a region where the combustion fluctuation is larger than the target value appears in the low load region.

図10に、本実施の形態の内燃機関における第1の運転制御のグラフを示す。図10のグラフにおいては、最小負荷以上の負荷の領域が示されている。横軸は、機関負荷であり、内燃機関が出力するトルクに対応し、または平均有効圧力に対応する変数である。図10においては、破線にて比較例の運転制御が記載され、実線にて第1の運転制御が記載されている。   FIG. 10 shows a graph of the first operation control in the internal combustion engine of the present embodiment. In the graph of FIG. 10, a region of a load greater than the minimum load is shown. The horizontal axis represents the engine load, which corresponds to the torque output from the internal combustion engine or a variable corresponding to the average effective pressure. In FIG. 10, the operation control of the comparative example is described by a broken line, and the first operation control is described by a solid line.

本実施の形態の内燃機関においては、点火時期に関する負荷閾値を有し、負荷閾値よりも小さな負荷の領域においては、点火時期を一定の固定点火時期に維持する制御を行う。比較例の運転制御においては機関負荷が小さくなるほど、点火時期を進角させる制御を行なっていたが、第1の運転制御においては、予め定められた負荷閾値Ltaよりも小さな負荷の領域においては、点火時期の進角を停止する制御を行う。   The internal combustion engine of the present embodiment has a load threshold related to the ignition timing, and performs control to maintain the ignition timing at a fixed ignition timing in a load region smaller than the load threshold. In the operation control of the comparative example, the ignition timing is advanced as the engine load becomes smaller. In the first operation control, in a load region smaller than a predetermined load threshold Lta, Control to stop the advance of the ignition timing.

負荷閾値Ltaは、たとえば、膨張比を一定にする領域、すなわち、機械圧縮比を固定機械圧縮比に維持する領域に設定することができる。また、負荷閾値Ltaは、吸気弁の閉弁時期を一定にする領域、すなわち、固定閉弁時期に維持する領域に設定することができる。本実施の形態においては、機械圧縮比が限界機械圧縮比になる機関負荷L1以下の領域において負荷閾値Ltaを設定することができる。   The load threshold Lta can be set, for example, in a region where the expansion ratio is constant, that is, a region where the mechanical compression ratio is maintained at a fixed mechanical compression ratio. The load threshold value Lta can be set in a region where the closing timing of the intake valve is constant, that is, a region where the valve closing timing is maintained at the fixed valve closing timing. In the present embodiment, the load threshold value Lta can be set in a region where the mechanical compression ratio is equal to or less than the engine load L1 at which the limit mechanical compression ratio is obtained.

第1の運転制御を行うことにより、燃焼室における燃焼性が不安定になる低負荷の領域において点火時期の進角を停止するために、吸気弁が閉じた後の混合気の圧縮および温度上昇を促進することができる。このために、燃焼性の低下を抑制することができる。本実施の形態における負荷閾値Ltaは、燃焼変動がほぼ目標値に到達する機関負荷に設定されている。このために、燃焼変動が目標値を超えてしまうことを抑制できる。   By performing the first operation control, in order to stop the advance of the ignition timing in a low load region where the combustibility in the combustion chamber becomes unstable, the compression and temperature rise of the air-fuel mixture after the intake valve is closed Can be promoted. For this reason, the fall of combustibility can be suppressed. The load threshold value Lta in the present embodiment is set to an engine load at which the combustion fluctuation almost reaches the target value. For this reason, it can suppress that a combustion fluctuation | variation exceeds target value.

点火時期に関する負荷閾値は、燃焼性の安定性の目標値を達成できる領域のうち、小さな値を採用することが好ましい。この制御により、負荷の減少に伴って点火時期を進角する領域を大きくすることができて、熱効率の向上を図ることができる。   It is preferable to adopt a small value for the load threshold value related to the ignition timing in a region where the target value of the combustibility stability can be achieved. With this control, it is possible to increase the region where the ignition timing is advanced as the load decreases, and to improve the thermal efficiency.

第1の運転制御を行う場合には、例えば、内燃機関の機関回転数および要求負荷を関数にする機械圧縮比、吸気弁の閉弁時期および点火時期のマップを予め準備し、電子制御ユニット30に記憶させておくことができる。このマップにおいて、負荷閾値Lta以下の負荷の領域では、点火時期を一定に設定することができる。内燃機関は、たとえば、機関回転数および要求負荷を検出し、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期に加えて、点火時期を読み込んで運転制御を行うことができる。   In the case of performing the first operation control, for example, a map of a mechanical compression ratio, an intake valve closing timing and an ignition timing using the engine speed and required load of the internal combustion engine as functions is prepared in advance, and the electronic control unit 30 Can be remembered. In this map, the ignition timing can be set constant in the load region below the load threshold Lta. For example, the internal combustion engine can detect the engine speed and the required load, and perform operation control by reading the ignition timing in addition to the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve.

