JP2014051937A - Spark ignition type engine - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに関するものである。 The technology disclosed herein relates to a spark ignition engine.
特許文献1には、所望のタイミングよりも早く自己着火してしまう過早着火を抑制するようにしたエンジンが開示されている。具体的には、吸気上死点の前後で、吸気弁及び排気弁の両方を閉じた、負のオーバーラップ期間を設けることにより内部EGRを実行するエンジンにおいて、高回転・高負荷の運転領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べて、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くしている。こうすることで、気筒内に残留したガスの一部が吸気弁が開いたときに吸気ポート内に吹き戻され、その残留ガスは、新気と共に再び気筒内に吸入される。残留ガスの一部が吸気ポート内に吹き戻されることによって該残留ガスが冷却されるので、気筒内の温度を低下させることができ、過早着火の発生を抑制している。 Patent Document 1 discloses an engine that suppresses pre-ignition that causes self-ignition earlier than desired timing. Specifically, in an engine that executes internal EGR by providing a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed before and after the intake top dead center, The period from the intake top dead center to the intake valve open timing is shorter than the period from the exhaust valve close timing to the intake top dead center. In this way, a part of the gas remaining in the cylinder is blown back into the intake port when the intake valve is opened, and the residual gas is again sucked into the cylinder together with fresh air. Since a part of the residual gas is blown back into the intake port, the residual gas is cooled, so that the temperature in the cylinder can be lowered and the occurrence of pre-ignition is suppressed.
前記特許文献1に係るエンジンは、高回転・高負荷領域では燃料噴射量が多くなること及び気筒内の温度が上昇することに起因して発生する過早着火を問題視している。ところが、過早着火を生じる原因はこれに限られず、過早着火は様々な状況で生じ得る。 The engine according to Patent Document 1 has a problem of premature ignition that occurs due to an increase in fuel injection amount and an increase in temperature in the cylinder in a high rotation / high load region. However, the cause of premature ignition is not limited to this, and premature ignition can occur in various situations.
本発明者は、手動変速機のシフトアップ時、特に、発進時に過早着火が生じ得ることを見出した。 The present inventor has found that pre-ignition can occur when the manual transmission is shifted up, particularly when starting.
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発進する際の手動変速機のシフト変更時に過早着火が生じることを抑制することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to suppress premature ignition when a shift of a manual transmission is changed when starting.
ここに開示された技術は、気筒を有し、幾何学的圧縮比が15以上に設定されたエンジン本体と、前記エンジン本体に接続された手動変速機と、前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、少なくとも前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備えた火花点火式エンジンであって、前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期を該手動変速機の状態変更前よりも遅角させるものとする。 The technology disclosed herein includes an engine body having a cylinder and a geometric compression ratio set to 15 or more, a manual transmission connected to the engine body, and fuel injection into the cylinder. A spark ignition engine comprising: a fuel injection valve configured to operate at least the fuel injection valve; and a controller configured to operate the engine main body by controlling the fuel injection valve. Sometimes, when the manual transmission is changed from the neutral state and the rotational speed of the engine body decreases, the fuel injection timing by the fuel injection valve is retarded from that before the change of the state of the manual transmission.
手動変速機を備えたエンジンにおいて、発進時に手動変速機をニュートラル状態から1速や2速等にシフト変更するときには、一旦遮断したクラッチを再び締結するときにエンジン回転数が低下する。エンジン回転数が低下すると、気筒内の未燃混合気が高温に晒される時間が長くなる。その結果、過早着火が生じる可能性が高くなる。 In an engine equipped with a manual transmission, when the manual transmission is shifted from the neutral state to the first speed, the second speed, or the like at the time of starting, the engine speed decreases when the clutch that is once disconnected is reengaged. When the engine speed decreases, the time during which the unburned air-fuel mixture in the cylinder is exposed to high temperatures becomes longer. As a result, the possibility of premature ignition is increased.
そこで、前記の構成によれば、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときに、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期を該手動変速機の状態変更前よりも遅角させる。こうすることによって、気筒内の未燃混合気が高温に晒される時間を短縮することができ、ひいては、過早着火の発生を抑制することができる。 Therefore, according to the above configuration, when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting and the rotation speed of the engine body decreases, the fuel injection timing by the fuel injection valve is changed. Make the angle slower than before. By doing so, the time during which the unburned mixture in the cylinder is exposed to a high temperature can be shortened, and as a result, the occurrence of premature ignition can be suppressed.
また、ここに開示された技術は、気筒を有し、幾何学的圧縮比が15以上に設定されたエンジン本体と、前記エンジン本体に接続された手動変速機と、前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、少なくとも前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備えた火花点火式エンジンであって、前記制御器は、吸気行程から圧縮行程の間に、少なくとも前段噴射と該前段噴射よりも後の後段噴射とを含む分割噴射を前記燃料噴射弁に行わせるように構成されており、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記燃料噴射弁による全噴射量に対する前記後段噴射の噴射量の割合を該手動変速機の状態変更前よりも高くするものとする。 Further, the technology disclosed herein has an engine body having a cylinder and a geometric compression ratio set to 15 or more, a manual transmission connected to the engine body, and fuel injection into the cylinder. A spark ignition engine comprising: a fuel injection valve configured to operate; and a controller configured to operate the engine body by controlling at least the fuel injection valve, wherein the controller includes: The fuel injection valve is configured to cause the fuel injection valve to perform split injection including at least the front-stage injection and the rear-stage injection after the front-stage injection between the intake stroke and the compression stroke. When the rotational speed of the engine main body is reduced due to the change from the neutral state, the ratio of the injection amount of the rear stage injection to the total injection amount by the fuel injection valve is set before the state change of the manual transmission It shall also be increased.
前記の構成によれば、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときに、分割噴射のうち後段噴射の噴射量の割合を高くする。こうすることによって、気筒内で高温に晒される燃料を低減することができ、ひいては、過早着火の発生を抑制することができる。 According to the above configuration, when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting and the rotational speed of the engine main body is reduced, the ratio of the injection amount of the latter stage injection in the divided injection is increased. By doing so, it is possible to reduce the fuel that is exposed to a high temperature in the cylinder, and to suppress the occurrence of pre-ignition.
また、前記火花点火式エンジンは、前記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を設定するように構成された燃圧設定機構をさらに備え、前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときの燃料噴射の燃料の圧力を、前記燃圧設定機構を制御して該手動変速機の状態変更前よりも高くするようにしてもよい。 The spark ignition engine further includes a fuel pressure setting mechanism configured to set a pressure of fuel injected by the fuel injection valve, and the controller changes the manual transmission from a neutral state when starting. Then, the fuel pressure of the fuel injection when the rotational speed of the engine main body is decreased may be made higher than before the state change of the manual transmission by controlling the fuel pressure setting mechanism.
前記の構成によれば、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときに、燃料噴射時期を遅角させる、又は、分割噴射のうち後段噴射の噴射量の割合を高くする際に、燃料の圧力が高められる。そのため、燃料噴射時期を遅角させる、又は、分割噴射のうち後段噴射の噴射量の割合を高くした場合であっても、必要な量の燃料を所望の着火時期までに噴射することができる。 According to the above configuration, when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting and the rotational speed of the engine body decreases, the fuel injection timing is retarded, or the injection of the latter stage injection among the divided injections When increasing the proportion of the amount, the fuel pressure is increased. Therefore, even when the fuel injection timing is retarded or the ratio of the injection amount of the subsequent injection in the divided injection is increased, the required amount of fuel can be injected by the desired ignition timing.
さらに、燃料の圧力を上昇させると、前記噴射期間及び混合気形成期間を短縮することができる。そのため、同じ燃圧で噴射時期だけを遅角させる場合に比べて、未燃混合気が高温に晒される時間をより短くすることができる。 Further, when the fuel pressure is increased, the injection period and the mixture formation period can be shortened. Therefore, compared with the case where only the injection timing is retarded with the same fuel pressure, the time during which the unburned mixture is exposed to a high temperature can be shortened.
それに加えて、燃料の圧力を上昇させると、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、概ね均質な混合気を速やかに形成することができる。そのため、噴射時期を遅角させたとしても、着火性を向上させることができる。 In addition, when the fuel pressure is raised, the mixing property of the atomized fuel is increased, and a substantially homogeneous air-fuel mixture can be quickly formed. Therefore, even if the injection timing is retarded, the ignitability can be improved.
