JP2014173532A - Compression self-ignition engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compression self-ignition engine which smoothly transitions from CI (combustion self-ignition) combustion to SI (spark ignition) combustion without involving abnormal combustion.SOLUTION: An intake passage 20 of an engine includes a high temperature passage 22 provided with heating means (26) for heating intake air, a low temperature passage 23 not provided with the heating means, and flow rate adjustment means (28, 29) for adjusting flow rate of the passages 22, 23, respectively. When the engine operates in a CI area A where CI combustion is performed, a part of the intake air is introduced into an engine body 1 through the high temperature passage 22. When the engine operates in an SI area B, a ratio of the intake air from the low temperature passage 23 is increased. When the engine is in a transitional operation in which an operation point transitions from the CI area A to the SI area B, the SI combustion is performed under a state in which a fuel injection starting time is delayed more than that of normal operation at the SI area A, the injection starting time during this transitional operation is set to be within a range from pre-compression top dead center 45°CA to post-compression top dead center 15°CA.

Description

本発明は、ガソリンを含有する燃料を自着火により燃焼させるCI燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能な圧縮自己着火式エンジンに関する。   The present invention relates to a compression self-ignition engine in which CI combustion in which fuel containing gasoline is burned by self-ignition can be executed in at least a part of the operation region.

従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼を採用することが一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。圧縮自己着火燃焼とは、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自着火により燃焼させることである。圧縮自己着火燃焼は、混合気が同時多発的に自着火する燃焼であり、火炎伝播により徐々に燃焼が拡がる火花点火燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られるといわれている。なお、以下では、火花点火燃焼(Spark Ignition Combustion)のことを「SI燃焼」と略称し、圧縮自己着火燃焼(Compression Self-Ignition Combustion)のことを「CI燃焼」と略称する。   Conventionally, in the field of gasoline engines, it has been common to employ spark ignition combustion in which an air-fuel mixture is forcibly combusted by spark ignition of an ignition plug. In recent years, instead of such spark ignition combustion, so-called spark ignition combustion has been adopted. Research is underway to apply compression auto-ignition combustion to gasoline engines. The compression self-ignition combustion is combustion of the air-fuel mixture by self-ignition in a high temperature and high pressure environment created by compression of the piston. Compressed self-ignition combustion is combustion in which an air-fuel mixture is self-ignited at the same time, and is said to have a shorter combustion period and higher thermal efficiency than spark ignition combustion in which combustion gradually expands by flame propagation. Hereinafter, the spark ignition combustion is abbreviated as “SI combustion”, and the compression self-ignition combustion is abbreviated as “CI combustion”.

上記CI燃焼は、燃料噴射量が少なく熱発生量が少ないエンジンの低負荷域では起き難い。そこで、このような低負荷域でも確実にCI燃焼を起こさせるために、エンジン本体に導入される吸気を強制的に加熱する吸気加熱手段を設けることが提案されている。例えば、吸気加熱手段を備えた圧縮自己着火式エンジンとして、下記の特許文献1および特許文献2が知られている。   The CI combustion is difficult to occur in a low load region of an engine with a small fuel injection amount and a small amount of heat generation. Therefore, it has been proposed to provide intake air heating means for forcibly heating the intake air introduced into the engine body in order to cause CI combustion reliably even in such a low load region. For example, the following Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as compression self-ignition engines provided with intake air heating means.

特許文献1には、排気ガスとの熱交換によって吸気を加熱する熱交換器を排気通路に設けたエンジンが開示されている。このエンジンの吸気通路と排気通路との間には、吸気通路から分岐して熱交換器を通った後に再び吸気通路へと戻されるバイパス通路が設けられている。バイパス通路の下流端部と吸気通路との接続部には、切換バルブが設けられており、この切換バルブの開度によって吸気の分岐流れが制御されるようになっている。具体的に、この特許文献1のエンジンでは、その部分負荷運転時に、バイパス通路への分岐流れを許容するように切換バルブが制御される。これにより、バイパス通路を通じて熱交換器に吸気が導入され、この熱交換器で加熱された吸気がエンジン本体に導入されることにより、CI燃焼が促進される。一方、この状態でエンジン負荷が増大するとノッキングの発生が懸念される。そこで、ノッキングが発生したと判定された場合には、バイパス通路への分岐流れを遮断するように切換バルブが制御され、吸気の加熱が停止される。さらに、エンジンの全負荷域では、吸気の加熱が停止される上に、燃焼形式がCI燃焼からSI燃焼に切り換えられる。   Patent Document 1 discloses an engine in which a heat exchanger that heats intake air by heat exchange with exhaust gas is provided in an exhaust passage. Between the intake passage and the exhaust passage of the engine, there is provided a bypass passage that branches from the intake passage, passes through the heat exchanger, and then returns to the intake passage again. A switching valve is provided at a connection portion between the downstream end portion of the bypass passage and the intake passage, and the branch flow of the intake air is controlled by the opening degree of the switching valve. Specifically, in the engine of Patent Document 1, the switching valve is controlled so as to allow a branch flow to the bypass passage during the partial load operation. Thus, intake air is introduced into the heat exchanger through the bypass passage, and intake air heated by the heat exchanger is introduced into the engine body, thereby promoting CI combustion. On the other hand, if the engine load increases in this state, there is a concern about the occurrence of knocking. Therefore, when it is determined that knocking has occurred, the switching valve is controlled so as to block the branch flow to the bypass passage, and the heating of the intake air is stopped. Furthermore, in the full load region of the engine, the heating of the intake air is stopped and the combustion mode is switched from CI combustion to SI combustion.

特許文献2には、吸気通路をバイパスするバイパス通路に吸気加熱手段としてのヒータを設けたエンジンが開示されている。バイパス通路の下流端部(吸気通路との接続部)には三方電磁弁が設けられており、この三方電磁弁の切換え制御により、ヒータを通じて加熱された高温の吸気がエンジン本体に導入される状態から、ヒータを通過しない未加熱の吸気がエンジン本体に導入される状態へと(またはその逆へと)切り換えられるようになっている。   Patent Document 2 discloses an engine in which a heater as intake heating means is provided in a bypass passage that bypasses the intake passage. A three-way solenoid valve is provided at the downstream end of the bypass passage (connection to the intake passage), and the high-temperature intake air heated through the heater is introduced into the engine body by switching control of the three-way solenoid valve. From this point, it is switched to a state where unheated intake air that does not pass through the heater is introduced into the engine body (or vice versa).

特開平11−62589号公報JP 11-62589 A 特開2006−283618号公報JP 2006-283618 A

上記特許文献1,2によれば、加熱手段により加熱された高温の吸気をエンジン本体に導入するか、未加熱の吸気をエンジン本体に導入するかを、エンジンの運転状態等に応じて切り換えることができるので、適正なCI燃焼が実行可能な領域を拡大できるという利点がある。   According to Patent Documents 1 and 2 described above, switching between introduction of high-temperature intake air heated by the heating means into the engine body or introduction of unheated intake air into the engine body is performed according to the operating state of the engine or the like. Therefore, there is an advantage that an area where proper CI combustion can be performed can be expanded.

ところで、CI燃焼を行わせるために高温の吸気をエンジン本体に導入している状態から、急に、SI燃焼が必要な運転状態(例えばエンジン高負荷域)に移行することがある。このとき、加熱手段による吸気の加熱を停止したとしても、その直前に加熱手段を通過した高温の吸気がまだ存在しているので、この高温の吸気がエンジン本体に導入されて消費されるまでの間に、ある程度の時間が必要となる。この期間中は、高負荷であるにもかかわらず高温の吸気がエンジン本体に導入されるので、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼が起き易くなる。そこで、高温の吸気が消費されるまでの間、燃料の噴射を停止する燃料カットを実行することが考えられる。しかしながら、そのようにすると、異常燃焼の発生は回避できても、エンジントルクが一時的に急減してトルクショックを招くことになる。   By the way, there is a case where the state where the high-temperature intake air is introduced into the engine body in order to perform the CI combustion suddenly shifts to an operation state where the SI combustion is required (for example, the engine high load region). At this time, even if heating of the intake air by the heating means is stopped, there is still high-temperature intake air that has passed through the heating means immediately before that, until this high-temperature intake air is introduced into the engine body and consumed. In the meantime, a certain amount of time is required. During this period, high-temperature intake air is introduced into the engine body despite a high load, and abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is likely to occur. Therefore, it is conceivable to execute a fuel cut that stops fuel injection until high-temperature intake air is consumed. However, by doing so, even if the occurrence of abnormal combustion can be avoided, the engine torque temporarily decreases suddenly and causes a torque shock.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、CI燃焼の実行時に吸気を加熱する加熱手段を備えながらも、異常燃焼を伴うことなくスムーズにCI燃焼からSI燃焼へと移行することが可能な圧縮自己着火式エンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and smoothly shifts from CI combustion to SI combustion without abnormal combustion, while having a heating means for heating the intake air during execution of CI combustion. It is an object of the present invention to provide a compression self-ignition engine that can be used.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、ガソリンを含有する燃料を燃焼室に噴射するインジェクタと燃焼室に火花を放電する点火プラグとを含むエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、予め定められたCI領域で上記燃料の自着火によるCI燃焼を実行させるとともに、CI領域よりも高負荷側の領域を含むSI領域で上記点火プラグの火花点火によるSI燃焼を実行させる制御手段とを備えた圧縮自己着火式エンジンであって、上記吸気通路は、吸気を加熱する加熱手段が設けられた高温通路と、高温通路と並列に延び、かつ加熱手段が設けられない低温通路と、高温通路および低温通路が集合した集合部と、集合部と上記エンジン本体とを接続する下流側通路と、上記高温通路および低温通路をそれぞれ流通する吸気の流量を調節する流量調節手段とを有し、上記制御手段は、上記CI領域での運転時に、吸気の少なくとも一部が上記高温通路を通じてエンジン本体に導入されるように上記流量調節手段を制御する一方、上記SI領域での運転時には、上記低温通路からエンジン本体に導入される吸気の割合が上記CI領域での運転時よりも増えるように上記流量調節手段を制御し、さらに、上記制御手段は、上記CI領域からSI領域へと運転ポイントが移行する過渡運転時に、上記SI領域での定常運転時よりも上記燃料の噴射開始時期を遅らせた状態でSI燃焼を実行し、かつその過渡運転時の噴射開始時期を、圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの範囲に含まれるように設定する、ことを特徴とするものである(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention relates to an engine body including an injector that injects fuel containing gasoline into a combustion chamber, an ignition plug that discharges sparks into the combustion chamber, and intake air that is introduced into the engine body. Is performed in the SI region including the region on the higher load side than the CI region, and the SI combustion is performed in the SI region including the region on the higher load side than the CI region. A compression self-ignition type engine having a control means for performing the above-described control, wherein the intake passage extends in parallel with the high temperature passage provided with the heating means for heating the intake air, and is provided with the heating means. A low temperature passage, a collecting portion where the high temperature passage and the low temperature passage are gathered, a downstream passage connecting the gathering portion and the engine body, and the high temperature passage and the low temperature passage A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the intake air flowing through, and the control means controls the flow rate so that at least a part of the intake air is introduced into the engine body through the high temperature passage during operation in the CI region. While controlling the adjusting means, during the operation in the SI region, the flow rate adjusting means is controlled so that the ratio of the intake air introduced from the low temperature passage into the engine body is larger than that during the operation in the CI region, The control means performs SI combustion in a state where the fuel injection start timing is delayed from the steady operation in the SI region during the transient operation in which the operation point shifts from the CI region to the SI region, And the injection start timing at the time of the transient operation is set so as to be included in the range of 45 ° CA before compression top dead center to 15 ° CA after compression top dead center. (Claim 1).