図11に、本実施の形態における第2の運転制御のグラフを示す。第2の運転制御においては、低負荷の所定の領域にて点火時期を一定に維持する第1の運転制御に加えて、吸気弁の固定閉弁時期を進角させる制御を行う。図11においては、破線にて第1の運転制御が記載され、実線にて第2の運転制御が記載されている。低負荷の領域では、ノッキング等の異常燃焼が高負荷の領域に比べて発生しにくくなる。このため、燃焼室における実圧縮比を高負荷よりも上昇させることができる。   FIG. 11 shows a graph of the second operational control in the present embodiment. In the second operation control, in addition to the first operation control that maintains the ignition timing constant in a predetermined region of low load, control is performed to advance the fixed valve closing timing of the intake valve. In FIG. 11, the first operation control is described with a broken line, and the second operation control is described with a solid line. In the low load region, abnormal combustion such as knocking is less likely to occur than in the high load region. For this reason, the actual compression ratio in a combustion chamber can be raised rather than a high load.

第2の運転制御においては、第1の運転制御において吸気弁の閉弁時期を一定にした機関負荷L1よりも大きな機関負荷Lx以下の領域において、吸気弁の閉弁時期を一定に維持する制御を行っている。すなわち、負荷を低下させたときに機械圧縮比が固定機械圧縮比に到達する機関負荷L1よりも大きな機関負荷Lxにて、吸気弁の閉弁時期を固定閉弁時期に維持する制御を行なっている。第2の運転制御における固定閉弁時期は、第1の運転制御における固定閉弁時期よりも進角される。このために、機関負荷Lx未満の領域において、実圧縮比が第1の運転制御よりも高くなる。機関負荷Lx未満の領域において、吸気弁の閉弁時期が第1の運転制御よりも早くなるために、燃焼室における混合気の圧縮および温度上昇を促進することができて、燃焼性の低下を抑制することができる。   In the second operation control, the control for maintaining the closing timing of the intake valve constant in a region equal to or less than the engine load Lx larger than the engine load L1 in which the closing timing of the intake valve is made constant in the first operation control. It is carried out. That is, control is performed to maintain the closing timing of the intake valve at the fixed closing timing at an engine load Lx larger than the engine load L1 at which the mechanical compression ratio reaches the fixed mechanical compression ratio when the load is reduced. Yes. The fixed valve closing timing in the second operation control is advanced from the fixed valve closing timing in the first operation control. For this reason, the actual compression ratio is higher than that in the first operation control in the region below the engine load Lx. In the region below the engine load Lx, the closing timing of the intake valve becomes earlier than the first operation control, so that the compression of the air-fuel mixture and the temperature rise in the combustion chamber can be promoted, and the combustibility is reduced. Can be suppressed.

また、燃焼性の低下を抑制できるために、固定点火時期を第1の運転制御よりも進角させることができる。第1の運転制御では、負荷閾値Lta以下の領域において点火時期を一定に維持していた。これに対して、第2の運転制御の点火時期に関する負荷閾値は、矢印110に示すように、負荷閾値Ltaよりも小さな負荷閾値Ltbに移動させることができる。機関負荷の減少に伴って点火時期を進角させる領域が第1の運転制御よりも広くなるために、内燃機関の熱効率が向上する。   In addition, since the reduction in combustibility can be suppressed, the fixed ignition timing can be advanced from the first operation control. In the first operation control, the ignition timing is kept constant in the region below the load threshold Lta. On the other hand, the load threshold related to the ignition timing of the second operation control can be moved to a load threshold Ltb that is smaller than the load threshold Lta, as indicated by an arrow 110. As the engine load decreases, the region in which the ignition timing is advanced is wider than in the first operation control, so that the thermal efficiency of the internal combustion engine is improved.

第2の運転制御の負荷閾値Ltbは、吸気弁の固定閉弁時期の進角量に応じて、定めることができる。たとえば、吸気弁の固定閉弁時期を進角するほど、負荷閾値Ltbを小さくすることができて、機関負荷の減少に伴って点火時期を進角させる領域を大きくすることができる。   The load threshold Ltb for the second operation control can be determined according to the advance amount of the fixed valve closing timing of the intake valve. For example, as the fixed valve closing timing of the intake valve is advanced, the load threshold Ltb can be reduced, and the region in which the ignition timing is advanced as the engine load decreases can be increased.

図12に、本実施の形態における第3の運転制御のグラフを示す。第3の運転制御においては、燃焼室における燃焼性が低下する制御が行なわれた場合の運転制御である。燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御としては、排気ガスの再循環率が上昇する制御を例示することができる。第3の運転制御では、第1の運転制御に加えて燃料の燃焼性の低下に応じて固定点火時期を遅角する制御を行う。   FIG. 12 shows a graph of the third operational control in the present embodiment. In the third operation control, the operation control is performed when the control for reducing the combustibility in the combustion chamber is performed. An example of control that lowers the combustibility of fuel in the combustion chamber is control that increases the exhaust gas recirculation rate. In the third operation control, in addition to the first operation control, control is performed to retard the fixed ignition timing in accordance with a decrease in fuel combustibility.