さらに、前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されたときに、前記燃圧設定機構を制御して燃料の圧力を高めておいてもよい。 Further, the controller may increase the fuel pressure by controlling the fuel pressure setting mechanism when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting.
前記の構成によれば、発進時に手動変速機がニュートラル状態から変更された段階で、エンジン本体の回転数が低下したか否かにかかわらず、燃料の圧力を高めておく。こうすることによって、その後、エンジン本体の回転数が低下したときには、高い圧力の燃料を即座に供給することができる。 According to the above configuration, when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting, the fuel pressure is increased regardless of whether or not the rotational speed of the engine body has decreased. By so doing, when the engine speed subsequently decreases, high pressure fuel can be supplied immediately.
前記手動変速機の状態変更前よりも高められる燃料の圧力は、30MPa以上であってもよい。 30 MPa or more may be sufficient as the pressure of the fuel raised rather than before the state change of the said manual transmission.
また、前記火花点火式エンジンは、排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流機構をさらに備え、前記制御器は、アイドリング時には、前記排気還流機構によって前記気筒内に前記排気ガスを導入すると共に、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転するように構成されていてもよい。 The spark ignition engine further includes an exhaust gas recirculation mechanism configured to introduce exhaust gas into the cylinder, and the controller causes the exhaust gas recirculation mechanism to introduce the exhaust gas into the cylinder during idling. In addition, the engine body may be operated by performing compression ignition combustion in which the air-fuel mixture in the cylinder is combusted by self-ignition.
前記の構成によれば、アイドリング時には、気筒内に排気ガスが導入されて圧縮着火燃焼を行っている。すなわち、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更される前の状態においては、気筒内は未燃混合気が自着火し易い環境になっており、この状態からエンジン回転数が低下して未燃混合気が高温に晒される時間が長くなると、過早着火が発生し易い。つまり、このような構成のエンジンにおいては、前述のような燃料噴射時期を遅角させる、又は、分割噴射のうち後段噴射の噴射量の割合を高くすることが特に効果的となる。 According to the above configuration, during idling, the exhaust gas is introduced into the cylinder and compression ignition combustion is performed. That is, in the state before the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting, the unburned mixture is easily ignited in the cylinder. If the time during which the fuel mixture is exposed to high temperatures becomes longer, pre-ignition tends to occur. That is, in the engine having such a configuration, it is particularly effective to retard the fuel injection timing as described above, or to increase the ratio of the injection amount of the rear stage injection in the divided injection.
また、前記制御器は、前記気筒内の温度が所定温度以上のときに、前記燃料噴射時期を遅角させる制御、又は、前記後段噴射の噴射量の割合を高くする制御を行うようにしてもよい。 Further, the controller may perform control to retard the fuel injection timing or increase the ratio of the injection amount of the post-stage injection when the temperature in the cylinder is equal to or higher than a predetermined temperature. Good.
つまり、気筒内の温度が低い場合には、過早着火が生じる可能性は低い。そこで、気筒内の温度が高いときだけ、前記燃料噴射時期を遅角させる制御、又は、前記後段噴射の噴射量の割合を高くする制御を行う。これにより、過早着火が生じる可能性が低いときには燃料が吸気流動によって新気と混合される期間を長くすることができ、均質な混合気を形成することができる。 That is, when the temperature in the cylinder is low, the possibility of premature ignition is low. Therefore, only when the temperature in the cylinder is high, control for retarding the fuel injection timing or control for increasing the ratio of the injection amount of the post-stage injection is performed. Thus, when the possibility of premature ignition is low, the period during which the fuel is mixed with fresh air by the intake air flow can be lengthened, and a homogeneous air-fuel mixture can be formed.
前記火花点火式エンジンによれば、発進する際の手動変速機のシフト変更時に過早着火が生じることを抑制することができる。 According to the spark ignition engine, pre-ignition can be prevented from occurring when the shift of the manual transmission is changed when starting.
以下、火花点火式直噴エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。 Hereinafter, an embodiment of a spark ignition direct injection engine will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is exemplary.
《実施形態1》
図1,2は、実施形態1に係るエンジン(エンジン本体)1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(尚、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、図3に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を区画する。尚、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
Embodiment 1
1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1 according to the first embodiment. The engine 1 is a spark ignition gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a
このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。 The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion described later. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 15-20.
シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。
The
吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁22の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構(図2参照。以下、VVL(Variable Valve Lift)と称する)71が設けられている。VVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロファイルの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用される。つまり、排気弁22及びVVL71は、排気還流機構の1つ、例えば、第1排気還流機構を構成する。また、VVL71が動弁機構を構成する。
Among the valve systems that drive the
以下の説明においては、VVL71を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「VVL71をオフにする」といい、VVL71を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「VVL71をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部EGRの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁21を二回開く、吸気の二度開きによって内部EGR制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁21及び排気弁22の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒18内に残留させる内部EGR制御を行ってもよい。
In the following explanation, operating the
VVL71を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図2に示すように、クランクシャフト15に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable Valve Timing)と称する)72と、吸気弁21のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構(以下、CVVL(Continuously Variable Valve Lift)と称する)73とが設けられている。VVT72は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。また、CVVL73も、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。VVT72及びCVVL73によって、吸気弁21はその開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。
As shown in FIG. 2, the exhaust side valve system having the
シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射するインジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、図3に拡大して示すように、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されている。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。インジェクタ67が燃料噴射弁を構成する。
In addition, an
図3に矢印で示すように、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
As indicated by the arrows in FIG. 3, the fuel spray injected radially from the central portion of the
図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最大で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン1の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。この燃料供給システム62が燃圧設定機構を構成する。
A fuel tank (not shown) and the
シリンダヘッド12にはまた、図3に示すように、燃焼室19内の混合気に点火する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。図3に示すように、点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。
As shown in FIG. 3, a
エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。
As shown in FIG. 1, an
吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、各気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。
An
吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク33との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ/ウォーマ34と、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36とが配設されている。吸気通路30にはまた、インタークーラ/ウォーマ34をバイパスするインタークーラバイパス通路35が接続されており、このインタークーラバイパス通路35には、当該通路35を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁351が配設されている。インタークーラバイパス弁351の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路35の通過流量とインタークーラ/ウォーマ34の通過流量との割合を調整することにより、気筒18に導入する新気の温度を調整することが可能である。
Between the
排気通路40の上流側の部分は、各気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42が触媒を構成する。
The upstream portion of the
吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部(EGRガス)を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51と、EGRクーラ52をバイパスするためのEGRクーラバイパス通路53と、を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設され、EGRクーラバイパス通路53には、EGRクーラバイパス通路53を流通する排気ガスの流量を調整するためのEGRクーラバイパス弁531が配設されている。これらEGR通路50、主通路51、EGR弁511、EGRクーラ52、EGRクーラバイパス通路53及びEGRクーラバイパス弁531が排気還流機構の1つ、例えば、第2排気還流機構を構成する。