本発明によれば、CI燃焼の実行領域(CI領域)で、加熱手段で加熱された吸気が高温通路を通じてエンジン本体に導入されるので、負荷が低い条件でも確実に燃料を自着火させることができ、CI燃焼の安定性を高めることができる。一方、CI領域よりも高負荷側のSI領域では、低温通路から導入される低温の吸気が増量されて、その状態でSI燃焼が実行されるので、負荷が高い条件でも、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を伴わない適正な燃焼を実現することができる。   According to the present invention, since the intake air heated by the heating means is introduced into the engine body through the high temperature passage in the CI combustion execution region (CI region), the fuel can be surely self-ignited even under a low load condition. And the stability of CI combustion can be improved. On the other hand, in the SI area on the higher load side than the CI area, the low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage is increased and SI combustion is performed in that state, so knocking, pre-ignition, etc. Appropriate combustion without abnormal combustion can be realized.

その上で、本発明では、CI領域からSI領域へと移行する過渡運転時に、移行先のSI領域での噴射開始時期よりも遅れた所定のクランク角範囲(圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CA)で燃料の噴射が開始され、それに基づきSI燃焼が実行される。すると、その直前に加熱された高温の吸気が一時的に燃焼室に導入されたとしても、これに合わせて燃料噴射の開始時期が大幅に遅らされることで、燃料が圧縮上死点付近の高温環境下に晒される時間が短くされ、その結果、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼が回避される。また、異常燃焼回避のために一時的に燃料をカットしたような場合と異なり、燃焼が停止されずに継続されるので、エンジントルクが急減するトルクショックのような事態が生じることもない。このように、本発明によれば、異常燃焼を伴うことなく、しかもスムーズに、上記CI燃焼からSI燃焼への移行を行うことができる。   In addition, according to the present invention, during a transient operation that shifts from the CI region to the SI region, a predetermined crank angle range (from 45 ° CA before compression top dead center) that is delayed from the injection start time in the SI region of the transfer destination. At 15 ° CA after compression top dead center, fuel injection is started, and SI combustion is performed based on the fuel injection. Then, even if the high-temperature intake air heated immediately before that is temporarily introduced into the combustion chamber, the fuel injection start time is greatly delayed in accordance with this, so that the fuel is near the compression top dead center. As a result, the abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is avoided. Further, unlike the case where fuel is temporarily cut to avoid abnormal combustion, the combustion is continued without being stopped, so that a situation such as a torque shock in which the engine torque rapidly decreases does not occur. Thus, according to the present invention, the transition from the CI combustion to the SI combustion can be performed smoothly without accompanying abnormal combustion.

本発明において、好ましくは、上記SI領域での定常運転時に設定される燃料の噴射開始時期が、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの範囲に含まれる(請求項2)。   In the present invention, the fuel injection start timing set during steady operation in the SI region is preferably within a range from 50 ° CA before compression top dead center to 10 ° CA after compression top dead center. 2).

このようなSI領域での噴射の開始時期は、上述した過渡運転のときに比べれば早いものの、圧縮上死点に比較的近い充分に遅れたタイミングということができる。負荷の高い条件下においてこのような遅めのタイミングで噴射された燃料は、噴射後間もなく行われる火花点火をきっかけに燃焼し、比較的急速に燃え広がるので、高い熱効率を得ることができるとともに、異常燃焼の発生を防止することができる。   Although the injection start timing in such an SI region is earlier than that in the transient operation described above, it can be said that the timing is sufficiently delayed relatively close to the compression top dead center. Fuel that is injected at such a late timing under high load conditions burns with the spark ignition that occurs shortly after injection, and spreads relatively quickly, so that high thermal efficiency can be obtained, The occurrence of abnormal combustion can be prevented.

上記SI領域での定常運転時、および、上記CI領域からSI領域への過渡運転時は、上記インジェクタから2回以上に分割して燃料を噴射してもよい。このような分割噴射を行う場合は、燃料の最終段の噴射開始時期を、SI領域での定常運転のときは圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの範囲に設定し、上記CI領域からSI領域への過渡運転のときは圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの範囲に設定すればよい(請求項3)。   During steady operation in the SI region and during transient operation from the CI region to the SI region, fuel may be injected in two or more times from the injector. When such split injection is performed, the fuel injection start timing of the final stage is set in a range from 50 ° CA before compression top dead center to 10 ° CA after compression top dead center during steady operation in the SI region. In the transient operation from the CI region to the SI region, a range from 45 ° CA before compression top dead center to 15 ° CA after compression top dead center may be set.

本発明において、好ましくは、上記SI領域からCI領域へと運転ポイントが移行する逆過渡運転時にはSI燃焼が実行され、かつそのときの燃料の噴射開始時期は、上記CI領域からSI領域への過渡運転時よりも早い時期に設定される(請求項4)。   In the present invention, preferably, SI combustion is performed during reverse transient operation in which the operating point shifts from the SI region to the CI region, and the fuel injection start timing at that time is a transient from the CI region to the SI region. The time is set earlier than the time of operation (claim 4).

この構成によれば、CI領域に移行した直後であるために未だに高温の吸気がエンジン本体に導入されていない状況(つまり低温の吸気が多くを占める状況)でも、早めの燃料噴射に基づくSI燃焼が実行されることにより、例えば失火が起きることが回避され、適正な燃焼を継続的に行わせることができる。   According to this configuration, SI combustion based on early fuel injection is performed even in a situation where high-temperature intake air has not yet been introduced into the engine body since it has just shifted to the CI region (ie, low-temperature intake air occupies much). By executing the above, for example, misfire can be avoided and proper combustion can be continuously performed.

本発明において、好ましくは、上記低温通路には、その内部を流通する吸気を冷却する冷却手段が設けられる(請求項5)。   In the present invention, preferably, the low temperature passage is provided with a cooling means for cooling the intake air flowing through the inside thereof (Claim 5).

この構成によれば、低温通路を通過した後の吸気の温度が安定するので、低温通路および高温通路の下流側で混合される吸気の温度を、高い精度で所望の温度範囲に調節することができる。   According to this configuration, since the temperature of the intake air after passing through the low temperature passage is stabilized, the temperature of the intake air mixed on the downstream side of the low temperature passage and the high temperature passage can be adjusted to a desired temperature range with high accuracy. it can.

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火式エンジンによれば、CI燃焼の実行時に吸気を加熱する加熱手段を備えながらも、異常燃焼を伴うことなくスムーズにCI燃焼からSI燃焼へと移行することができる。   As described above, according to the compression self-ignition engine of the present invention, it is possible to smoothly shift from the CI combustion to the SI combustion without abnormal combustion even though the heating means for heating the intake air at the time of performing the CI combustion is provided. can do.