本実施の形態の内燃機関は、排気ガスの再循環装置を有する。本実施の形態における内燃機関の再循環率(EGR率)は、燃焼室に流入する全てのガスの流量に対する再循環排気ガスの流量の比と定めることができる。図1を参照して、再循環率を変化させる場合には、EGRガス導管26に配置されているEGR制御弁27を駆動することにより再循環の排気ガスの流量を変化させる。たとえば、EGR制御弁27の開度を大きくすることにより、再循環流量が増加して再循環率が増加する。   The internal combustion engine of the present embodiment has an exhaust gas recirculation device. The recirculation rate (EGR rate) of the internal combustion engine in the present embodiment can be determined as the ratio of the flow rate of the recirculated exhaust gas to the flow rate of all the gases flowing into the combustion chamber. Referring to FIG. 1, when the recirculation rate is changed, the flow rate of the recirculated exhaust gas is changed by driving the EGR control valve 27 arranged in the EGR gas conduit 26. For example, by increasing the opening degree of the EGR control valve 27, the recirculation flow rate increases and the recirculation rate increases.

図12には、本実施の形態における第1の運転制御が破線にて記載されており、第3の運転制御が実線にて記載されている。第3の運転制御においては、排気ガスの再循環率を第1の運転制御よりも大きくしたときの状態を示している。たとえば、排気ガスの再循環率が大きくなるほど、燃焼室における燃焼が緩慢になり、燃焼性が低下する。燃焼室にて安定した燃焼を行うためには、燃焼室にて点火するときの圧力をより高く、また温度をより高くすることが好ましい。   In FIG. 12, the first operation control in the present embodiment is described by a broken line, and the third operation control is described by a solid line. In the third operation control, the state when the exhaust gas recirculation rate is made larger than that in the first operation control is shown. For example, the higher the exhaust gas recirculation rate, the slower the combustion in the combustion chamber and the lower the combustibility. In order to perform stable combustion in the combustion chamber, it is preferable that the pressure when igniting in the combustion chamber is higher and the temperature is higher.

本実施の形態の第3の運転制御においては、燃焼室における燃焼を安定化させるための点火時期に関する負荷閾値を上昇させる制御を行う。図12の運転制御例においては、矢印111に示すように、負荷閾値を、第1の運転制御の負荷閾値Ltaよりも大きな負荷閾値Ltcに移動させる。負荷閾値Ltc以下の領域において、点火時期を一定に維持している。固定点火時期は、第1の運転制御よりも遅角される。   In the third operational control of the present embodiment, control is performed to increase the load threshold related to the ignition timing for stabilizing combustion in the combustion chamber. In the operation control example of FIG. 12, as indicated by an arrow 111, the load threshold is moved to a load threshold Ltc that is larger than the load threshold Lta of the first operation control. The ignition timing is kept constant in the region below the load threshold Ltc. The fixed ignition timing is delayed from the first operation control.

第3の運転制御においては、燃焼室における燃焼性が低下する制御が行なわれた場合に、負荷閾値を大きく設定して、固定点火時期を遅角している。この制御により、機関負荷の減少に伴って点火時期の進角を停止する負荷領域を大きくすることができる。固定点火時期が遅くなるために、より広い負荷の領域において、燃焼室における混合気の圧縮および温度上昇を促進することができる。排気ガスの再循環制御が導入された場合に、燃焼室における燃焼性の低下を抑制することができる。   In the third operation control, when the control for reducing the combustibility in the combustion chamber is performed, the load threshold is set large to retard the fixed ignition timing. With this control, it is possible to increase the load region in which the advance of the ignition timing is stopped as the engine load decreases. Since the fixed ignition timing is delayed, the compression of the air-fuel mixture and the temperature increase in the combustion chamber can be promoted in a wider load region. When exhaust gas recirculation control is introduced, a decrease in combustibility in the combustion chamber can be suppressed.

第3の運転制御においては、排気ガスの再循環率が燃焼室における燃料の燃焼性に対応する変数として機能する。内燃機関の運転期間中に、燃焼性に対応する変数を検出し、燃焼室における燃焼性の低下が大きいと判別されるほど、負荷閾値を大きくする制御を行うことができる。たとえば、排気ガスの再循環率を検出し、排気がスの再循環率が大きくなるほど、負荷閾値Ltcを大きくする制御を行うことができる。排気ガスの再循環率が大きくなるほど、点火時期を一定に維持する機関負荷の領域を大きくし、固定点火時期の遅角量を大きくすることができる。   In the third operation control, the exhaust gas recirculation rate functions as a variable corresponding to the combustibility of the fuel in the combustion chamber. During the operation period of the internal combustion engine, it is possible to detect the variable corresponding to the combustibility and perform control to increase the load threshold as it is determined that the decrease in combustibility in the combustion chamber is large. For example, the exhaust gas recirculation rate is detected, and the load threshold Ltc can be controlled to increase as the exhaust gas recirculation rate increases. As the exhaust gas recirculation rate increases, the engine load region for maintaining the ignition timing constant can be increased, and the retard amount of the fixed ignition timing can be increased.