A portion between the
また、エンジン1のクランクシャフト15には、クラッチ92を介して手動変速機91が接続されている。手動変速機91は、運転者のシフトレバー93の操作に応じて、ギアが変更される。
A
このように構成されたエンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。
The engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The
PCM10には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW18の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1及び新気の温度を検出する吸気温度センサSW2、インタークーラ/ウォーマ34の下流側に配置されかつ、インタークーラ/ウォーマ34を通過した後の新気の温度を検出する、第2吸気温度センサSW3、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13、吸気側及び排気側のカム角センサSW14,SW15、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16、車速を検出する車速センサSW17、及び、シフトレバー93のポジションを検出するポジションセンサSW18である。
As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 18 are input to the
PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ67、点火プラグ25、吸気弁側のVVT72及びCVVL73、排気弁側のVVL71、燃料供給システム62、発電機81並びに、各種の弁(スロットル弁36、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、及びEGRクーラバイパス弁531)のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。
The
図4は、エンジン1の運転領域の一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ25による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した火花点火燃焼に切り替える。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うCI(Compression Ignition)モード(圧縮着火モード)と、火花点火燃焼を行うSI(Spark Ignition)モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
FIG. 4 shows an example of the operation region of the engine 1. This engine 1 is a compression ignition combustion in which combustion is performed by compression self-ignition without ignition by the
CIモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて3つの領域に分けられている。具体的に、CIモードにおいて負荷が最も低い領域(1)では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いEGRガス(以下、ホットEGRガスともいう)を気筒18内に導入する。これは、VVL71をオンにして、排気弁22を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットEGRガスの導入は、気筒18内の圧縮端温度を高め、軽負荷である領域(1)において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める上で有利になる。領域(1)ではまた、図5(a)に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射することにより、均質なリーン混合気を形成する。混合気の空気過剰率λは、例えば2.4以上に設定してもよく、こうすることで、RawNOxの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。そうして、そのリーン混合気は、図5(a)に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。
The CI mode is further divided into three areas according to the engine load. Specifically, in the region (1) where the load is the lowest in the CI mode, in order to improve the ignitability and stability of the compression ignition combustion, the EGR gas having a relatively high temperature (hereinafter also referred to as hot EGR gas) is used as the cylinder. 18 is introduced. This is because the
詳細は後述するが、領域(1)における負荷の高い領域、具体的には、領域(1)と領域(2)との境界を含む領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒18内に燃料を噴射するものの、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する。理論空燃比にすることにより、三元触媒が利用可能になると共に、SIモードとCIモードとの間の切り替え時の制御が簡素化し、さらに、CIモードを高負荷側へ拡大可能にすることにも寄与する。
Although details will be described later, in a region with a high load in region (1), specifically, a region including the boundary between region (1) and region (2), at least within a period from the intake stroke to the middle of the compression stroke Although the fuel is injected into the
CIモードにおいて、領域(1)よりも負荷の高い領域(2)では、領域(1)の高負荷側と同様に、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒18内に燃料を噴射し(図5(a)参照)、均質な理論空燃比(λ≒1)の混合気を形成する。
In the CI mode, in the region (2) where the load is higher than that in the region (1), as in the high load side of the region (1), at least in the period from the intake stroke to the middle of the compression stroke, fuel is injected into the
領域(2)ではまた、エンジン負荷の上昇に伴い気筒18内の温度が自然と高まることから、過早着火を回避するためにホットEGRガス量を低下させる。これは、気筒18内に導入する内部EGRガス量の調整による。
In the region (2), the temperature in the
領域(2)ではさらに、相対的に温度の低いEGRガス(以下、クールドEGRガスともいう)を気筒18内に導入する。こうして高温のホットEGRガスと低温のクールドEGRガスとを適宜の割合で気筒18内に導入することにより、気筒18内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。尚、ホットEGRガス及びクールドEGRガスを合わせた、気筒18内に導入されるEGRガスの割合としてのEGR率は、混合気の空気過剰率をλ≒1に設定する条件下で可能な限り高いEGR率に設定される。従って、領域(2)においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大するから、EGR率は次第に低下するようになる。
In the region (2), EGR gas having a relatively low temperature (hereinafter also referred to as “cooled EGR gas”) is introduced into the
CIモードとSIモードとの切り替え境界線を含む、CIモードにおいて最も負荷の高い領域(3)では、気筒18内の圧縮端温度がさらに高くなるため、領域(1)や領域(2)のように、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒18内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じるようになる。一方、温度の低いクールドEGRガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、気筒18内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ないため、この領域(3)では、気筒18内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図5(b)に示すように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内で、気筒18内に燃料噴射を実行するものである。このような高圧リタード噴射により、領域(3)での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射に詳細については、後述する。
In the region (3) where the load is highest in the CI mode, including the boundary line between the CI mode and the SI mode, the compression end temperature in the
領域(3)では、領域(2)と同様に、高温のホットEGRガスと低温のクールドEGRガスとを適宜の割合で気筒18内に導入する。このことにより、気筒18内の圧縮端温度を適切にして圧縮着火燃焼の安定化を図る。
In the region (3), similarly to the region (2), high-temperature hot EGR gas and low-temperature cooled EGR gas are introduced into the
エンジン負荷の高低に応じて3つの領域に分けられたCIモードに対して、SIモードは、エンジン回転数の高低に応じて、領域(4)と領域(5)との2つの領域に分けられている。領域(4)は、図例においては、エンジン1の運転領域を低速、高速の2つに区分したときの低速域に相当し、領域(5)は高速域に相当する。領域(4)と領域(5)との境界はまた、図4に示す運転領域において、負荷の高低に対して回転数方向に傾いているが、領域(4)と領域(5)との境界は図例に限定されるものではない。 In contrast to the CI mode divided into three regions according to the engine load, the SI mode is divided into two regions, region (4) and region (5), according to the engine speed. ing. The region (4) corresponds to a low speed region when the operation region of the engine 1 is divided into a low speed and a high speed in the illustrated example, and the region (5) corresponds to a high speed region. The boundary between the region (4) and the region (5) is also inclined in the rotational speed direction with respect to the load level in the operation region shown in FIG. 4, but the boundary between the region (4) and the region (5) Is not limited to the illustrated example.
領域(4)及び領域(5)のそれぞれにおいて、混合気は、領域(2)及び領域(3)と同等に、理論空燃比(λ≒1)に設定される。従って、混合気の空燃比は、CIモードとSIモードとの境界を跨って理論空燃比(λ≒1)で一定にされる。これは、三元触媒の利用を可能にする。また、領域(4)及び領域(5)では、基本的にはスロットル弁36を全開にする一方で、EGR弁511の開度調整により、気筒18内に導入する新気量及び外部EGRガス量を調整する。こうして気筒18内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のEGRガスを気筒18内に導入することにより、火花点火燃焼の燃焼温度が低く抑えられ冷却損失の低減も図られる。領域(4)及び領域(5)では、主にEGRクーラ52を通じて冷却した外部EGRガスを、気筒18に導入する。このことによって、異常燃焼の回避に有利になると共に、Raw NOxの生成を抑制するという利点もある。EGR弁511の開度及びEGRクーラバイパス弁531の開度は、エンジン負荷の増大に伴い減少していく。このとき、EGR弁511の開度の方がEGRクーラバイパス弁531の開度よりも相対的に大きく、つまり、クールドEGRガスの方がホットEGRガスよりも多い。そして、エンジン負荷の増大に伴い、EGRクーラバイパス弁531の方がEGR弁511よりも先に全閉状態となる。尚、全開負荷域では、EGR弁511を閉弁することにより、外部EGRをゼロにする。
In each of the region (4) and the region (5), the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1) as in the regions (2) and (3). Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made constant at the theoretical air-fuel ratio (λ≈1) across the boundary between the CI mode and the SI mode. This allows the use of a three-way catalyst. In the region (4) and the region (5), the
このエンジン1の幾何学的圧縮比は、前述の通り、15以上(例えば18)に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、CIモードの、特に低負荷の領域(例えば領域(1))では、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン1は、高負荷域であるSIモードにおいては、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。 As described above, the geometric compression ratio of the engine 1 is set to 15 or more (for example, 18). Since the high compression ratio increases the compression end temperature and the compression end pressure, it is advantageous for stabilizing the compression ignition combustion in the CI mode, particularly in a low load region (for example, the region (1)). On the other hand, the high compression ratio engine 1 has a problem that abnormal combustion such as pre-ignition and knocking is likely to occur in the SI mode which is a high load region.