本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火式エンジンの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole compression self-ignition type engine composition concerning one embodiment of the present invention. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. 上記エンジンの運転領域を燃焼モードの相違によって複数の領域に分けたマップである。It is the map which divided the operation area | region of the said engine into the several area | region by the difference in combustion mode. 上記エンジンの各運転状態で実行される燃焼モードを模式的に表した説明図であり、(a)はHCCIモード、(b)はリタードCIモード、(c)はリタードSIモードをそれぞれ表している。It is explanatory drawing which represented typically the combustion mode performed in each driving | running state of the said engine, (a) represents HCCI mode, (b) represents retard CI mode, (c) represents retard SI mode, respectively. . 上記エンジンの負荷が変化した場合の各種状態量の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of various state quantities when the load of the said engine changes. 上記エンジンの運転中に行われる制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control performed during the driving | operation of the said engine. CI燃焼からSI燃焼へと移行する過渡SIモードでの制御内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control content in the transient SI mode which transfers from CI combustion to SI combustion. SI燃焼からCI燃焼へと移行する逆過渡SIモードでの制御内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control content in the reverse transient SI mode which transfers to SI combustion from SI combustion.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火式エンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ複数の気筒2(図1にはそのうちの1つの気筒のみを示す)を有するエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気通路30と、排気通路30を流通する排気ガスの一部を吸気通路20に還流するためのEGR装置40と、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機50とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a compression self-ignition engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is a 4-cycle gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for traveling. Specifically, this engine has an engine body 1 having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in FIG. 1) arranged in a row in a direction orthogonal to the paper surface, and air is introduced into the engine body 1. An intake passage 20 for exhausting the exhaust gas, an exhaust passage 30 for discharging exhaust gas generated in the engine body 1, and an EGR device 40 for returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20. And a turbocharger 50 driven by the energy of the exhaust gas.

エンジン本体1は、上記複数の気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。   The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which the plurality of cylinders 2 are formed, a cylinder head 4 provided on the top of the cylinder block 3, and a piston 5 that is inserted into each cylinder 2 so as to be slidable back and forth. have.

ピストン5の上方には燃焼室10が形成されており、この燃焼室10には、後述するインジェクタ11からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室10で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。なお、当実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい。   A combustion chamber 10 is formed above the piston 5, and fuel is supplied to the combustion chamber 10 by injection from an injector 11 described later. The injected fuel burns in the combustion chamber 10, and the piston 5 pushed down by the expansion force due to the combustion reciprocates in the vertical direction. In addition, since the engine of this embodiment is a gasoline engine, gasoline is used as fuel. However, it is not necessary that all of the fuel is gasoline, and for example, subcomponents such as alcohol may be included in the fuel.

ピストン5は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15とコネクティングロッド16を介して連結されており、上記ピストン5の往復運動に応じてクランク軸15が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to a crankshaft 15 that is an output shaft of the engine body 1 via a connecting rod 16, and the crankshaft 15 rotates about the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5. Yes.

各気筒2の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室10の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室10の容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である17以上23以下に設定されている。これは、ガソリンを自着火により燃焼させるCI燃焼を実現するために、燃焼室10を大幅に高温・高圧化する必要があるからである。   The geometric compression ratio of each cylinder 2, that is, the ratio of the volume of the combustion chamber 10 when the piston 5 is at the bottom dead center to the volume of the combustion chamber 10 when the piston 5 is at the top dead center is Is set to 17 to 23 which is a considerably high value. This is because it is necessary to significantly increase the temperature and pressure of the combustion chamber 10 in order to realize CI combustion in which gasoline is burned by self-ignition.

シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気(以下、吸気ともいう)を各気筒2の燃焼室10に導入するための吸気ポート6と、各気筒2の燃焼室10で生成された排気ガスを排気通路30に導出するための排気ポート7と、吸気ポート6の燃焼室10側の開口を開閉する吸気弁8と、排気ポート7の燃焼室10側の開口を開閉する排気弁9とが設けられている。   The cylinder head 4 is generated in the intake port 6 for introducing air (hereinafter also referred to as intake air) supplied from the intake passage 20 into the combustion chamber 10 of each cylinder 2 and in the combustion chamber 10 of each cylinder 2. An exhaust port 7 for leading the exhaust gas to the exhaust passage 30, an intake valve 8 for opening and closing the opening of the intake port 6 on the combustion chamber 10 side, and an exhaust valve 9 for opening and closing the opening of the exhaust port 7 on the combustion chamber 10 side And are provided.

吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構18,19により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。   The intake valve 8 and the exhaust valve 9 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 15 by valve mechanisms 18 and 19 including a pair of camshafts disposed in the cylinder head 4.

吸気弁8用の動弁機構18には、吸気弁8のリフト量を連続的に(無段階で)変更することが可能な可変機構18aが組み込まれている。このような構成の可変機構18aは、連続可変バルブリフト機構(CVVL)などとして既に公知であり、具体的な構成例として、吸気弁8駆動用のカムをカム軸の回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置(レバー比)を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって上記カムの揺動量(吸気弁8を押し下げる量と期間)を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる。   The valve mechanism 18 for the intake valve 8 incorporates a variable mechanism 18a capable of continuously (steplessly) changing the lift amount of the intake valve 8. The variable mechanism 18a having such a configuration is already known as a continuously variable valve lift mechanism (CVVL) or the like. As a specific configuration example, a cam for driving the intake valve 8 is reciprocally rocked in conjunction with the rotation of the cam shaft. A link mechanism for dynamic movement, a control arm for variably setting the arrangement (lever ratio) of the link mechanism, and a swing amount of the cam (amount and a period for depressing the intake valve 8) by electrically driving the control arm And a stepping motor that changes the angle.

排気弁9用の動弁機構19には、吸気行程中に排気弁9を押し下げる機能を有効または無効にする切替機構19aが組み込まれている。すなわち、この切替機構19aは、排気弁9を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁9の開弁動作(いわゆる排気弁9の2度開き)を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。   The valve mechanism 19 for the exhaust valve 9 incorporates a switching mechanism 19a that enables or disables the function of depressing the exhaust valve 9 during the intake stroke. That is, the switching mechanism 19a enables the exhaust valve 9 to be opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and opens the exhaust valve 9 during the intake stroke (so-called exhaust valve 9 is opened twice). It has a function to switch between executing and stopping.

このような構成の切替機構19aは既に公知であり、その具体例として、排気弁9駆動用の通常のカム(排気行程中に排気弁9を押し下げるカム)とは別に吸気行程中に排気弁9を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁9に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる。   The switching mechanism 19a having such a configuration is already known, and as a specific example thereof, the exhaust valve 9 is operated during the intake stroke separately from a normal cam for driving the exhaust valve 9 (a cam for pushing the exhaust valve 9 during the exhaust stroke). And a so-called lost motion mechanism that enables or disables transmission of the driving force of the sub-cam to the exhaust valve 9.

上記切替機構19aのサブカムによる排気弁9の押し下げが有効にされると、排気弁9が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁させられるので、高温の排気ガスが排気ポート7から燃焼室10に逆流する、いわゆる内部EGRが実現され、燃焼室10の高温化が図られるとともに、燃焼室10に導入される吸気の量が低減される。   When the depression of the exhaust valve 9 by the sub cam of the switching mechanism 19a is validated, the exhaust valve 9 is opened not only during the exhaust stroke but also during the intake stroke, so that hot exhaust gas is discharged from the exhaust port 7 to the combustion chamber. 10, so-called internal EGR that flows back to the combustion chamber 10 is realized, the temperature of the combustion chamber 10 is increased, and the amount of intake air introduced into the combustion chamber 10 is reduced.

シリンダヘッド4には、燃焼室10に向けて燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ11と、インジェクタ11から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ12とが、各気筒2につきそれぞれ1組ずつ設けられている。   The cylinder head 4 includes an injector 11 that injects fuel (gasoline) toward the combustion chamber 10, and an ignition plug 12 that supplies ignition energy by spark discharge to the fuel / air mixture injected from the injector 11. However, one set is provided for each cylinder 2.

インジェクタ11は、ピストン5の上面を臨むような姿勢でシリンダヘッド4に設けられている。各気筒2のインジェクタ11にはそれぞれ燃料供給管13が接続されており、各燃料供給管13を通じて供給される燃料(ガソリン)が、インジェクタ11の先端部に設けられた複数の噴孔(図示省略)から噴射されるようになっている。   The injector 11 is provided in the cylinder head 4 so as to face the upper surface of the piston 5. A fuel supply pipe 13 is connected to the injector 11 of each cylinder 2, and fuel (gasoline) supplied through each fuel supply pipe 13 is provided with a plurality of injection holes (not shown) provided at the tip of the injector 11. ) Is sprayed from.

より具体的に、燃料供給管13の上流側には、エンジン本体1により駆動されるプランジャー式のポンプ等からなるサプライポンプ14が設けられているとともに、このサプライポンプ14と燃料供給管13との間には、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレール(図示省略)が設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ11に供給されることにより、各インジェクタ11からは、最大で120MPa程度の高い圧力の燃料が噴射可能となされている。   More specifically, a supply pump 14 including a plunger pump driven by the engine body 1 is provided on the upstream side of the fuel supply pipe 13, and the supply pump 14, the fuel supply pipe 13, A common rail (not shown) for pressure accumulation common to all cylinders is provided between the two. Then, the fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 11 of the respective cylinders 2, so that a fuel having a high pressure of about 120 MPa at the maximum can be injected from each injector 11.

インジェクタ11から噴射される燃料の噴射圧力(以下、単に燃圧ともいう)は、サプライポンプ14から圧送された燃料の一部を燃料タンク側に戻す量(燃料の逃がし量)を増減させることにより調節可能である。すなわち、サプライポンプ14には、燃料の逃がし量を調節するための燃圧制御弁14a(図2参照)が内蔵されており、この燃圧制御弁14aを用いて燃圧を所定範囲内(例えば20〜120MPaの間)で調節することが可能とされている。   The injection pressure of the fuel injected from the injector 11 (hereinafter also simply referred to as fuel pressure) is adjusted by increasing or decreasing the amount (amount of fuel escape) that returns a part of the fuel pumped from the supply pump 14 to the fuel tank side. Is possible. That is, the supply pump 14 has a built-in fuel pressure control valve 14a (see FIG. 2) for adjusting the amount of fuel escape, and the fuel pressure is controlled within a predetermined range (for example, 20 to 120 MPa) using the fuel pressure control valve 14a. It is possible to adjust in (between).