第3の運転制御を行う場合には、例えば、要求負荷および機関回転数に加えてEGR制御弁の開度を関数にする機械圧縮比、吸気弁の閉時期および点火時期のマップを予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。このマップにおいて、負荷閾値Ltc以下の領域では、点火時期が固定点火時期に維持されるように定めることができる。運転制御においては、要求負荷、機関回転数およびEGR制御弁の開度を検出し、検出した要求負荷等に基づいて点火時期等を定めることができる。   In the case of performing the third operation control, for example, a map of a mechanical compression ratio, an intake valve closing timing and an ignition timing, which is a function of the opening of the EGR control valve in addition to the required load and the engine speed, is electronically controlled in advance. It can be stored in the unit. In this map, in the region below the load threshold Ltc, it can be determined that the ignition timing is maintained at the fixed ignition timing. In the operation control, the required load, the engine speed and the opening degree of the EGR control valve can be detected, and the ignition timing and the like can be determined based on the detected required load and the like.

燃焼室における燃焼性が低下する制御は、排気ガスの再循環率を大きくする制御の他に、燃焼室における目標空燃比を高くする制御を例示することができる。例えば、リーンバーン運転を行う内燃機関においては、燃焼時の空燃比(燃焼空燃比)が理論空燃比よりも高くなる。燃料が希薄になることにより、燃焼室における燃焼性が低下する。燃焼室における燃焼時の空燃比が理論空燃比よりも大きいほど、燃焼室における燃焼性が低下する。このために、安定した燃焼を行なうためには、より高い圧力およびより高い温度において点火することが好ましい。   The control for reducing the combustibility in the combustion chamber can be exemplified by control for increasing the target air-fuel ratio in the combustion chamber in addition to control for increasing the recirculation rate of the exhaust gas. For example, in an internal combustion engine that performs lean burn operation, the air-fuel ratio during combustion (combustion air-fuel ratio) is higher than the stoichiometric air-fuel ratio. When the fuel is diluted, the combustibility in the combustion chamber is reduced. As the air-fuel ratio at the time of combustion in the combustion chamber is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, the combustibility in the combustion chamber decreases. For this reason, in order to perform stable combustion, it is preferable to ignite at a higher pressure and a higher temperature.

燃焼時の空燃比を大きくする制御についても、排気ガスの再循環率を大きくする制御と同様に、たとえば、燃焼室における燃焼時の空燃比を検出し、燃焼時の空燃比が大きくなるほど(リーンになるほど)、負荷閾値Ltcを大きくし、固定点火時期の遅角量を大きくする制御を行うことができる。燃焼時の空燃比としては、排気ガスの空燃比を検出したり、目標空燃比を検出したりすることができる。   As with the control for increasing the exhaust gas recirculation rate, for example, the control for increasing the air-fuel ratio during combustion detects the air-fuel ratio during combustion in the combustion chamber, and the higher the air-fuel ratio during combustion (lean) Thus, it is possible to perform control to increase the load threshold Ltc and increase the retard amount of the fixed ignition timing. As the air-fuel ratio at the time of combustion, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be detected, or the target air-fuel ratio can be detected.

このように、燃焼室における燃焼性が低下するほど、点火時期に関する負荷閾値を大きくして、固定点火時期を遅角する制御を行うことができる。この制御により、燃焼性が低下する制御が導入されても、燃焼室における燃焼性の低下を抑制することができる。   As described above, as the combustibility in the combustion chamber decreases, it is possible to increase the load threshold related to the ignition timing and perform the control to retard the fixed ignition timing. With this control, even if control for reducing combustibility is introduced, it is possible to suppress deterioration in combustibility in the combustion chamber.

第3の運転制御においては、燃焼室における燃焼性に対応する変数に基づいて、徐々に負荷閾値を変化させる制御に限られず、燃焼室における燃焼性に関する判定値を有し、燃焼性に対応する変数が判定値を超えて燃焼性が低下したと判別される場合に、点火時期に関する負荷閾値を大きくしても構わない。   The third operation control is not limited to the control that gradually changes the load threshold based on the variable corresponding to the combustibility in the combustion chamber, and has a determination value related to the combustibility in the combustion chamber and corresponds to the combustibility. When it is determined that the variable exceeds the determination value and the flammability has decreased, the load threshold regarding the ignition timing may be increased.

図13に、本実施の形態における内燃機関の第4の運転制御のグラフを示す。第4の運転制御においては、排気ガスの再循環制御等の燃焼室における燃焼性が低下する制御が導入されたときに、第3の運転制御に加えて、固定機械圧縮比を低下させるとともに、固定閉弁時期を進角する制御を行う。図13には、破線にて第3の運転制御が記載され、実線にて第4の運転制御が記載されている。   FIG. 13 shows a graph of the fourth operation control of the internal combustion engine in the present embodiment. In the fourth operation control, when control for reducing the combustibility in the combustion chamber such as exhaust gas recirculation control is introduced, in addition to the third operation control, the fixed mechanical compression ratio is reduced, Control to advance the fixed valve closing timing. In FIG. 13, the third operation control is described by a broken line, and the fourth operation control is described by a solid line.