そこでこのエンジン1では、SIモードの領域(4)や領域(5)においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、領域(4)においては、30MPa以上の高い燃料圧力でもって、図5(c)に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒18内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域(5)においては、図5(d)に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気弁21が開弁している吸気行程期間内で気筒18内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒18内に噴射する。つまり、領域(5)では、燃料の分割噴射を行う。ここで、吸気弁21が開弁している吸気行程期間とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁の開閉に基づいて定義した期間であり、ここで言う吸気行程は、VVT72やCVVL73によって変更される吸気弁21の閉弁時期によって、ピストンが吸気下死点に到達した時点に対しずれる場合がある。
Therefore, in the engine 1, in the region (4) and the region (5) of the SI mode, abnormal combustion is avoided by performing the above-described high-pressure retarded injection. More specifically, in the region (4), fuel is injected into the
次に、図6を参照しながら、SIモードにおける高圧リタード噴射について説明する。図6は、前述した高圧リタード噴射によるSI燃焼(実線)と、吸気行程中に燃料噴射を実行する従来のSI燃焼(破線)とにおける、熱発生率(上図)及び未燃混合気反応進行度(下図)の違いを比較する図である。図6の横軸はクランク角である。この比較の前提として、エンジン1の運転状態は共に高負荷の低速域(つまり、領域(4))であり、噴射する燃料量は、高圧リタード噴射によるSI燃焼と従来のSI燃焼との場合で互いに同じである。 Next, the high pressure retarded injection in the SI mode will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the heat generation rate (upper diagram) and the progress of the unburned mixture reaction in the SI combustion (solid line) by the high pressure retarded injection described above and the conventional SI combustion (broken line) in which fuel injection is performed during the intake stroke. It is a figure which compares the difference in a degree (lower figure). The horizontal axis in FIG. 6 is the crank angle. As a precondition for this comparison, the operating state of the engine 1 is both a high-load low-speed region (that is, region (4)), and the amount of fuel to be injected is the case of SI combustion by high-pressure retarded injection and conventional SI combustion. They are the same as each other.
先ず、従来のSI燃焼では、吸気行程中に気筒18内に所定量の燃料噴射を実行する(上図の破線)。気筒18内では、その燃料の噴射後、ピストン14が圧縮上死点に至るまでの間に、比較的均質な混合気が形成される。そして、この例では、圧縮上死点以降の、白丸で示す所定タイミングで点火が実行され、それによって燃焼が開始する。燃焼の開始後は、図6の上図に破線で示すように、熱発生率のピークを経て燃焼が終了する。燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間が未燃混合気の反応可能時間(以下、単に反応可能時間という場合がある)に相当し、図6の下図に破線で示すように、この間に未燃混合気の反応は次第に進行する。同図における点線は、未燃混合気が着火に至る反応度である、着火しきい値を示しており、従来のSI燃焼は、低速域であることと相俟って、反応可能時間が非常に長く、その間、未燃混合気の反応が進行し続けてしまうことから、点火の前後に未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えてしまい、過早着火又はノッキングといった異常燃焼を引き起こす。
First, in the conventional SI combustion, a predetermined amount of fuel is injected into the
これに対し、高圧リタード噴射は反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、図6にも示しているように、インジェクタ67が燃料を噴射する期間((1)噴射期間)と、噴射終了後、点火プラグ25の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間((2)混合気形成期間)と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間((3)燃焼期間)と、を足し合わせた時間、つまり、(1)+(2)+(3)である。高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮し、それによって、反応可能時間を短くする。このことについて、順に説明する。
On the other hand, the high pressure retarded injection aims to shorten the reaction possible time, thereby avoiding abnormal combustion. That is, as shown in FIG. 6, the possible reaction time is a period during which the
先ず、高い燃料圧力は、単位時間当たりにインジェクタ67から噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合に、燃料圧力と燃料の噴射期間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど噴射期間は長くなり、燃料圧力が高いほど噴射期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、噴射期間を短縮する。
First, the high fuel pressure relatively increases the amount of fuel injected from the
また、高い燃料圧力は、気筒18内に噴射する燃料噴霧の微粒化に有利になると共に、燃料噴霧の飛翔距離を、より長くする。このため、燃料圧力と燃料蒸発時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど燃料蒸発時間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃料蒸発時間は短くなる。また、燃料圧力と点火プラグ25の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間は概ね、燃料圧力が低いほど到達までの時間は長くなり、燃料圧力が高いほど到達までの時間は短くなる。混合気形成期間は、燃料蒸発時間と、点火プラグ25の周りへの燃料噴霧到達時間とを足し合わせた時間であるから、燃料圧力が高いほど混合気形成期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、燃料蒸発時間及び点火プラグ25の周りへの燃料噴霧到達時間がそれぞれ短くなる結果、混合気形成期間を短縮する。これに対し、同図に白丸で示すように、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、混合気形成期間が大幅に長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、SIモードにおいては、燃料の噴射後、点火プラグ25の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間を短くする結果、混合気形成期間の短縮に有効である。
Further, the high fuel pressure is advantageous for atomization of the fuel spray injected into the
このように、噴射期間及び混合気形成期間を短縮することは、燃料の噴射タイミング、より正確には、噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にする。そこで、高圧リタード噴射では、図6の上図に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に燃料噴射を行う。高い燃料圧力で気筒18内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒18内の乱れエネルギが高まるが、この高い乱れエネルギは、燃料噴射のタイミングが比較的遅いタイミングに設定されることと相俟って、燃焼期間の短縮に有利になる。
Thus, shortening the injection period and the mixture formation period makes it possible to set the fuel injection timing, more precisely, the injection start timing to a relatively late timing. Therefore, in the high pressure retarded injection, as shown in the upper diagram of FIG. 6, fuel injection is performed within the retard period from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. As the fuel is injected into the
すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で気筒18内に燃料を噴射するとしても、その噴射タイミングが吸気行程中にある場合は、点火タイミングまでの時間が長いことや、吸気行程後の圧縮行程において気筒18内が圧縮されることに起因して、気筒18内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。
That is, when the fuel injection is performed within the retard period, the relationship between the fuel pressure and the turbulent energy in the combustion period is generally lower as the fuel pressure is lower and the turbulent energy is lower as the fuel pressure is higher. Becomes higher. Here, even if fuel is injected into the
燃焼期間での乱流エネルギと燃焼期間との関係は概ね、乱流エネルギが低いほど燃焼期間が長くなり、乱流エネルギが高いほど燃焼期間が短くなる。従って、燃料圧力と燃焼期間との関係は、燃料圧力が低いほど燃焼期間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃焼期間は短くなる。すなわち、高圧リタード噴射は、燃焼期間を短縮する。これに対し、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、燃焼期間が長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ67は、気筒18内の乱れエネルギの向上に有利であって、燃焼期間の短縮に有効であると共に、その多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせによって、燃料噴霧をキャビティ141内に収めることもまた、燃焼期間の短縮に有効である。
The relationship between the turbulent energy and the combustion period in the combustion period is generally such that the lower the turbulent energy, the longer the combustion period, and the higher the turbulent energy, the shorter the combustion period. Therefore, the relationship between the fuel pressure and the combustion period is such that the lower the fuel pressure, the longer the combustion period, and the higher the fuel pressure, the shorter the combustion period. That is, the high pressure retarded injection shortens the combustion period. In contrast, the conventional intake stroke injection at a low fuel pressure has a longer combustion period. The
このように高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短縮し、その結果、図6に示すように、燃料の噴射開始タイミングSOIから燃焼終了時期θendまでの、未燃混合気の反応可能時間を、従来の吸気行程中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くすることを可能にする。この反応可能時間を短縮する結果、図6の上段に示す図のように、従来の低い燃料圧力での吸気行程噴射では、白丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応進行度が、着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうところ、高圧リタード噴射は、黒丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。尚、図6の上図における白丸と黒丸とで、点火タイミングは互いに同じタイミングに設定している。 As described above, the high pressure retarded injection shortens the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, and as a result, as shown in FIG. 6, the fuel injection start timing SOI to the combustion end timing θend are not changed. It is possible to significantly shorten the reaction time of the fuel mixture as compared with the case of fuel injection during the conventional intake stroke. As a result of shortening this reaction possible time, as shown in the upper diagram of FIG. 6, in the conventional intake stroke injection at a low fuel pressure, as shown by a white circle, the reaction progress of the unburned mixture at the end of combustion is shown. However, when the ignition threshold is exceeded and abnormal combustion occurs, the high-pressure retarded injection suppresses the progress of the reaction of the unburned mixture at the end of combustion, as shown by the black circle, to prevent abnormal combustion. It can be avoided. It should be noted that the ignition timing is set to the same timing in the white circle and the black circle in the upper diagram of FIG.
燃料圧力は、例えば30MPa以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮化することが可能である。また、30MPa以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮化することが可能である。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。 By setting the fuel pressure to, for example, 30 MPa or more, the combustion period can be effectively shortened. Moreover, the fuel pressure of 30 MPa or more can effectively shorten the injection period and the mixture formation period, respectively. The fuel pressure is preferably set as appropriate according to the properties of the fuel used, which contains at least gasoline. The upper limit may be 120 MPa as an example.