吸気通路20は、1本の共通通路21と、共通通路21の下流端部(吸気の流れ方向下流側の端部)から2股状に分岐した高温通路22および低温通路23と、両通路22,23の各下流端部に接続された所定容積のサージタンク24と、サージタンク24から下流側に延びて各気筒2の吸気ポート6とそれぞれ連通する複数本の独立通路25(図1にはそのうちの1本のみを示す)とを有している。なお、サージタンク24は本発明にかかる「集合部」に相当し、独立通路25は本発明にかかる「下流側通路」に相当する。   The intake passage 20 includes one common passage 21, a high-temperature passage 22 and a low-temperature passage 23 that are bifurcated from the downstream end portion (end portion on the downstream side in the intake flow direction) of the common passage 21, and both passages 22. , 23 and a plurality of independent passages 25 (shown in FIG. 1) connected to the intake ports 6 of the cylinders 2 extending downstream from the surge tank 24 and communicating with the intake ports 6 respectively. Only one of them is shown). The surge tank 24 corresponds to the “aggregate part” according to the present invention, and the independent passage 25 corresponds to the “downstream side passage” according to the present invention.

高温通路22には、吸気を加熱するインターウォーマ26が設けられている。インターウォーマ26は、エンジン本体1を冷却する冷却水との熱交換によって吸気を加熱する熱交換器であり、本発明にかかる「加熱手段」に相当するものである。詳しい図示を省略するが、インターウォーマ26の内部には、吸気が流通可能な多数のチューブが配設されており、そのチューブの周囲領域にエンジンの冷却水が導入されるようになっている。高温通路22に流れ込んだ吸気は、インターウォーマ26内を上記多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、エンジンの冷却水との熱交換によって加熱される。その結果、インターウォーマ26を通過した後の吸気の温度は、エンジンの冷却水の温度(暖機が完了した温間時で約75〜90℃)とほぼ同一の温度まで上昇させられる。   The high temperature passage 22 is provided with an interwarmer 26 for heating the intake air. The interwarmer 26 is a heat exchanger that heats the intake air by heat exchange with the cooling water that cools the engine body 1, and corresponds to a “heating means” according to the present invention. Although not shown in detail, a large number of tubes through which intake air can flow are arranged inside the interwarmer 26, and engine cooling water is introduced into a peripheral region of the tubes. The intake air that has flowed into the high-temperature passage 22 circulates in the above-described numerous tubes through the interwarmer 26, and in the process, is heated by heat exchange with engine coolant. As a result, the temperature of the intake air after passing through the interwarmer 26 is raised to substantially the same temperature as the temperature of the cooling water of the engine (about 75 to 90 ° C. when the warm-up is completed).

低温通路23には、吸気を冷却するインタークーラ27が設けられている。インタークーラ27は、車両のエンジンルームに導入される走行風との熱交換によって吸気を冷却する空冷式の熱交換であり、本発明にかかる「冷却手段」に相当するものである。詳しい図示を省略するが、インタークーラ27の内部には、吸気が流通可能な多数のチューブが配設されており、そのチューブの周囲領域に走行風が導入されるようになっている。低温通路23に流れ込んだ吸気は、インタークーラ27内を上記多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、走行風との熱交換によって冷却される。これにより、吸気通路20の共通通路21を流れる過程で昇温した吸気、特にターボ過給機50で圧縮されることにより昇温した吸気が、インタークーラ27を経て再び外気と同程度の温度まで冷却される。   The low temperature passage 23 is provided with an intercooler 27 for cooling the intake air. The intercooler 27 is an air-cooling type heat exchange that cools intake air by heat exchange with traveling wind introduced into the engine room of the vehicle, and corresponds to a “cooling means” according to the present invention. Although not shown in detail, a large number of tubes through which intake air can flow are arranged inside the intercooler 27, and traveling air is introduced into the area around the tubes. The intake air that has flowed into the low-temperature passage 23 circulates in the intercooler 27 divided into a large number of tubes, and in the process, is cooled by heat exchange with the traveling wind. As a result, the intake air whose temperature has increased in the course of flowing through the common passage 21 of the intake passage 20, particularly the intake air whose temperature has been increased by being compressed by the turbocharger 50, again reaches the same temperature as the outside air via the intercooler 27. To be cooled.

高温通路22におけるインターウォーマ26よりも下流側(インターウォーマ26とサージタンク24との間)には、高温通路22を流通する吸気の流量を調節する第1スロットル弁28が設けられている。同様に、低温通路23におけるインタークーラ27よりも下流側(インタークーラ27とサージタンク24との間)には、低温通路23を流通する吸気の流量を調節する第2スロットル弁29が設けられている。なお、これら第1スロットル弁28および第2スロットル弁29は、本発明にかかる「流量調節手段」に相当するものである。   A first throttle valve 28 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the high temperature passage 22 is provided downstream of the inter warmer 26 in the high temperature passage 22 (between the inter warmer 26 and the surge tank 24). Similarly, a second throttle valve 29 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the low temperature passage 23 is provided downstream of the inter cooler 27 in the low temperature passage 23 (between the intercooler 27 and the surge tank 24). Yes. The first throttle valve 28 and the second throttle valve 29 correspond to the “flow rate adjusting means” according to the present invention.

詳細な図示を省略するが、第1、第2スロットル弁28,29は、ともに、円筒状のバルブボディと、バルブボディの内部に回転可能に設けられたディスク状の弁体と、弁体を回転させる駆動源としての電気モータとを備えた電動式のバタフライ弁である。高温通路22および低温通路23を流通する各吸気の流量は、電気モータにより回転駆動される弁体の回転角度(開度)に基づき調節される。また、弁体の駆動源が電気モータであるため、例えば機械式のスロットル弁(車両に備わるアクセルペダルとワイヤー等で連係されたもの)を用いた場合と異なり、アクセルペダルの開度とは関係なく自由に各スロットル弁28,29の開度を変更することが可能である。   Although not shown in detail, each of the first and second throttle valves 28 and 29 includes a cylindrical valve body, a disc-shaped valve body rotatably provided inside the valve body, and a valve body. An electric butterfly valve provided with an electric motor as a drive source for rotation. The flow rate of each intake air flowing through the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 is adjusted based on the rotation angle (opening degree) of a valve body that is rotationally driven by an electric motor. In addition, since the drive source of the valve body is an electric motor, for example, unlike the case of using a mechanical throttle valve (linked with an accelerator pedal and a wire provided in a vehicle), it is related to the opening of the accelerator pedal. It is possible to freely change the opening degree of each throttle valve 28, 29.

このように、当実施形態では、第1、第2スロットル弁28,29として同様の構造のバタフライ弁が用いられている。ただし、各弁のボア径、つまりディスク状の弁体が着座する部分におけるバルブボディの内径を比較すると、当実施形態では、高温通路22用の第1スロットル弁28のボア径の方が、低温通路23用の第2スロットル弁29のボア径よりも小さく設定されている。   Thus, in the present embodiment, butterfly valves having the same structure are used as the first and second throttle valves 28 and 29. However, when comparing the bore diameter of each valve, that is, the inner diameter of the valve body at the portion where the disc-shaped valve body is seated, in this embodiment, the bore diameter of the first throttle valve 28 for the high-temperature passage 22 is lower. The bore diameter of the second throttle valve 29 for the passage 23 is set to be smaller.

排気通路30は、各気筒2の排気ポート7と連通する複数本の独立通路31(図1にはそのうちの1本のみを示す)と、独立通路31の各下流端部(排気ガスの流れ方向下流側の端部)が集合した排気集合部32と、排気集合部32から下流側に延びる1本の共通通路33とを有している。   The exhaust passage 30 includes a plurality of independent passages 31 (only one of which is shown in FIG. 1) communicating with the exhaust port 7 of each cylinder 2, and each downstream end of the independent passage 31 (exhaust gas flow direction). An exhaust collecting portion 32 in which downstream end portions are gathered, and one common passage 33 extending downstream from the exhaust collecting portion 32.

EGR装置40は、排気通路30と吸気通路20とを互いに連通するEGR通路41と、EGR通路41の途中部に設けられたEGRクーラ42および低温EGR弁43と、EGR通路41から分岐するように設けられたバイパス通路45と、バイパス通路45に設けられた高温EGR弁46とを有している。   The EGR device 40 branches from the EGR passage 41, an EGR passage 41 that connects the exhaust passage 30 and the intake passage 20, an EGR cooler 42 and a low temperature EGR valve 43 that are provided in the middle of the EGR passage 41. A bypass passage 45 provided and a high-temperature EGR valve 46 provided in the bypass passage 45 are provided.

EGR通路41は、排気通路30を流通する排気ガスの一部を吸気通路20に還流するための通路であり、当実施形態では、排気通路30の排気集合部32と吸気通路20の独立通路25とを互いに連通している。なお、図示しないが、EGR通路41の下流部(吸気通路20側の端部)は、気筒2ごとに設けられた独立通路25の数に対応して複数本に分岐しており、各独立通路25と1対1で接続されている。   The EGR passage 41 is a passage for returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20. In the present embodiment, the EGR passage 41 is an independent passage 25 of the exhaust collecting portion 32 of the exhaust passage 30 and the intake passage 20. And communicate with each other. Although not shown, the downstream portion (the end portion on the intake passage 20 side) of the EGR passage 41 is branched into a plurality of branches corresponding to the number of independent passages 25 provided for each cylinder 2. 25 and 1 to 1 are connected.