第4の運転制御においては、燃焼室における燃焼性が低下する制御が導入されたときに、固定機械圧縮比を第3の運転制御よりも低下させている。機関負荷を高負荷から減少させたときに、機関負荷Lyにおいて、機械圧縮比の上昇、すなわち膨張比の上昇を停止している。機関負荷Ly以下の領域においては、機械圧縮比を一定の固定機械圧縮比に維持している。機関負荷Lyは、機関負荷L1よりも大きく、固定機械圧縮比に維持される負荷の領域は、第3の運転制御よりも大きくなっている。吸気弁の閉弁時期においても、機関負荷Ly以下の領域において、吸気弁の閉弁時期を一定の固定閉弁時期に維持している。固定閉弁時期を第3の運転制御よりも進角している。   In the fourth operation control, the fixed mechanical compression ratio is reduced as compared with the third operation control when the control for reducing the combustibility in the combustion chamber is introduced. When the engine load is decreased from a high load, the increase in the mechanical compression ratio, that is, the increase in the expansion ratio is stopped at the engine load Ly. In the region below the engine load Ly, the mechanical compression ratio is maintained at a fixed mechanical compression ratio. The engine load Ly is larger than the engine load L1, and the load region maintained at the fixed mechanical compression ratio is larger than that in the third operation control. Even at the closing timing of the intake valve, the closing timing of the intake valve is maintained at a fixed closing timing in a region below the engine load Ly. The fixed valve closing timing is advanced from the third operation control.

前述の第3の運転制御においては、低負荷の領域における燃焼の安定化のために固定点火時期を遅角する制御を行っており、熱効率が低下している。本実施の形態の第4の運転制御においては、排気ガスの再循環率が高い場合には、再循環率が低い場合よりも固定機械圧縮比を低下させ、更に固定閉弁時期を進角する。   In the above-described third operation control, control for retarding the fixed ignition timing is performed to stabilize combustion in the low load region, and thermal efficiency is reduced. In the fourth operation control of the present embodiment, when the exhaust gas recirculation rate is high, the fixed mechanical compression ratio is lowered and the fixed valve closing timing is advanced more than when the recirculation rate is low. .

この制御を行うことにより、燃焼室における実圧縮比をほぼ一定の圧縮比に維持した状態で、吸気弁の固定閉弁時期を進角させることができる。固定閉弁時期を下死点側に移動させることができて、点火時期の進角余裕を大きくすることができる。この結果、第4の運転制御の負荷閾値Ltdは、矢印112に示すように、第3の運転制御の負荷閾値Ltcよりも小さくすることができる。固定点火時期を第3の運転制御よりも進角させることができる。機関負荷の減少に伴って点火時期を進角させる領域を大きくすることができて、第3の運転制御よりも熱効率を向上させることができる。   By performing this control, the fixed valve closing timing of the intake valve can be advanced while the actual compression ratio in the combustion chamber is maintained at a substantially constant compression ratio. The fixed valve closing timing can be moved to the bottom dead center side, and the advance margin of the ignition timing can be increased. As a result, the load threshold value Ltd of the fourth operation control can be made smaller than the load threshold value Ltc of the third operation control, as indicated by an arrow 112. The fixed ignition timing can be advanced from the third operation control. As the engine load decreases, the region where the ignition timing is advanced can be increased, and the thermal efficiency can be improved as compared with the third operation control.

ところで、一般的に膨張比が低下すると熱効率が低下する。第4の運転制御においては、固定機械圧縮比が低下するために膨張比も低下する。しかし、固定点火時期を進角させることにより、膨張比の低下による熱効率の低下分を考慮しても、第3の運転制御よりも全体の熱効率の向上を図ることができる。   By the way, generally, when the expansion ratio is lowered, the thermal efficiency is lowered. In the fourth operation control, since the fixed mechanical compression ratio is lowered, the expansion ratio is also lowered. However, by advancing the fixed ignition timing, the overall thermal efficiency can be improved as compared with the third operation control even in consideration of the decrease in thermal efficiency due to the decrease in the expansion ratio.

このように、燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御を行う場合に、固定機械圧縮比を低下させると共に固定閉弁時期を進角している。固定機械圧縮比の低下量および固定閉弁時期の進角量に基づいて点火時期に関する負荷閾値を定め、負荷閾値よりも小さな負荷の領域では、点火時期を一定の固定点火時期に維持する制御を行っている。この制御を行うことにより、燃焼室における燃焼性の低下を抑制する制御を行なっても内燃機関の熱効率の低下を抑制できる。   As described above, when the control for reducing the combustibility of the fuel in the combustion chamber is performed, the fixed mechanical compression ratio is lowered and the fixed valve closing timing is advanced. A load threshold for the ignition timing is determined based on the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio and the amount of advancement of the fixed valve closing timing. Is going. By performing this control, it is possible to suppress a decrease in the thermal efficiency of the internal combustion engine even if a control for suppressing a decrease in combustibility in the combustion chamber is performed.

第4の運転制御においては、燃焼室における燃焼性に対応する変数を、排気ガスの再循環率にすることができる。本実施の形態における内燃機関は、排気ガスの再循環率を検出する検出装置を備え、検出した再循環率に基づいて燃焼性の低下の程度を判別することができる。検出した再循環率が大きいほど燃焼性の低下が大きいと判別することができる。検出した再循環率が大きいほど、固定機械圧縮比の低下量を大きくするとともに、固定閉弁時期の進角量を大きくすることができる。また、固定機械圧縮比および固定閉弁時期に基づいて、負荷閾値Ltd以下の領域において点火時期が一定になるように点火時期を定めることができる。   In the fourth operation control, the variable corresponding to the combustibility in the combustion chamber can be the exhaust gas recirculation rate. The internal combustion engine in the present embodiment includes a detection device that detects the exhaust gas recirculation rate, and can determine the degree of decrease in combustibility based on the detected recirculation rate. It can be determined that the greater the detected recirculation rate, the greater the decrease in combustibility. The larger the detected recirculation rate, the larger the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio and the larger the advance amount of the fixed valve closing timing. Further, based on the fixed mechanical compression ratio and the fixed valve closing timing, the ignition timing can be determined so that the ignition timing is constant in the region below the load threshold Ltd.