高圧リタード噴射は、気筒18内への燃料噴射の形態を工夫することによってSIモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は、未燃混合気の温度及び圧力の上昇を抑制することによって、その反応の進行を抑制する。しかしながら、点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射を行う場合は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、その回避可能な分だけ、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。
The high pressure retarded injection avoids the occurrence of abnormal combustion in the SI mode by devising the form of fuel injection into the
以上説明したように、SIモードでの高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮することが可能であるが、CIモードの領域(3)で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮することが可能である。つまり、気筒18内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒18内の乱れが強くなることで、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になるのである。
As described above, the high pressure retarded injection in the SI mode can shorten the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, but the high pressure retarded injection performed in the CI mode region (3) It is possible to shorten the injection period and the mixture formation period. In other words, the turbulence in the
CIモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高い領域において、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射することにより、例えば圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り、概ね均質な混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降において、確実に圧縮着火させることが可能になる。そうして、モータリングにより気筒18内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において、圧縮着火燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒18内の圧力上昇(dP/dt)が急峻になってしまうことが回避される。こうして、NVHの制約が解消される結果、CIモードの領域が高負荷側に拡大する。
In the high pressure retarded injection in the CI mode, fuel is injected at a late timing near the compression top dead center in a relatively high load region, for example, while preventing premature ignition during the compression stroke period, as described above. Since a substantially homogeneous air-fuel mixture is quickly formed, it is possible to reliably perform compression ignition after the compression top dead center. Thus, in the expansion stroke period in which the pressure in the
このように、領域(3)〜(5)においては、高圧リタード噴射が実行され、この運転状態を高燃圧モードともいう。 Thus, in the regions (3) to (5), high-pressure retarded injection is executed, and this operating state is also referred to as a high fuel pressure mode.
SIモードの説明に戻り、前述の通り、SIモードの高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行うことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させるものの、この反応可能時間の短縮は、エンジン1の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効であるのに対し、エンジン1の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、それほど有効でない。逆に、リタード噴射では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近に設定するため、圧縮行程においては、燃料を含まない筒内ガス、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮されるようになる。その結果、高速域においては、気筒18内の圧縮端温度が高くなり、この高い圧縮端温度がノッキングを招くようになる。そのため、領域(5)においてリタード噴射のみを行うときには、点火タイミングを遅角化して、ノッキングを回避しなければならない場合も起き得る。
Returning to the description of the SI mode, as described above, the high pressure retarded injection in the SI mode shortens the reaction time of the unburned mixture by performing the fuel injection within the retard period. In the low speed range where the engine 1 has a relatively low rotational speed, the actual time for the crank angle change is long, which is effective. On the other hand, in the high speed range where the engine 1 has a relatively high rotational speed, the actual Not very effective due to short time. On the contrary, in the retard injection, since the fuel injection timing is set near the compression top dead center, in-cylinder gas not containing fuel, in other words, air having a high specific heat ratio is compressed in the compression stroke. As a result, in the high speed region, the compression end temperature in the
そこで、図4に示すように、SIモードにおいて相対的に回転数の高い領域(5)では、図5(d)に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気行程期間内で気筒18内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒18内に噴射をする。吸気行程噴射では、圧縮行程中の筒内ガス(つまり、燃料を含む混合気)の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度を低く抑えることが可能である。こうして、圧縮端温度が低くなることで、ノッキングを抑制することが可能になるから、点火タイミングを進角させることが可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 4, in the region (5) where the rotational speed is relatively high in the SI mode, as shown in FIG. 5 (d), a part of the fuel to be injected is
また、高圧リタード噴射を行うことにより、前述の通り、圧縮上死点付近の気筒18内(燃焼室19内)において乱れが強くなり、燃焼期間が短くなる。このこともまた、ノッキングの抑制に有利になり、点火タイミングをさらに進角させることが可能になる。そうして、領域(5)においては、吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行うことにより、異常燃焼を回避しつつ、熱効率を向上させることが可能になる。 Further, by performing the high pressure retarded injection, as described above, the turbulence becomes strong in the cylinder 18 (combustion chamber 19) near the compression top dead center, and the combustion period is shortened. This is also advantageous in suppressing knocking, and the ignition timing can be further advanced. Thus, in the region (5), by performing split injection of intake stroke injection and high pressure retarded injection, it is possible to improve thermal efficiency while avoiding abnormal combustion.
尚、領域(5)において燃焼期間を短縮させるために、高圧リタード噴射を行う代わりに多点点火構成を採用してもよい。つまり、複数の点火プラグを燃焼室内に臨んで配置し、領域(5)においては、吸気行程噴射を実行すると共に、その複数の点火プラグのそれぞれを駆動することにより、多点点火を行う。こうすることで、燃焼室19内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。その結果、高圧リタード噴射を採用した場合と同様に燃焼期間を短くして、熱効率の向上に有利になる。
In order to shorten the combustion period in the region (5), a multi-point ignition configuration may be adopted instead of performing high pressure retarded injection. That is, a plurality of ignition plugs are arranged facing the combustion chamber, and in the region (5), the intake stroke injection is executed and each of the plurality of ignition plugs is driven to perform multipoint ignition. By doing so, since the flame spreads from each of the plurality of fire types in the
このように、エンジン1は、各運転領域に応じた運転を行っている。 As described above, the engine 1 is operated according to each operation region.
〈発進時の燃料制御〉
また、エンジン1は、発進時(後進も含む)にシフト変更があったときに、燃料の噴射時期をリタードさせる発進時リタード制御を行う。以下に、エンジン1の発進時リタード制御について、図7,8を参照しながら詳しく説明する。図7は、発進時リタード制御におけるクラッチ、シフト及びエンジン回転数の状態を示す図である。図8は、発進時リタード制御の処理を示すフローチャートである。
<Fuel control at start-up>
Further, the engine 1 performs a retard control at the time of start to retard the fuel injection timing when there is a shift change at the time of start (including reverse). Hereinafter, the starting retard control of the engine 1 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing the state of the clutch, shift, and engine speed in the retard control at start. FIG. 8 is a flowchart showing a start retard control process.
この発進時リタード制御は、エンジン1の運転状態がアイドリング領域にあるときに行う。アイドリング領域は、図4の領域(0)であり、前記領域(1)に含まれている。つまり、アイドリング領域では、エンジン1は、排気の二度開きにより内部EGRを実行しつつ、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において燃料を噴射し、圧縮着火燃焼を行っている。 This starting retard control is performed when the operating state of the engine 1 is in the idling region. The idling region is the region (0) in FIG. 4 and is included in the region (1). That is, in the idling region, the engine 1 performs internal EGR by opening the exhaust twice, and injects fuel at least within the period from the intake stroke to the middle of the compression stroke, and performs compression ignition combustion.
発進時には、まず、運転者によりクラッチペダルが操作され、クラッチ92が遮断される(図7(A)参照)。その後、運転者によりシフトレバー93が操作され、手動変速機91におけるギアがニュートラルから1速、2速、又はR(後進)等の発進に適切な変速段に変更される。その後、運転者によりクラッチペダルが操作され、クラッチ92が徐々に締結される。このとき、エンジン回転数は、クラッチ92が締結されるのに合わせて、一旦低下する。エンジン回転数が低下すると、燃料の噴射量が増加され、エンジン回転数は元の状態に戻る(図4の矢印参照)。
At the time of starting, first, the clutch pedal is operated by the driver, and the clutch 92 is disengaged (see FIG. 7A). Thereafter, the
このように、発進時に手動変速機91のギアをニュートラルから変更すると(厳密には、その後、クラッチ92を締結すると)、エンジン回転数が一時的に低下する。その結果、エンジン1における1サイクルに要する時間が長くなる。そうすると、気筒18内の燃料が高温に晒される時間が長くなり、過早着火が生じる可能性が高まる。特に、アイドリング領域では、排気の二度開きによりホットEGRガスが気筒18内に導入され、混合気が自着火する環境となっている。そのような環境下で、燃料が高温に晒される時間が長期化すると、混合気が所望の着火時期よりも前に自着火してしまう虞がある。
Thus, when the gear of the
そこで、発進時に過早着火が生じ得る可能性が高いときには、リタード噴射を行うようにする。 Therefore, retard injection is performed when there is a high possibility that pre-ignition can occur at the start.