EGRクーラ42は、EGR通路41を流通する排気ガスを冷却するための水冷式の熱交換器である。すなわち、EGRクーラ42では、その内部に導入される冷却水との熱交換によって排気ガスが冷却される。EGRクーラ42で用いられる冷却水は、エンジン本体1を冷却するための冷却水(エンジン冷却水)と同じものを用いてもよいが、当実施形態では、より高い冷却効果を得るために、エンジン冷却水とは別の冷却水が用いられる。このため、当実施形態の車両のエンジンルームには、エンジン冷却水を外気との熱交換によって冷却するためのメインラジエータとは別に、EGRクーラ42用の冷却水を冷却するためのサブラジエータが設けられる(いずれも図示省略)。   The EGR cooler 42 is a water-cooled heat exchanger for cooling the exhaust gas flowing through the EGR passage 41. That is, in the EGR cooler 42, the exhaust gas is cooled by heat exchange with the cooling water introduced therein. The cooling water used in the EGR cooler 42 may be the same as the cooling water (engine cooling water) for cooling the engine main body 1, but in this embodiment, in order to obtain a higher cooling effect, the engine A cooling water different from the cooling water is used. For this reason, in the engine room of the vehicle of the present embodiment, a sub radiator for cooling the cooling water for the EGR cooler 42 is provided in addition to the main radiator for cooling the engine cooling water by heat exchange with the outside air. (Both not shown).

低温EGR弁43は、EGR通路41におけるEGRクーラ42よりも下流側に設けられた電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、EGR通路41を通じて吸気通路20に還流される排気ガスの量が調節されるようになっている。   The low temperature EGR valve 43 is an electric valve provided on the downstream side of the EGR cooler 42 in the EGR passage 41, and the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 20 through the EGR passage 41 according to the opening / closing operation thereof. Is to be adjusted.

バイパス通路45は、EGRクーラ42およびEGR弁43の双方をバイパスするように設けられており、EGR通路41におけるEGRクーラ42の上流側部位とEGR弁43の下流側部位とを互いに連通している。   The bypass passage 45 is provided so as to bypass both the EGR cooler 42 and the EGR valve 43, and the upstream portion of the EGR cooler 42 and the downstream portion of the EGR valve 43 in the EGR passage 41 communicate with each other. .

高温EGR弁46は、バイパス通路45に設けられた電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、EGR通路41からバイパス通路45へ分岐する排気ガスの量が調節されるようになっている。   The high temperature EGR valve 46 is an electric valve provided in the bypass passage 45, and the amount of exhaust gas branched from the EGR passage 41 to the bypass passage 45 is adjusted according to the opening / closing operation thereof. .

以上のようなEGR装置40において、低温EGR弁43および高温EGR弁46の双方が閉じられると、EGR通路41またはバイパス通路45を流通する排気ガスの流れが遮断されて、吸気通路20へと還流される排気ガスの量は実質的にゼロになる。一方、低温EGR弁43が開かれて高温EGR弁46が閉じられたときには、排気ガスはEGR通路41のみを通って吸気通路20へと還流される。このため、吸気通路20に還流される排気ガスは、その全てが、EGRクーラ42によって冷却された低温の排気ガスとなる。この状態からさらに高温EGR弁46が開かれたとき、つまり低温EGR弁43および高温EGR弁46の双方が開かれたときには、排気ガスはEGR通路41およびバイパス通路45に分かれた後に吸気通路20へと還流される。このため、吸気通路20に還流される排気ガスは、EGRクーラ42によって冷却された低温の排気ガスと、EGRクーラ42によって冷却されない高温の排気ガスとが混合したものになる。   In the EGR device 40 as described above, when both the low temperature EGR valve 43 and the high temperature EGR valve 46 are closed, the flow of the exhaust gas flowing through the EGR passage 41 or the bypass passage 45 is interrupted and recirculated to the intake passage 20. The amount of exhaust gas produced is substantially zero. On the other hand, when the low-temperature EGR valve 43 is opened and the high-temperature EGR valve 46 is closed, the exhaust gas is recirculated to the intake passage 20 through the EGR passage 41 only. Therefore, all of the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 becomes low-temperature exhaust gas cooled by the EGR cooler 42. When the high temperature EGR valve 46 is further opened from this state, that is, when both the low temperature EGR valve 43 and the high temperature EGR valve 46 are opened, the exhaust gas is divided into the EGR passage 41 and the bypass passage 45 and then to the intake passage 20. And refluxed. For this reason, the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 is a mixture of the low-temperature exhaust gas cooled by the EGR cooler 42 and the high-temperature exhaust gas not cooled by the EGR cooler 42.

ターボ過給機50は、排気通路30の共通通路33に設けられたタービン51と、吸気通路20の共通通路21に設けられたコンプレッサ52と、これらタービン51およびコンプレッサ52を互いに連結する連結軸53とを有している。エンジンの運転中、エンジン本体1の各気筒2から排気通路30に排気ガスが排出されると、その排気ガスがターボ過給機50のタービン51を通過することにより、タービン51が排気ガスのエネルギーを受けて高速で回転する。また、タービン51と連結軸53を介して連結されたコンプレッサ52がタービン51と同じ回転速度で回転させられることにより、吸気通路20を通過する吸気が加圧されて、エンジン本体1の各気筒2へと圧送される。   The turbocharger 50 includes a turbine 51 provided in the common passage 33 of the exhaust passage 30, a compressor 52 provided in the common passage 21 of the intake passage 20, and a connecting shaft 53 that connects the turbine 51 and the compressor 52 to each other. And have. When the exhaust gas is discharged from each cylinder 2 of the engine body 1 to the exhaust passage 30 during the operation of the engine, the exhaust gas passes through the turbine 51 of the turbocharger 50, so that the turbine 51 has the energy of the exhaust gas. And rotate at high speed. Further, when the compressor 52 connected to the turbine 51 via the connecting shaft 53 is rotated at the same rotational speed as the turbine 51, the intake air passing through the intake passage 20 is pressurized and each cylinder 2 of the engine body 1 is pressurized. Pumped to

(2)制御系
次に、図2を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がECU(エンジン制御ユニット)60によって統括的に制御される。ECU60は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等を含むマイクロプロセッサからなり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
(2) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. Each part of the engine of this embodiment is comprehensively controlled by an ECU (engine control unit) 60. As is well known, the ECU 60 includes a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and corresponds to a control unit according to the present invention.

ECU60には、エンジンおよびこれを搭載する車両に設けられた複数のセンサから種々の情報が入力される。   Various information is input to the ECU 60 from a plurality of sensors provided in the engine and a vehicle on which the engine is mounted.

具体的に、エンジンには、図1および図2に示すように、エンジン本体1のクランク軸15の回転速度を検出するエンジン速度センサSN1と、エンジン本体1の冷却水の温度を検出する水温センサSN2と、サージタンク24を通過する吸気の温度を検出する吸気温センサSN3と、サージタンク24を通過する吸気の流量を検出するエアフローセンサSN4とが設けられている。また、車両には、外気温を検出する外気温センサSN5と、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN6とが設けられている。ECU60は、これらのセンサSN1〜SN6と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報(エンジンの回転速度、冷却水の温度、吸気の温度‥‥など)を取得する。   Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the engine includes an engine speed sensor SN1 that detects the rotational speed of the crankshaft 15 of the engine body 1, and a water temperature sensor that detects the temperature of cooling water in the engine body 1. SN2, an intake air temperature sensor SN3 that detects the temperature of intake air that passes through the surge tank 24, and an airflow sensor SN4 that detects the flow rate of intake air that passes through the surge tank 24 are provided. In addition, the vehicle is provided with an outside air temperature sensor SN5 that detects the outside air temperature, and an accelerator opening degree sensor SN6 that detects the opening degree (accelerator opening degree) of an accelerator pedal (not shown) operated by the driver. . The ECU 60 is electrically connected to these sensors SN1 to SN6, and based on the signals input from the respective sensors, the above-described various information (engine speed, cooling water temperature, intake air temperature, etc.). Etc.).

また、ECU60は、上記各センサSN1〜SN6からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ECU60は、インジェクタ11、点火プラグ12、燃圧制御弁14a、吸気弁8用の可変機構18a、排気弁9用の切替機構19a、第1スロットル弁28、第2スロットル弁29、低温EGR弁43、および高温EGR弁46と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。   Moreover, ECU60 controls each part of an engine, performing various calculations etc. based on the input signal from each said sensor SN1-SN6. That is, the ECU 60 includes the injector 11, the spark plug 12, the fuel pressure control valve 14a, the variable mechanism 18a for the intake valve 8, the switching mechanism 19a for the exhaust valve 9, the first throttle valve 28, the second throttle valve 29, and the low temperature EGR valve. 43 and the high temperature EGR valve 46 are electrically connected, and based on the result of the above calculation and the like, a control signal for driving is output to each of these devices.

(3)運転状態に応じた制御
次に、図3〜図5を用いて、運転状態に応じたエンジン制御の具体的内容について説明する。
(3) Control according to operation state Next, specific contents of engine control according to the operation state will be described with reference to FIGS.

図3は、エンジンの負荷および回転速度を縦軸および横軸として表したエンジンの運転領域を燃焼モードの相違によって複数の領域に分けたマップである。このマップは、エンジンの高負荷域および高速域に設定されたSI領域Bと、SI領域Bを除く部分負荷の領域に設定されたCI領域Aとを含んでいる。さらに、CI領域Aは、第1CI領域A1と、第1領域A1よりも負荷の高い第2CI領域A2とに分けられる。   FIG. 3 is a map in which the engine operating region, in which the engine load and the rotational speed are represented as the vertical axis and the horizontal axis, is divided into a plurality of regions depending on the combustion mode. This map includes an SI area B set in the high load area and the high speed area of the engine, and a CI area A set in the partial load area excluding the SI area B. Further, the CI area A is divided into a first CI area A1 and a second CI area A2 having a higher load than the first area A1.