燃焼室における燃焼性が低下する制御として、燃焼時の空燃比を大きくする制御が含まれている場合も同様に、燃焼室における燃焼時の空燃比を検出し、燃焼時の空燃比に基づいて燃焼室における燃焼性を判別することができる。検出した燃焼時の空燃比が大きいほど燃焼性の低下が大きいと判別することができる。検出した燃焼時の空燃比が大きくなるほど、固定機械圧縮比の低下量を大きくするとともに、固定閉弁時期の進角量を大きくする制御を行うことができる。更に、固定機械圧縮比および固定閉弁時期に基づいて、固定点火時期を定めることができる。   Similarly, when the control for reducing the combustibility in the combustion chamber includes the control for increasing the air-fuel ratio at the time of combustion, the air-fuel ratio at the time of combustion in the combustion chamber is detected, and based on the air-fuel ratio at the time of combustion. The combustibility in the combustion chamber can be determined. It can be determined that the greater the detected air-fuel ratio during combustion, the greater the decrease in combustibility. As the detected air-fuel ratio at the time of combustion increases, it is possible to increase the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio and to increase the advance amount of the fixed valve closing timing. Furthermore, the fixed ignition timing can be determined based on the fixed mechanical compression ratio and the fixed valve closing timing.

本実施の形態の第4の運転制御においては、燃焼性が低下する制御が行なわれたときに、燃焼性が低下する大きさに応じて、固定機械圧縮比の低下量および吸気弁の固定閉弁時期の進角量が定められているが、この形態に限られず、燃焼室における燃焼性を判別する切替え判定値を設け、燃焼室における燃焼性が切替え判定値よりも劣ると判別される場合には、固定機械圧縮比を予め定められた量にて低下させると共に、固定閉弁時期を予め定められた量にて進角させることができる。一方で、燃焼室における燃料の燃焼性が切替え判定値よりも優れると判別される場合には、固定機械圧縮比を低下させると共に固定閉弁時期を進角する制御を禁止することができる。   In the fourth operational control of the present embodiment, when the control for reducing the combustibility is performed, the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio and the fixed closing of the intake valve are controlled according to the magnitude of the decrease in combustibility. Although the advance amount of the valve timing is determined, the present invention is not limited to this mode, and a switching determination value for determining the combustibility in the combustion chamber is provided, and it is determined that the combustibility in the combustion chamber is inferior to the switching determination value The fixed mechanical compression ratio can be decreased by a predetermined amount, and the fixed valve closing timing can be advanced by a predetermined amount. On the other hand, when it is determined that the combustibility of the fuel in the combustion chamber is superior to the switching determination value, it is possible to inhibit the control to lower the fixed mechanical compression ratio and advance the fixed valve closing timing.

たとえば、排気ガスの再循環率の切替え判定値を設け、再循環率が切替え判定値以下の場合には第3の運転制御を行って、再循環率が切替え判定値よりも大きくなった場合には第4の運転制御を行なっても構わない。また同様に、燃焼時の空燃比の切替え判定値を設けて、燃焼時の空燃比が切替え判定値よりも大きくなった場合に第4の運転制御を行なっても構わない。   For example, when a switching determination value for the exhaust gas recirculation rate is provided and the third operation control is performed when the recirculation rate is equal to or lower than the switching determination value, the recirculation rate becomes larger than the switching determination value. May perform the fourth operation control. Similarly, the fourth operation control may be performed when an air-fuel ratio switching determination value at the time of combustion is provided and the air-fuel ratio at the time of combustion becomes larger than the switching determination value.

図14に、本実施の形態における第5の運転制御のグラフを示す。第5の運転制御においては、燃焼室における燃焼性が低下する制御が導入されたときに、本実施の形態における第4の運転制御に加えて、さらに、吸気弁の固定閉弁時期を進角する制御を行う。図14には、破線にて第4の運転制御が記載されている。また、実線にて第5の運転制御が記載されている。   FIG. 14 shows a graph of the fifth operational control in the present embodiment. In the fifth operation control, when control for reducing combustibility in the combustion chamber is introduced, in addition to the fourth operation control in the present embodiment, the fixed valve closing timing of the intake valve is further advanced. Control. In FIG. 14, the fourth operation control is indicated by a broken line. The fifth operation control is indicated by a solid line.