詳しくは、PCM10は、ステップS1において各種信号の読み込みを行う。具体的には、PCM10は、少なくとも水温センサSW11、クランク角センサSW12、燃圧センサSW16、車速センサSW17及びポジションセンサSW18からの出力信号を読み込む。
Specifically, the
ステップS2では、PCM10は、気筒18内の温度が高いか否かを判定する。具体的には、PCM10は、エンジン冷却水の温度が所定の水温以上か否かを判定する。所定の水温は、例えば、燃料を吸気行程期間中に気筒内に噴射すると、過早着火等の異常燃焼を生じ得る温度に設定すればよい。つまり、エンジン冷却水の温度から気筒18内の温度を間接的に判定する。PCM10は、エンジン冷却水の温度が所定の水温以上の場合はステップS3へ進む一方、エンジン冷却水の温度が所定の水温未満の場合はリターンへ進む。つまり、エンジン冷却水の温度が所定の水温未満の場合は、過早着火等の可能性が低いので、高圧リタード噴射を行わず、アイドリング領域における通常の燃料噴射(少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内における低い燃料圧力での燃料噴射)を実行する。
In step S2, the
次に、ステップS3において、PCM10は、車両が停車中か否かを判定する。具体的には、PCM10は、車速が所定の車速以下か否かを判定する。所定の車速は、例えば、車両が停車中と判定できる車速に設定すればよく、例えば、5km/hである。PCM10は、車速が所定の車速以下の場合はステップS4へ進む一方、車速が所定の車速よりも早い場合にはリターンへ進む。
Next, in step S3, the
ステップS4では、PCM10は、手動変速機91においてニュートラル状態からのシフト変更があったか否かを判定する。具体的には、PCM10は、ポジションセンサSW18からの出力信号に基づいて、シフトレバー93がニュートラルから、1速、2速又はR等の他の変速段に変更されたか否かを検出する。PCM10は、シフトレバー93がニュートラルから変更された場合はステップS5へ進む一方、シフトレバー93がニュートラルから変更されない場合にはリターンへ進む。
In step S4, the
ステップS5では、PCM10は、燃料供給システム62を制御して燃料の圧力を高める。具体的には、PCM10は、燃料の圧力を30MPa以上に高める。
In step S5, the
続いて、PCM10は、ステップS6において、エンジン回転数が低下したか否かを判定する。具体的には、PCM10は、エンジン回転数が所定の回転数以下となったか否かを判定する。所定の回転数は、例えば、燃料を吸気行程期間中に気筒内に噴射すると、過早着火等の異常燃焼を生じ得る回転数に設定すればよい。PCM10は、エンジン回転数が所定の回転数以下である場合はステップS7へ進む一方、エンジン回転数が所定の回転数よりも高い場合はステップS6を繰り返す。
Subsequently, in step S6, the
尚、ステップS6では、エンジン回転数がシフト変更前よりも低下したか否かを判定する、あるいは、エンジン回転数がシフト変更前よりも所定値以上低下したか否かを判定するようにしてもよい。 In step S6, it is determined whether or not the engine speed has decreased from before the shift change, or whether or not the engine speed has decreased by a predetermined value or more from before the shift change. Good.
ステップS7では、PCM10は、燃料噴射時期を遅角させる。具体的には、PCM10は、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内の所定のタイミングで、気筒18内に燃料噴射を実行する。このとき、燃料の圧力は、先のステップS5において、30MPa以上に設定されている。
In step S7, the
つまり、気筒18内の温度が高温であり、発進時に手動変速機91がニュートラルから他の変速段にシフト変更され、エンジン回転数が低下したときには、燃料噴射時期が遅角される。これにより、混合気が高温に晒される時間を短くすることができるので、過早着火等の異常燃焼が生じることを抑制することができる。
That is, when the temperature in the
一方、気筒18内の温度が低温のときや、車両た停車中でないときや、手動変速機91がニュートラルからシフト変更されないときには、アイドリング領域の通常の設定で燃料噴射が実行される。
On the other hand, when the temperature in the
したがって、実施形態1のエンジン1は、気筒18を有し、幾何学的圧縮比が15以上に設定されたエンジン本体と、前記エンジン本体に接続された手動変速機91と、前記気筒18内に燃料を噴射するように構成されたインジェクタ67と、少なくとも前記インジェクタ67を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成されたPCM10とを備え、前記PCM10は、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記インジェクタ67による燃料噴射時期を該手動変速機91の状態変更前よりも遅角させる。
Therefore, the engine 1 of the first embodiment has the
前記の構成によれば、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、燃料噴射時期が遅角されるため、未燃混合気が高温に晒される時間が短くなる。その結果、過早着火等の異常燃焼の発生を抑制することができる。
According to the above configuration, when the
また、エンジン1は、前記インジェクタ67が噴射する燃料の圧力を設定するように構成された燃料供給システム62をさらに備え、前記PCM10は、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更され且つ前記エンジン本体の回転数が低下したときの燃料噴射の燃料の圧力を、前記燃料供給システム62を制御して該手動変速機91の状態変更前よりも高くする。すなわち、燃料噴射時期を遅角させるときの燃料の圧力を手動変速機91の変更前よりも高くする。具体的には、燃料の圧力を30MPa以上とする。
The engine 1 further includes a
燃焼噴射時期を遅角させると、噴射開始から所望の着火時期までの時間が短くなる。燃料の圧力によっては、必要な燃料を所望の着火時期までに噴射し切れない場合も生じ得る。そこで、燃料の圧力を高くすることによって、単位時間当たりに噴射される燃料が増大するので、必要な燃料を所望の着火時期までに噴射し切ることができる。 If the combustion injection timing is retarded, the time from the start of injection to the desired ignition timing is shortened. Depending on the pressure of the fuel, the required fuel may not be completely injected by the desired ignition timing. Therefore, by increasing the fuel pressure, the amount of fuel injected per unit time increases, so that the required fuel can be injected completely by the desired ignition timing.
さらに、燃料の圧力を上昇させると、前記噴射期間及び混合気形成期間を短縮することができる。そのため、同じ燃圧で噴射時期だけを遅角させる場合に比べて、未燃混合気が高温に晒される時間をより短くすることができる。 Further, when the fuel pressure is increased, the injection period and the mixture formation period can be shortened. Therefore, compared with the case where only the injection timing is retarded with the same fuel pressure, the time during which the unburned mixture is exposed to a high temperature can be shortened.
それに加えて、燃料の圧力を上昇させると、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、概ね均質な混合気を速やかに形成することができる。そのため、噴射時期を遅角させたとしても、確実に圧縮着火させることができる。 In addition, when the fuel pressure is raised, the mixing property of the atomized fuel is increased, and a substantially homogeneous air-fuel mixture can be quickly formed. Therefore, even if the injection timing is retarded, the compression ignition can be reliably performed.