CI領域Aは、インジェクタ11から噴射された燃料と空気との混合気をピストン5の圧縮により自着火させる燃焼、つまりCI燃焼が実行される運転領域である。これに対し、SI領域Bは、点火プラグ12の火花点火により混合気に強制着火する燃焼、つまりSI燃焼が実行される運転領域である。   The CI region A is an operation region in which a combustion in which an air-fuel mixture of fuel and air injected from the injector 11 is self-ignited by compression of the piston 5, that is, CI combustion is performed. On the other hand, the SI region B is an operation region in which combustion forcibly igniting the air-fuel mixture by spark ignition of the spark plug 12, that is, SI combustion is performed.

より具体的に、CI領域Aの中でも低負荷側の第1CI領域A1では、HCCIモードと称する燃焼制御が実行される。HCCIモードとは、図4(a)に示すように、燃料と空気とを予め混合して得た混合気(予混合気)を圧縮により自着火させる燃焼制御のことである。なお、当実施形態では、HCCIモードのとき、吸気行程中に燃料が噴射されるものとする。   More specifically, in the first CI region A1 on the low load side in the CI region A, the combustion control referred to as the HCCI mode is executed. As shown in FIG. 4A, the HCCI mode is combustion control in which an air-fuel mixture (pre-air mixture) obtained by previously mixing fuel and air is self-ignited by compression. In the present embodiment, it is assumed that fuel is injected during the intake stroke in the HCCI mode.

CI領域Aの中でも高負荷側の第2CI領域A2では、リタードCIモードと称する燃焼制御が実行される。リタードCIモードとは、図4(b)に示すように、噴射すべき燃料の少なくとも一部を例えば圧縮上死点(図中のTDC)の近傍といった遅めのタイミングで噴射し、その燃料を短時間で自着火に至らせる燃焼制御のことである。ただし、当実施形態では、リタードCIモードのとき、前段噴射と後段噴射の2回に分けて燃料が噴射されるものとする(分割噴射)。このうち、前段噴射の時期は吸気行程中に設定され、後段噴射の時期は圧縮行程後期から膨張行程初期の間に設定される。また、噴射量の配分は、後段噴射の噴射量の方が前段噴射の噴射量よりも多くされる。   Combustion control referred to as a retarded CI mode is executed in the second CI region A2 on the high load side in the CI region A. In the retarded CI mode, as shown in FIG. 4 (b), at least a part of the fuel to be injected is injected at a later timing such as the vicinity of the compression top dead center (TDC in the figure), and the fuel is injected. It is combustion control that leads to self-ignition in a short time. However, in the present embodiment, in the retarded CI mode, fuel is injected in two steps, the front injection and the rear injection (divided injection). Among these, the timing of the pre-stage injection is set during the intake stroke, and the timing of the post-stage injection is set between the late stage of the compression stroke and the early stage of the expansion stroke. Also, with regard to the distribution of the injection amount, the injection amount of the rear stage injection is made larger than the injection amount of the front stage injection.

一方、SI領域Bでは、リタードSIモードと称する燃焼制御が実行される。リタードSIモードとは、図4(c)に示すように、噴射すべき燃料の少なくとも一部を例えば圧縮上死点(図中のTDC)の近傍といった遅めのタイミングで噴射し、その後間もなく行われる火花点火により強制燃焼させる制御のことである。ただし、当実施形態では、リタードSIモードのとき、前段噴射と後段噴射の2回に分けて燃料が噴射されるものとする(分割噴射)。このうち、前段噴射の時期は吸気行程中に設定され、後段噴射の時期は圧縮行程後期から膨張行程初期の間に設定される。また、噴射量の配分は、後段噴射の噴射量の方が前段噴射の噴射量よりも多くされる。   On the other hand, in SI region B, combustion control called retarded SI mode is executed. In the retarded SI mode, as shown in FIG. 4 (c), at least a part of the fuel to be injected is injected at a later timing, for example, near the compression top dead center (TDC in the figure), and soon thereafter. This is the control to force combustion by spark ignition. However, in the present embodiment, in the retarded SI mode, fuel is injected in two steps, a front injection and a rear injection (split injection). Among these, the timing of the pre-stage injection is set during the intake stroke, and the timing of the post-stage injection is set between the late stage of the compression stroke and the early stage of the expansion stroke. Also, with regard to the distribution of the injection amount, the injection amount of the rear stage injection is made larger than the injection amount of the front stage injection.

ECU60は、上記のような各モードによる燃焼制御が実現されるように、エンジンの運転状態に応じて、吸気弁8および排気弁9の開弁特性、第1スロットル弁28および第2スロットル弁29の開度、低温EGR弁43および高温EGR46の開度、インジェクタ11からの燃料の噴射時期(噴射開始時期および噴射終了時期)および燃圧、さらには点火プラグ12による火花点火の時期等をそれぞれ制御する。   The ECU 60 opens the characteristics of the intake valve 8 and the exhaust valve 9, the first throttle valve 28, and the second throttle valve 29 according to the operating state of the engine so that the combustion control in each mode as described above is realized. , The opening of the low temperature EGR valve 43 and the high temperature EGR 46, the fuel injection timing (injection start timing and injection end timing) and fuel pressure from the injector 11, and the timing of spark ignition by the spark plug 12, respectively. .

図5は、図3のマップにおいてエンジンの運転ポイント(負荷および回転速度から特定される2次元マップ上のポイント)が矢印Xのように変化した場合、つまり、第1CI領域A1、第2CI領域A2、SI領域Bの順に移動するように運転ポイントが負荷方向に変化した場合の各種状態量の推移を示している。ただし、ここで示される状態量の推移は、あくまで、それぞれの負荷でエンジンが定常運転された場合のものであり、負荷が急激に変化したときのような過渡運転時については、図5とは異なる状態量に設定されることもある。この点については、後述する「(4)過渡運転時を含む制御動作」の中で詳しく説明する。   FIG. 5 shows a case where the engine operating point (a point on the two-dimensional map specified from the load and the rotational speed) in the map of FIG. 3 changes as indicated by an arrow X, that is, the first CI area A1 and the second CI area A2. , The transition of various state quantities when the operation point changes in the load direction so as to move in the order of the SI region B is shown. However, the transition of the state quantity shown here is only for the case where the engine is steadily operated with each load, and FIG. 5 shows the transient operation such as when the load suddenly changes. Different state quantities may be set. This will be described in detail in “(4) Control operation including transient operation” described later.

図5において、Lminはエンジンの最低負荷、Lmaxはエンジンの最高負荷であり、両者の間に存在する負荷L1,L2,L3,L5,L6,L7は、何らかの制御の変更点となる負荷である。なお、第1CI領域A1(HCCIモード)に対応する負荷域はLminからL5までであり、第2CI領域A2(リタードCIモード)に対応する負荷域はL5からL6までであり、SI領域B(リタードSIモード)に対応する負荷域はL6からLmaxまでである。   In FIG. 5, Lmin is the minimum load of the engine, Lmax is the maximum load of the engine, and loads L1, L2, L3, L5, L6, and L7 existing between the two are loads that are some control change points. . The load area corresponding to the first CI area A1 (HCCI mode) is from Lmin to L5, the load area corresponding to the second CI area A2 (retarded CI mode) is from L5 to L6, and the SI area B (retarded). The load range corresponding to (SI mode) is from L6 to Lmax.

図5の(a)は、各気筒2の燃焼室10に導入される充填ガスの内訳、つまり、それぞれの負荷において燃焼室10に充填可能な最大充填量を100%としたときの充填ガスの成分比率を表している。本図において、「内部EGR」とは、排気弁9の2度開き(切替機構19aをONして排気弁9を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させること)により排気ポート7から排気ガスを逆流させる操作により燃焼室10に残留させられた高温の排気ガスのことである。また、「Hot−EGR」とは、EGR装置40のバイパス通路45を通って燃焼室10に還流された高温の排気ガスのことであり、「Cold−EGR」とは、EGR装置40のEGR通路41を通って(つまりEGRクーラ42により冷却された後に)燃焼室10に還流された低温の排気ガスのことである。さらに、「Hot−Air」とは、吸気通路20の高温通路22を通じて燃焼室10に導入された高温の吸気(新気)のことであり、「Cold−Air」とは、吸気通路20の低温通路23を通じて燃焼室10に導入された低温の吸気(新気)のことである。   FIG. 5A shows a breakdown of the filling gas introduced into the combustion chamber 10 of each cylinder 2, that is, the filling gas when the maximum filling amount that can be filled in the combustion chamber 10 at each load is 100%. Indicates the component ratio. In this figure, “internal EGR” means exhaust gas from the exhaust port 7 by opening the exhaust valve 9 twice (turning on the switching mechanism 19a to open the exhaust valve 9 not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke). This is the high-temperature exhaust gas left in the combustion chamber 10 by the operation of causing the gas to flow backward. “Hot-EGR” is high-temperature exhaust gas recirculated to the combustion chamber 10 through the bypass passage 45 of the EGR device 40, and “Cold-EGR” is the EGR passage of the EGR device 40. This is the low-temperature exhaust gas that has been returned to the combustion chamber 10 through 41 (that is, after being cooled by the EGR cooler 42). Further, “Hot-Air” is high-temperature intake air (fresh air) introduced into the combustion chamber 10 through the high-temperature passage 22 of the intake passage 20, and “Cold-Air” is the low temperature of the intake passage 20. Low temperature intake air (fresh air) introduced into the combustion chamber 10 through the passage 23.