第5の運転制御においては、機関負荷Lzが、吸気弁の閉弁時期を固定閉弁時期に維持する上限の負荷である。第5の運転制御においては、機関負荷Lzを機械圧縮比が固定機械圧縮比に到達する機関負荷Lyよりも大きく設定している。機関負荷Lyよりも高い機関負荷Lzにおいて、吸気弁の閉弁時期を一定に維持している。   In the fifth operation control, the engine load Lz is an upper limit load for maintaining the closing timing of the intake valve at the fixed closing timing. In the fifth operation control, the engine load Lz is set larger than the engine load Ly at which the mechanical compression ratio reaches the fixed mechanical compression ratio. At the engine load Lz higher than the engine load Ly, the closing timing of the intake valve is kept constant.

第5の運転制御の固定閉弁時期は、第4の運転制御の固定閉弁時期よりも進角している。低負荷では異常燃焼が高負荷よりも発生しにくいために、第2の運転制御の場合と同様に実圧縮比を高くすることができる。第4の運転制御では、固定閉弁時期を進角して、機関負荷Lz未満の領域において実圧縮比を高くすることができる。吸気弁の閉弁時期が早くなるために、燃焼室において混合気の圧縮および温度上昇を促進することができる。このために、矢印113に示すように、固定点火時期に関する負荷閾値Lteを、第4の運転制御における負荷閾値Ltdよりも小さくすることができる。機関負荷の減少に伴って点火時期を進角する領域を大きくすることができる。燃焼性の低下を抑制しながら第4の運転制御よりも熱効率の向上を図ることができる。   The fixed valve closing timing of the fifth operation control is advanced from the fixed valve closing timing of the fourth operation control. Since the abnormal combustion is less likely to occur at a low load than at a high load, the actual compression ratio can be increased as in the case of the second operation control. In the fourth operation control, the fixed valve closing timing can be advanced to increase the actual compression ratio in the region below the engine load Lz. Since the closing timing of the intake valve is advanced, compression of the air-fuel mixture and temperature increase can be promoted in the combustion chamber. For this reason, as indicated by an arrow 113, the load threshold value Lte related to the fixed ignition timing can be made smaller than the load threshold value Ltd in the fourth operation control. As the engine load decreases, the region where the ignition timing is advanced can be increased. The thermal efficiency can be improved as compared with the fourth operation control while suppressing a decrease in combustibility.

図15に、本実施の形態における第6の運転制御のグラフを示す。第6の運転制御においては、排気ガスの再循環率の大きさ等に依存して負荷閾値を変化させる第3の運転制御に加えて、吸気弁の閉弁時期を一定に維持する固定閉弁時期を進角する制御を行う。固定機械圧縮比は、第3の運転制御と同様に低下させない制御を行っている。第6の運転制御においては、矢印114に示すように、吸気弁の閉弁時期に関する負荷閾値Ltfを第3の運転制御の負荷閾値Ltcよりも小さくすることができる。機関負荷の減少に伴って点火時期を進角する領域を大きくすることができるために、第3の運転制御よりも熱効率の向上を図ることができる。   FIG. 15 shows a graph of the sixth operational control in the present embodiment. In the sixth operation control, in addition to the third operation control that changes the load threshold depending on the magnitude of the exhaust gas recirculation rate, etc., a fixed valve that maintains the intake valve closing timing constant. Control to advance the timing. The fixed mechanical compression ratio is controlled so as not to decrease as in the third operation control. In the sixth operation control, as indicated by an arrow 114, the load threshold value Ltf relating to the closing timing of the intake valve can be made smaller than the load threshold value Ltc of the third operation control. Since the region where the ignition timing is advanced can be increased as the engine load decreases, the thermal efficiency can be improved as compared with the third operation control.

本実施の形態においては、排気ガスの再循環を行う排気ガス再循環装置として、再循環通路および再循環弁を備える外部EGR装置について説明を行なったが、この形態に限られず、排気ガス再循環装置は、内部EGR装置を含んでいても構わない。内部EGR装置は、以前の燃焼サイクルにおいて生じた排気ガスが今回の燃焼サイクルにおいて燃焼室に供給される量を変更可能に形成することができる。たとえば、内部EGR装置は、吸気弁と排気弁とが同時に開いているオーバーラップの期間を変更する装置を含むことができる。   In the present embodiment, an explanation has been given of an external EGR device including a recirculation passage and a recirculation valve as an exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas. The device may include an internal EGR device. The internal EGR device can be configured to change the amount of exhaust gas generated in the previous combustion cycle supplied to the combustion chamber in the current combustion cycle. For example, the internal EGR device may include a device that changes the overlap period during which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously open.

また、本実施の形態においては、燃焼性が低下する制御として、排気ガスの再循環を行う制御および燃焼時の空燃比を高くする制御を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、燃焼室における燃焼性が低下する任意の制御を行うときに、本発明を適用することができる。たとえば、燃焼室における燃焼性を向上させるためのスワールコントロールバルブが配置されている内燃機関において、一部のスワールコントロールバルブが故障し、燃焼室においてスワール流の生成を中止する制御を行う場合に、本発明を適用することができる。   In the present embodiment, the control for reducing the combustibility has been described by taking the control for recirculating exhaust gas and the control for increasing the air-fuel ratio at the time of combustion as examples. The present invention can be applied when performing arbitrary control for reducing the combustibility in the combustion chamber. For example, in an internal combustion engine in which a swirl control valve for improving combustibility in a combustion chamber is arranged, when some swirl control valves fail and control is performed to stop the generation of swirl flow in the combustion chamber, The present invention can be applied.