また、前記PCM10は、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更されたときに、前記燃料供給システム62を制御して燃料の圧力を高めておく。
The
燃料供給システム62においては、燃料ポンプ63によって燃料の圧力を上昇させる。そのため、燃料の圧力を上昇させるのには多少なりとも時間を要する。そのため、エンジン回転数が低下するときに備えて、手動変速機91のシフト変更があった時点で燃料の圧力を前もって高めておく。そうすることで、その後にエンジン回転数が低下したときに高い圧力の燃料を即座に噴射することができる。
In the
また、エンジン1は、排気ガスを前記気筒18内に導入するように構成された排気還流機構としての排気弁22及びVVL71をさらに備え、前記PCM10は、アイドリング時には、前記排気弁22及びVVL71によって前記気筒18内に前記排気ガスを導入すると共に、前記気筒18内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転するように構成されている。
The engine 1 further includes an
エンジン1は、発進前はアイドリング状態であり、そのアイドリング時にはEGRを行うと共に、圧縮着火燃焼を行っている。すなわち、発進前は、気筒18内を高温にして、混合気が自着火する環境にしている。そのため、このような状態で、エンジン回転数が低下して、未燃混合気が高温に晒される時間が長くなると、過早着火等の異常燃焼が生じ易くなる。つまり、このようなエンジン1においては、前述のリタード噴射を行うことが特に有効である。
The engine 1 is in an idling state before starting, and at the time of idling, EGR is performed and compression ignition combustion is performed. That is, before starting, the inside of the
また、前記PCM10は、前記気筒18内の温度が所定温度以上のときに、前記燃料噴射時期を遅角させる制御を行う。
Further, the
つまり、気筒18内の温度が低ければ、エンジン回転数が低下しても過早着火等の異常燃焼が生じる可能性が低い。そのため、気筒18内の温度が低いときには、燃料噴射時期を不要に遅角させない。それにより、吸気流動と混合気形成期間の長期化とが相俟って、均質な混合気が形成することができる。
That is, if the temperature in the
尚、PCM10は、燃料噴射時期を遅角させる際には、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内の所定のタイミングまで一律に遅角させているが、これに限られるものではない。例えば、PCM10は、気筒18内の温度(例えば、エンジン冷却水の温度)に応じて、燃料噴射時期を遅角させる量を調整してもよい。具体的には、気筒18内の温度が高いほど、燃料噴射時期を遅角させる量を多くしてもよい。つまり、気筒18内の温度が高くなるほど、過早着火等の異常燃焼が生じる可能性が高くなるので、それに応じて、燃料噴射時期を遅角させる量を多くする。こうすることで、異常燃焼の回避と均質な混合気の形成とのバランスを図ることができる。
In addition, when retarding the fuel injection timing, the
そのときには、燃料の圧力も、気筒18内の温度(例えば、エンジン冷却水の温度)に応じて調整してもよい。具体的には、気筒18内の温度が高くなるほど、燃料の圧力を高くしてもよい。前記の構成によれば、気筒18内の温度が高くなるほど、燃料噴射時期が遅角されるので、燃料の噴射開始時期から所望の着火タイミングまでの期間が短くなる。そのため、必要な燃料を、所望の着火タイミングまでに噴射し切れない虞もある。そこで、遅角させた燃料噴射時期から所望の着火タイミングまでの期間に必要な燃料を噴射し切れるような圧力に燃料の圧力を設定するようにする。
At that time, the fuel pressure may also be adjusted according to the temperature in the cylinder 18 (for example, the temperature of the engine coolant). Specifically, the fuel pressure may be increased as the temperature in the
《実施形態2》
続いて、実施形態2について説明する。
<< Embodiment 2 >>
Next, Embodiment 2 will be described.
実施形態2に係るエンジン1は、燃料の分割噴射を行う。 The engine 1 according to the second embodiment performs split fuel injection.
詳しくは、PCM10は、少なくともアイドリング領域(0)においては、インジェクタ67を制御して、吸気行程から圧縮行程中期までの間に1回、圧縮行程後期から膨張行程初期の間に1回、合計2回の燃料噴射を実行する。以下、先の燃料噴射を前段噴射、後の燃料噴射を後段噴射という。
Specifically, the
通常は、PCM10は、後段噴射の噴射量よりも前段噴射の噴射量の方を多くしており、より多くの燃料が圧縮行程後期までに噴射されるようにインジェクタ67を制御している。例えば、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との比を9:1に設定している。
Normally, the
それに対し、気筒18内の温度が高温であり、発進時に手動変速機91がニュートラルから他の変速段にシフト変更され、エンジン回転数が低下したときには、全噴射量に対する後段噴射の噴射量の割合を、シフト変更前よりも高くする。例えば、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との比を1:9に設定する。これにより、前述のリタード噴射と類似した作用効果を奏することができる。つまり、後段噴射の噴射量の割合を高くすることによって、高温に晒される燃料を低減することができ、過早着火等の異常燃焼の発生を抑制することができる。
On the other hand, when the temperature in the
また、後段噴射の噴射量の割合を高くするときには、燃料の圧力を高める。具体的には、燃料の圧力を30MPaとする。 Further, when increasing the ratio of the injection amount of the post-stage injection, the fuel pressure is increased. Specifically, the fuel pressure is set to 30 MPa.
後段噴射の噴射量の割合を高くすると、燃料の圧力によっては、必要な燃料を所望の着火時期までに噴射し切れない場合も生じ得る。そこで、燃料の圧力を高くすることによって、単位時間当たりに噴射される燃料が増大するので、必要な燃料を所望の着火時期までに噴射し切ることができる。 When the ratio of the injection amount of the post-injection is increased, depending on the fuel pressure, the required fuel may not be completely injected by the desired ignition timing. Therefore, by increasing the fuel pressure, the amount of fuel injected per unit time increases, so that the required fuel can be injected completely by the desired ignition timing.
さらに、燃料の圧力を上昇させると、前記噴射期間及び混合気形成期間を短縮することができる。そのため、同じ燃圧で後段噴射の噴射量の割合だけを高くする場合に比べて、未燃混合気が高温に晒される時間をより短くすることができる。 Further, when the fuel pressure is increased, the injection period and the mixture formation period can be shortened. Therefore, the time during which the unburned mixture is exposed to a high temperature can be shortened as compared with a case where only the ratio of the injection amount of the subsequent injection is increased at the same fuel pressure.
それに加えて、燃料の圧力を上昇させると、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、概ね均質な混合気を速やかに形成することができる。そのため、後段噴射の噴射量の割合を高くしたとしても、確実に圧縮着火させることができる。 In addition, when the fuel pressure is raised, the mixing property of the atomized fuel is increased, and a substantially homogeneous air-fuel mixture can be quickly formed. Therefore, even if the ratio of the injection amount of the post-stage injection is increased, the compression ignition can be surely performed.
また、実施形態1と同様に、PCM10は、手動変速機91のシフト変更があった時点で燃料の圧力を前もって高めておく。さらには、PCM10は、前記気筒18内の温度が所定温度以上のときに、前記後段噴射の噴射量の割合を高くする制御を行う。
Similarly to the first embodiment, the
したがって、実施形態2のエンジン1は、気筒18を有し、幾何学的圧縮比が15以上に設定されたエンジン本体と、前記エンジン本体に接続された手動変速機91と、前記気筒18内に燃料を噴射するように構成されたインジェクタ67と、少なくとも前記インジェクタ67を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成されたPCM10とを備え、前記PCM10は、吸気行程から圧縮行程の間に、少なくとも前段噴射と該前段噴射よりも後の後段噴射とを含む分割噴射を前記インジェクタ67に行わせるように構成されており、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記インジェクタ67による全噴射量に対する前記後段噴射の噴射量の割合を該手動変速機91の状態変更前よりも高くする。
Therefore, the engine 1 of the second embodiment includes the
前記の構成によれば、発進時に前記手動変速機91がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、後段噴射の噴射量の割合が高くなるため、長期間、高温に晒される燃料が低減される。その結果、過早着火等の異常燃焼の発生を抑制することができる。
According to the above configuration, when the
尚、前述の前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との比は一例であって、これ以外の比であってもよい。 In addition, the ratio of the injection quantity of the above-mentioned front | former stage injection and the injection quantity of a back | latter stage injection is an example, Comprising: Other ratios may be sufficient.
また、前段噴射が先で後段噴射が後である限り、それぞれの噴射時期をどのタイミングに設定してもよい。例えば、前段噴射及び後段噴射の両方を圧縮行程後期から膨張行程初期の間に設定してもよい。 Further, as long as the pre-injection is first and the post-injection is later, the respective injection timings may be set at any timing. For example, both the pre-stage injection and the post-stage injection may be set between the late stage of the compression stroke and the early stage of the expansion stroke.
さらに、全噴射量に対する後段噴射の噴射量の割合は、気筒18内の温度に応じて調整してもよい。具体的には、気筒18内の温度が高くなるほど、全噴射量に対する後段噴射の噴射量の割合を高くしてもよい。さらには、後段噴射の噴射量が多すぎると、燃料の圧力が低いままでは、所望の着火タイミングまでに必要な燃料を噴射し切れない場合も生じ得る。そこで、全噴射量に対する後段噴射の噴射量の割合を高くするのに合わせて、燃料の圧力を上昇させてもよい。
《その他の実施形態》
前記実施形態では、アイドリング領域(0)において、排気の二度開きによる内部EGRを行いつつ、圧縮着火燃焼を行っているが、これに限られるものではない。すなわち、アイドリング領域(0)においては、EGRを行っていてもよいし、行っていなくてもよい。EGRを行うとしても、排気の二度開きによるものでなくてもよい。また、燃焼形態も、圧縮着火燃焼に限られるものではない。
Furthermore, the ratio of the post-injection injection amount to the total injection amount may be adjusted according to the temperature in the
<< Other Embodiments >>
In the above-described embodiment, the compression ignition combustion is performed in the idling region (0) while performing the internal EGR by opening the exhaust twice, but this is not restrictive. That is, EGR may or may not be performed in the idling region (0). Even if EGR is performed, it does not have to be due to the double opening of the exhaust. Also, the combustion mode is not limited to compression ignition combustion.