上記図5の(a)以外のグラフについては、それぞれ次のような状態量を表している。すなわち、(b)は吸気弁8の開時期(IVO)および閉時期(IVC)、(c)は排気弁9の開時期(EVO)および閉時期(EVC)、(d)は高温通路22用の第1スロットル弁28(HTV)の開度、(e)は低温通路23用の第2スロットル弁29(CTV)の開度、(f)は低温EGR弁43の開度、(g)は高温EGR弁46の開度、(h)はインジェクタ11からの燃料の噴射開始時期、(i)はインジェクタ11からの燃料の噴射圧力(燃圧)、(j)は燃焼室10内の空燃比を、それぞれ表している。なお、(j)の空燃比のうち、A/Fとは、燃焼室10に導入された吸気(新気)の質量を燃料の質量で割った値であり、G/Fとは、燃焼室10に導入された全ガス質量を燃料の質量で割った値(ガス空燃比)である。   The graphs other than FIG. 5A represent the following state quantities. That is, (b) is the opening timing (IVO) and closing timing (IVC) of the intake valve 8, (c) is the opening timing (EVO) and closing timing (EVC) of the exhaust valve 9, and (d) is for the high-temperature passage 22. The opening of the first throttle valve 28 (HTV), (e) the opening of the second throttle valve 29 (CTV) for the low temperature passage 23, (f) the opening of the low temperature EGR valve 43, and (g) The opening degree of the high temperature EGR valve 46, (h) the fuel injection start timing from the injector 11, (i) the fuel injection pressure (fuel pressure) from the injector 11, and (j) the air-fuel ratio in the combustion chamber 10. , Respectively. Of the air-fuel ratio of (j), A / F is a value obtained by dividing the mass of intake air (fresh air) introduced into the combustion chamber 10 by the mass of fuel, and G / F is the combustion chamber. 10 is a value (gas air-fuel ratio) obtained by dividing the total gas mass introduced into 10 by the mass of the fuel.

図5(b)に示すように、吸気弁8については、エンジン負荷がLminからL1までの間、可変機構18aによって吸気弁8のリフト量が所定の小リフトに設定され、それに伴い吸気弁8の開弁期間(IVO〜IVCの期間)が短く設定される。一方、エンジン負荷がL1からL3までの間、吸気弁8のリフト量(開弁期間)は徐々に増大され、L3よりも高負荷側では最大値で一定とされる。   As shown in FIG. 5B, for the intake valve 8, the lift amount of the intake valve 8 is set to a predetermined small lift by the variable mechanism 18a while the engine load is from Lmin to L1, and accordingly the intake valve 8 The valve opening period (period from IVO to IVC) is set short. On the other hand, when the engine load is from L1 to L3, the lift amount (valve opening period) of the intake valve 8 is gradually increased, and is constant at the maximum value on the higher load side than L3.

図5(c)に示すように、排気弁9については、エンジン負荷がLminからL4までの間、切替機構19aがONされることにより、排気弁9が排気行程だけでなく吸気行程でも開かれる(2度開き)。一方、エンジン負荷がL4からLmaxまでの間は、切替機構19aがOFFされ、排気弁9の2度開きが停止される。   As shown in FIG. 5C, for the exhaust valve 9, when the engine load is from Lmin to L4, the switching mechanism 19a is turned on so that the exhaust valve 9 is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke. (Open twice). On the other hand, while the engine load is from L4 to Lmax, the switching mechanism 19a is turned off and the exhaust valve 9 is stopped from opening twice.

図5(d)に示すように、高温通路22用の第1スロットル弁28の開度は、負荷LminからL6までの間、所定の中間開度(後述する図6のステップS8で決定される開度)に設定される。負荷L6を超えると、第1スロットル弁28の開度は全閉(0%)まで低減され、負荷Lmaxまで全閉に維持される。   As shown in FIG. 5D, the opening degree of the first throttle valve 28 for the high temperature passage 22 is determined at a predetermined intermediate opening degree (step S8 in FIG. 6 to be described later) between the load Lmin and L6. Opening). When the load L6 is exceeded, the opening degree of the first throttle valve 28 is reduced to the fully closed state (0%) and is kept fully closed to the load Lmax.

図5(e)に示すように、低温通路23用の第2スロットル弁29の開度は、負荷LminからL6までの間、所定の中間開度(後述する図6のステップS8で決定される開度)に設定される。負荷L6を超えると、第2スロットル弁29の開度は全開(100%)まで増大され、負荷Lmaxまで全開に維持される。   As shown in FIG. 5 (e), the opening degree of the second throttle valve 29 for the low temperature passage 23 is determined at a predetermined intermediate opening degree (step S8 in FIG. 6 described later) between the load Lmin and L6. Opening). When the load L6 is exceeded, the opening degree of the second throttle valve 29 is increased to fully open (100%) and is maintained fully open to the load Lmax.

図5(f)に示すように、低温EGR弁43の開度は、負荷LminからL1までの間、全閉(0%)に設定される。負荷L1を超えると、徐々に開度が増大されて、負荷L2で全開(100%)とされる。負荷L2からL5までの間、開度は全開(100%)に維持されるが、負荷L5を超えると、再び開度が低減されて、負荷Lmaxで全閉(0%)に戻される。   As shown in FIG. 5F, the opening degree of the low temperature EGR valve 43 is set to be fully closed (0%) during the period from the load Lmin to L1. When the load L1 is exceeded, the opening degree is gradually increased, and the load L2 is fully opened (100%). Between the loads L2 and L5, the opening degree is kept fully open (100%). However, when the load L5 is exceeded, the opening degree is reduced again and returned to the fully closed state (0%) at the load Lmax.

図5(g)に示すように、高温EGR弁46の開度は、負荷LminからL4までの間、全閉(0%)に設定される。負荷L4を超えると、開度は一気に全開(100%)まで増大されるが、それ以降は徐々に低減されて、負荷L7で全閉(0%)とされる。さらに、負荷L7からLmaxまでは、一律に全閉(0%)とされる。   As shown in FIG. 5G, the opening degree of the high temperature EGR valve 46 is set to fully closed (0%) during the period from the load Lmin to L4. When the load L4 is exceeded, the opening degree is increased to full open (100%) at once, but thereafter it is gradually reduced and fully closed (0%) at the load L7. Further, the loads L7 to Lmax are uniformly closed (0%).

図5(h)に示すように、インジェクタ11からの燃料の噴射開始時期は、負荷LminからL5までの間、吸気行程中の所定時期(BDCとTDCの間)に設定される。負荷L5を超えると、噴射開始時期は例えば圧縮上死点(圧縮TDC)の近傍まで遅らされ、負荷Lmaxまで同様の時期に維持される。ただし、負荷L5からLmaxまでは、第2CI領域A2またはSI領域Bに対応するので、ここでの燃料噴射は、図4(b)(c)を用いて既に説明したように、前段噴射と後段噴射の2回に分けられる。図5(h)において示される負荷L5以降における噴射開始時期は、このうちの後段噴射の開始時期を示すものである。   As shown in FIG. 5 (h), the fuel injection start timing from the injector 11 is set to a predetermined timing (between BDC and TDC) during the intake stroke from the load Lmin to L5. When the load L5 is exceeded, the injection start timing is delayed, for example, to the vicinity of the compression top dead center (compression TDC), and is maintained at the same timing until the load Lmax. However, since the loads L5 to Lmax correspond to the second CI region A2 or SI region B, the fuel injection here is performed as described earlier with reference to FIGS. 4B and 4C. Divided into two injections. The injection start timing after the load L5 shown in FIG. 5 (h) indicates the start timing of the latter-stage injection.

ここで、負荷L5よりも高負荷側での噴射開始時期(後段噴射の開始時期)は、より詳しくいえば、負荷Lmaxに近づくほど僅かずつ遅らされる。また、噴射開始時期は、負荷だけでなくエンジン回転速度によっても変動し、一般的な傾向として、回転速度が高いほど噴射開始時期は早められる。このように条件によって変動する噴射開始時期ではあるが、負荷L5〜Lmaxの範囲で総じていえば、当該噴射開始時期は、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAまでのクランク角範囲に含まれる(CAはクランク角を表す)。なお、噴射開始時期がある特定のクランク角範囲に含まれるとは、その特定のクランク角範囲のいずれかの時点で燃料噴射が開始されるということである。このため、燃料の噴射終了時期については、必ずしも上記特定のクランク範囲に含まれる必要はなく、当該クランク角範囲から外れていてもよい。   Here, more specifically, the injection start timing (start timing of the post-stage injection) on the higher load side than the load L5 is slightly delayed as it approaches the load Lmax. Further, the injection start time varies depending not only on the load but also on the engine rotation speed. As a general tendency, the higher the rotation speed, the earlier the injection start time. Thus, although it is the injection start timing that varies depending on the conditions, if it is summarized in the range of the loads L5 to Lmax, the injection start timing is from 50 ° CA before compression top dead center to 10 ° CA after compression top dead center. It is included in the crank angle range (CA represents the crank angle). Note that the fact that the injection start timing is included in a specific crank angle range means that fuel injection is started at any point in the specific crank angle range. Therefore, the fuel injection end timing does not necessarily need to be included in the specific crank range, and may be out of the crank angle range.

図5(i)に示すように、燃料の噴射圧力(燃圧)は、負荷LminからL5までの間、20MPa程度に設定される。負荷L5を超えると、燃圧は100MPa以上にまで増大され、負荷Lmaxまで同様の値に維持される。   As shown in FIG. 5 (i), the fuel injection pressure (fuel pressure) is set to about 20 MPa between the loads Lmin and L5. When the load L5 is exceeded, the fuel pressure is increased to 100 MPa or more, and the same value is maintained until the load Lmax.