上記のそれぞれの実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。   Each of the above embodiments can be combined as appropriate. In the respective drawings described above, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
4 ピストン
5 燃焼室
6 点火栓
9 排気弁
17 スロットル弁
21 空燃比センサ
22 相対位置センサ
23 バルブタイミングセンサ
25 カム回転角度センサ
26 EGRガス導管
27 EGR制御弁
30 電子制御ユニット
56 円形カム
57 偏心軸
58 円形カム
59 駆動モータ
70 カムシャフト
72 ハウジング
73 回転軸
85 スプール弁
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 2 Cylinder block 4 Piston 5 Combustion chamber 6 Spark plug 9 Exhaust valve 17 Exhaust valve 17 Throttle valve 21 Air-fuel ratio sensor 22 Relative position sensor 23 Valve timing sensor 25 Cam rotation angle sensor 26 EGR gas conduit 27 EGR control valve 30 Electronic control unit 56 Circular cam 57 Eccentric shaft 58 Circular cam 59 Drive motor 70 Cam shaft 72 Housing 73 Rotating shaft 85 Spool valve A Variable compression ratio mechanism B Variable valve timing mechanism

Claims (4)

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構と、燃焼室における点火時期を変更可能な点火時期調整装置とを備え、
高負荷の領域では、負荷が増加した場合に吸気弁の閉弁時期を進角して燃焼室に流入する吸入空気量を増加すると共に機械圧縮比を低下し、
高負荷よりも小さな低負荷の領域では、機械圧縮比を一定の固定機械圧縮比に維持し、吸気弁の閉弁時期を一定の固定閉弁時期に維持し、負荷が減少した場合にはスロットル弁の開度を減少することにより燃焼室に流入する吸入空気量を減少する制御を行うように形成されており、
燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御を行うように形成されており、
燃焼室における燃料の燃焼性を安定化させるための点火時期に関する負荷閾値を有し、負荷閾値よりも小さな負荷の領域では、点火時期を一定の固定点火時期に維持し、
燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御を行う場合に、固定機械圧縮比を低下させると共に固定閉弁時期を進角し、固定機械圧縮比の低下量および固定閉弁時期の進角量に基づいて点火時期に関する負荷閾値が定められていることを特徴とする、火花点火式内燃機関。
A variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio, a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve, and an ignition timing adjustment device that can change the ignition timing in the combustion chamber,
In the high load region, when the load increases, the intake valve closing timing is advanced to increase the amount of intake air flowing into the combustion chamber and reduce the mechanical compression ratio.
In the low load area, which is smaller than the high load, the mechanical compression ratio is maintained at a fixed fixed mechanical compression ratio, the intake valve closing timing is maintained at a fixed fixed valve closing timing, and the throttle is reduced when the load decreases. It is configured to control to reduce the amount of intake air flowing into the combustion chamber by reducing the opening of the valve,
It is formed to perform control to reduce the flammability of fuel in the combustion chamber,
It has a load threshold related to the ignition timing for stabilizing the combustibility of the fuel in the combustion chamber, and in the region of a load smaller than the load threshold, the ignition timing is maintained at a fixed ignition timing,
When control is performed to reduce the flammability of fuel in the combustion chamber, the fixed mechanical compression ratio is lowered and the fixed valve closing timing is advanced, and the fixed mechanical compression ratio reduction amount and the fixed valve closing timing advance amount are set. A spark ignition type internal combustion engine characterized in that a load threshold relating to ignition timing is determined based on the ignition timing.
燃焼室における燃料の燃焼性が低下する制御は、排気ガスの再循環率を大きくする制御、および燃焼室における燃焼時の空燃比を大きくする制御のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項1に記載の火花点火式内燃機関。   The control for reducing the combustibility of the fuel in the combustion chamber includes at least one of control for increasing the exhaust gas recirculation rate and control for increasing the air-fuel ratio during combustion in the combustion chamber. Item 2. The spark ignition internal combustion engine according to Item 1. 燃焼室における燃料の燃焼性に対応する変数を検出する検出装置を備え、
燃焼性に対応する変数を検出し、燃焼室における燃焼性の低下が大きいと判別されるほど、固定機械圧縮比の低下量を大きくし、固定閉弁時期の進角量を大きくする制御を行うことを特徴とする、請求項1または2に記載の火花点火式内燃機関。
A detection device for detecting a variable corresponding to the combustibility of the fuel in the combustion chamber;
A variable corresponding to the combustibility is detected, and the amount of decrease in the fixed mechanical compression ratio is increased and the advance amount of the fixed valve closing timing is increased as it is determined that the decrease in combustibility in the combustion chamber is large. The spark ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein the spark ignition type internal combustion engine is provided.
吸気弁の閉弁時期を固定閉弁時期に維持する上限の負荷が、機械圧縮比を固定機械圧縮比に維持する上限の負荷よりも大きく設定されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の火花点火式内燃機関。   The upper limit load for maintaining the closing timing of the intake valve at the fixed closing timing is set to be larger than the upper limit load for maintaining the mechanical compression ratio at the fixed mechanical compression ratio. 4. The spark ignition internal combustion engine according to claim 3.
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