前記実施形態1では、発進時のシフト変更があってエンジン回転数が低下したときに燃料噴射時期を圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内の所定のタイミングまで遅角させているが、これに限られるものではない。すなわち、シフト変更前よりも燃料噴射時期を遅角させる限りは、燃料噴射時期は前記タイミングに限られるものではない。 In the first embodiment, the fuel injection timing is retarded to a predetermined timing within the period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke when there is a shift change at the start and the engine speed decreases. It is not limited to. That is, as long as the fuel injection timing is retarded from before the shift change, the fuel injection timing is not limited to the above timing.
前記実施形態では、燃料噴射時期を遅角させるとき、又は後段噴射の噴射量の割合を高くするときには、燃料の圧力を高めているが、これに限られるものではない。すなわち、燃圧を変えることなく、燃料噴射時期を遅角させたり、後段噴射の噴射量の割合を高くしてもよい。 In the above embodiment, the fuel pressure is increased when the fuel injection timing is retarded, or when the ratio of the injection amount of the post-injection is increased, but this is not a limitation. That is, without changing the fuel pressure, the fuel injection timing may be retarded or the ratio of the injection amount of the subsequent injection may be increased.
前記フローチャートにおける各ステップは、前述の作用効果を奏する限りにおいては、適時順序を変更したり、並列に処理したりしてもよい。 Each step in the flowchart may be changed in a timely manner or may be processed in parallel as long as the above-described effects are achieved.
また、前記実施形態では、気筒18内の温度を、エンジン冷却水の水温を用いて間接的に検出しているが、これに限られるものではない。気筒18内の温度を検出できる限りにおいては、任意の構成を採用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the temperature in the
また、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒18内に設けたインジェクタ67ではなく、別途、吸気ポート16に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート16内に燃料を噴射してもよい。
In addition, fuel may be injected into the
また、エンジン1は、直列4気筒エンジンに限らず、直列3気筒、直列2気筒、直列6気筒エンジン等に適用してもよい。また、V型6気筒、V型8気筒、水平対向4気筒等の各種のエンジンに適用可能である。 The engine 1 is not limited to an in-line 4-cylinder engine, and may be applied to an in-line 3-cylinder, in-line 2-cylinder, in-line 6-cylinder engine, or the like. Further, the present invention can be applied to various engines such as a V type 6 cylinder, a V type 8 cylinder, and a horizontally opposed 4 cylinder.
さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。 Further, in the above description, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1) in the predetermined operation region, but the air-fuel ratio of the air-fuel mixture may be set to lean. However, setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio has the advantage that a three-way catalyst can be used.
図4に示す運転領域は例示であり、これ以外にも様々な運転領域を設けることが可能である。 The operation region shown in FIG. 4 is an example, and various operation regions other than this can be provided.
また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。 Further, the high-pressure retarded injection may be divided injection as necessary, and similarly, the intake stroke injection may also be divided injection as necessary. In these divided injections, fuel may be injected in each of the intake stroke and the compression stroke.
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As described above, the embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by the said embodiment and it can also be set as new embodiment. In addition, among the components described in the accompanying drawings and detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
以上説明したように、ここに開示された技術は、火花点火式直噴エンジンについて有用である。 As described above, the technology disclosed herein is useful for a spark ignition direct injection engine.
1 エンジン(エンジン本体)
10 PCM(制御器)
18 気筒
22 排気弁(排気還流機構)
62 燃料供給システム(燃圧設定機構)
67 インジェクタ(燃料噴射弁)
71 VVL(排気還流機構)
91 手動変速機
1 Engine (Engine body)
10 PCM (controller)
18
62 Fuel supply system (fuel pressure setting mechanism)
67 Injector (fuel injection valve)
71 VVL (exhaust gas recirculation mechanism)
91 Manual transmission
Claims (8)
前記エンジン本体に接続された手動変速機と、
前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
少なくとも前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期を該手動変速機の状態変更前よりも遅角させる火花点火式エンジン。 An engine body having cylinders and a geometric compression ratio set to 15 or higher;
A manual transmission connected to the engine body;
A fuel injection valve configured to inject fuel into the cylinder;
A controller configured to operate the engine body by controlling at least the fuel injection valve;
When the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting and the rotational speed of the engine body is reduced at the time of starting, the controller retards the fuel injection timing by the fuel injection valve from before the state change of the manual transmission. A spark ignition engine.
前記エンジン本体に接続された手動変速機と、
前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
少なくとも前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
前記制御器は、
吸気行程から圧縮行程の間に、少なくとも前段噴射と該前段噴射よりも後の後段噴射とを含む分割噴射を前記燃料噴射弁に行わせるように構成されており、
発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときには、前記燃料噴射弁による全噴射量に対する前記後段噴射の噴射量の割合を該手動変速機の状態変更前よりも高くする火花点火式エンジン。 An engine body having cylinders and a geometric compression ratio set to 15 or higher;
A manual transmission connected to the engine body;
A fuel injection valve configured to inject fuel into the cylinder;
A controller configured to operate the engine body by controlling at least the fuel injection valve;
The controller is
Between the intake stroke and the compression stroke, the fuel injection valve is configured to cause the fuel injection valve to perform split injection including at least the front injection and the rear injection after the front injection,
When the manual transmission is changed from the neutral state at the time of start-up, and the rotational speed of the engine body decreases, the ratio of the injection amount of the rear stage injection to the total injection amount by the fuel injection valve is set before the state change of the manual transmission. Spark ignited engine to make it higher.
前記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を設定するように構成された燃圧設定機構をさらに備え、
前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されて前記エンジン本体の回転数が低下したときの燃料噴射の燃料の圧力を、前記燃圧設定機構を制御して該手動変速機の状態変更前よりも高くする火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 1 or 2,
A fuel pressure setting mechanism configured to set a pressure of fuel injected by the fuel injection valve;
The controller controls the fuel pressure setting mechanism by controlling the fuel pressure setting mechanism when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of start and the engine body speed decreases, and the fuel pressure setting mechanism controls the manual transmission. A spark ignition engine that is higher than before the change of state.
前記制御器は、発進時に前記手動変速機がニュートラル状態から変更されたときに、前記燃圧設定機構を制御して燃料の圧力を高めておく火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 3,
The controller is a spark ignition type engine that controls the fuel pressure setting mechanism to increase the fuel pressure when the manual transmission is changed from the neutral state at the time of starting.
前記手動変速機の状態変更前よりも高められる燃料の圧力は、30MPa以上である火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 3,
A spark ignition engine in which the pressure of the fuel that is increased more than before the state change of the manual transmission is 30 MPa or more.
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流機構をさらに備え、
前記制御器は、アイドリング時には、前記排気還流機構によって前記気筒内に前記排気ガスを導入すると共に、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転するように構成されている火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 1 or 2,
An exhaust gas recirculation mechanism configured to introduce exhaust gas into the cylinder;
When idling, the controller introduces the exhaust gas into the cylinder by the exhaust gas recirculation mechanism and performs compression ignition combustion in which the air-fuel mixture in the cylinder is combusted by self-ignition so as to operate the engine body. A spark ignition engine that is configured to.
前記制御器は、前記気筒内の温度が所定温度以上のときに、前記燃料噴射時期を遅角させる制御を行う火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 1,
The controller is a spark ignition engine that performs control to retard the fuel injection timing when the temperature in the cylinder is equal to or higher than a predetermined temperature.
前記制御器は、前記気筒内の温度が所定温度以上のときに、前記後段噴射の噴射量の割合を高くする制御を行う火花点火式エンジン。 The spark ignition engine according to claim 2,
The controller is a spark ignition engine that performs control to increase a ratio of an injection amount of the post-stage injection when a temperature in the cylinder is equal to or higher than a predetermined temperature.
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