以上のような負荷に応じた各種状態量の変化に基づき、燃焼室10内のガスの内訳は、次のように変化する。   Based on the change of various state quantities according to the load as described above, the breakdown of the gas in the combustion chamber 10 changes as follows.

エンジン負荷がLminからL1までの間にあるとき、燃焼室10を占めるガスの種類は、高温通路22から導入される高温の吸気(Hot−Air)と、低温通路23から導入される低温の吸気(Cold−Air)と、排気弁9の2度開きにより導入される高温の排気ガス(内部EGR)との3種類とされる(図5(a))。中でも、内部EGRによる排気ガスが多くされ、燃焼室10の大半は高温の排気ガスで占められる。   When the engine load is between Lmin and L1, the types of gas occupying the combustion chamber 10 are high-temperature intake air (Hot-Air) introduced from the high-temperature passage 22 and low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage 23. (Cold-Air) and high-temperature exhaust gas (internal EGR) introduced by opening the exhaust valve 9 twice (FIG. 5A). Among them, exhaust gas due to internal EGR is increased, and most of the combustion chamber 10 is occupied by high-temperature exhaust gas.

エンジン負荷がL1からL4までの間にあるとき、燃焼室10を占めるガスの種類は、高温通路22から導入される高温の吸気(Hot−Air)と、低温通路23から導入される低温の吸気(Cold−Air)と、EGRクーラ42で冷却された後に導入される低温の排気ガス(Cold−EGR)と、排気弁9の2度開きにより導入される高温の排気ガス(内部EGR)との4種類とされる(図5(a))。吸気の量、つまり、高温の吸気と低温の吸気とが混合したトータルの新気の量は、負荷が上昇するにつれて徐々に増やされる。一方で、内部EGRによる排気ガスの量は、負荷が上昇するにつれて徐々に減らされる。   When the engine load is between L1 and L4, the types of gas occupying the combustion chamber 10 are high-temperature intake air (Hot-Air) introduced from the high-temperature passage 22 and low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage 23. (Cold-Air), a low-temperature exhaust gas (Cold-EGR) introduced after being cooled by the EGR cooler 42, and a high-temperature exhaust gas (internal EGR) introduced by opening the exhaust valve 9 twice. There are four types (FIG. 5A). The amount of intake air, that is, the total amount of fresh air mixed with high-temperature intake air and low-temperature intake air, is gradually increased as the load increases. On the other hand, the amount of exhaust gas by the internal EGR is gradually reduced as the load increases.

エンジン負荷がL4からL6までの間にあるとき、燃焼室10を占めるガスの種類は、高温通路22から導入される高温の吸気(Hot−Air)と、低温通路23から導入される低温の吸気(Cold−Air)と、EGRクーラ42で冷却された後に導入される低温の排気ガス(Cold−EGR)と、EGRクーラ42で冷却されないまま導入される高温の排気ガス(Hot−EGR)との4種類とされる。負荷がL4からL6まで上昇するにつれて、高温の排気ガス(Hot−EGR)の量は徐々に減らされ、これに代わって吸気の量が増やされる。   When the engine load is between L4 and L6, the types of gas occupying the combustion chamber 10 are high-temperature intake air (Hot-Air) introduced from the high-temperature passage 22 and low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage 23. (Cold-Air), a low-temperature exhaust gas (Cold-EGR) introduced after being cooled by the EGR cooler 42, and a high-temperature exhaust gas (Hot-EGR) introduced without being cooled by the EGR cooler 42 There are four types. As the load increases from L4 to L6, the amount of hot exhaust gas (Hot-EGR) is gradually reduced and the amount of intake air is increased instead.

エンジン負荷がL6からLmaxまでの間にあるとき、燃焼室10を占めるガスの種類は、基本的に、低温通路23から導入される低温の吸気(Cold−Air)と、EGRクーラ42で冷却された後に導入される低温の排気ガス(Cold−EGR)との2種類とされる。ただし、負荷L6に近い低負荷側の一部では、EGRクーラ42で冷却されない高温の排気ガス(Hot−EGR)がわずかに燃焼室10に導入される。EGRクーラ42で冷却された後に導入される低温の排気ガス(Cold−EGR)は、負荷がL6からLmaxまで上昇するにつれて徐々に減らされ、これに代わって吸気(ここでは全て低温の吸気)の量が徐々に増やされる。   When the engine load is between L6 and Lmax, the type of gas occupying the combustion chamber 10 is basically cooled by the cold intake air (Cold-Air) introduced from the low temperature passage 23 and the EGR cooler 42. And low-temperature exhaust gas (Cold-EGR) to be introduced later. However, in a part on the low load side near the load L6, high-temperature exhaust gas (Hot-EGR) that is not cooled by the EGR cooler 42 is slightly introduced into the combustion chamber 10. The low-temperature exhaust gas (Cold-EGR) introduced after being cooled by the EGR cooler 42 is gradually reduced as the load increases from L6 to Lmax, and instead of this, the intake air (here, all the low-temperature intake air) The amount is gradually increased.

そして、以上のように負荷ごとにつくり分けられる燃焼室10の環境を前提に、当実施形態では、既に述べたとおり、第1CI領域A1(負荷Lmin〜L5)でHCCIモードによる燃焼制御が実行され、第2CI領域A2(負荷L5〜L6)でリタードCIモードによる燃焼制御が実行され、SI領域B(負荷L6〜Lmax)でリタードSIモードによる燃焼制御が実行される。   As described above, in the present embodiment, the combustion control in the HCCI mode is executed in the first CI region A1 (loads Lmin to L5), as described above, on the premise of the environment of the combustion chamber 10 created for each load as described above. In the second CI region A2 (loads L5 to L6), combustion control by the retarded CI mode is executed, and in SI region B (loads L6 to Lmax), combustion control by the retarded SI mode is executed.

すなわち、第1CI領域A1では、高温通路22用の第1スロットル弁28と低温通路23用の第2スロットル弁29とがともに開かれることにより(図5(d)(e))、吸気の一部が高温通路22を通って加熱された上で燃焼室10に導入される。また、排気弁9の2度開きが実行されるか(図5(c))、または高温EGR弁43が開かれることにより(図5(g))、排気ポート7から逆流した高温の排気ガスか、またはEGRクーラ42を介さずに還流された高温の排気ガスが燃焼室10に導入される。これにより、燃焼室10の温度上昇が図られる。インジェクタ11からは吸気行程中に燃料噴射が開始され(図5(h))、そのときの燃圧は20MPa程度に設定される(図5(i))。噴射された燃料に基づく空燃比A/Fは、Lmin〜L2の負荷域では理論空燃比(=14.7)より大きいリーンな値に設定され、L2以上の負荷域では理論空燃比に設定される(図5(j))。これらの制御の結果、第1CI領域A1では、充分に混合された予混合気が圧縮上死点の近傍で自着火し、燃焼する(HCCIモード)。   That is, in the first CI region A1, the first throttle valve 28 for the high temperature passage 22 and the second throttle valve 29 for the low temperature passage 23 are both opened (FIGS. 5 (d) and 5 (e)). The portion is heated through the high temperature passage 22 and then introduced into the combustion chamber 10. Further, when the exhaust valve 9 is opened twice (FIG. 5C) or when the high temperature EGR valve 43 is opened (FIG. 5G), the high temperature exhaust gas flowing backward from the exhaust port 7 Alternatively, high-temperature exhaust gas recirculated without passing through the EGR cooler 42 is introduced into the combustion chamber 10. Thereby, the temperature rise of the combustion chamber 10 is achieved. Fuel injection is started from the injector 11 during the intake stroke (FIG. 5 (h)), and the fuel pressure at that time is set to about 20 MPa (FIG. 5 (i)). The air-fuel ratio A / F based on the injected fuel is set to a lean value larger than the theoretical air-fuel ratio (= 14.7) in the load range of Lmin to L2, and is set to the stoichiometric air-fuel ratio in the load range of L2 or higher. (FIG. 5 (j)). As a result of these controls, in the first CI region A1, the sufficiently mixed premixed gas is self-ignited and combusted in the vicinity of the compression top dead center (HCCI mode).

第2CI領域A2では、上記第1CI領域A1内の高負荷域(負荷L4〜L5)と同様、高温通路22用の第1スロットル弁28と低温通路23用の第2スロットル弁29とがともに開かれ(図5(d)(e))、かつ高温EGR弁43が開かれることにより(図5(g))、燃焼室10の高温化が図られる。また、インジェクタ11からの燃料の噴射開始時期(この場合は後段噴射の開始時期)は、例えば圧縮上死点の近傍まで遅らされ(図5(h))、そのときの燃圧は100MPa以上にまで増大される(図5(i))。噴射された燃料に基づく空燃比A/Fは、理論空燃比(=14.7)に設定される(図5(j))。これらの制御の結果、第2CI領域A2では、燃料噴射の完了後、少なくとも圧縮上死点を過ぎたタイミングで燃料が自着火し、燃焼する(リタードCIモード)。   In the second CI region A2, the first throttle valve 28 for the high temperature passage 22 and the second throttle valve 29 for the low temperature passage 23 are both opened, as in the high load region (loads L4 to L5) in the first CI region A1. As a result (FIGS. 5D and 5E) and the high temperature EGR valve 43 is opened (FIG. 5G), the temperature of the combustion chamber 10 is increased. In addition, the fuel injection start timing from the injector 11 (in this case, the start timing of the subsequent injection) is delayed, for example, to the vicinity of the compression top dead center (FIG. 5 (h)), and the fuel pressure at that time is 100 MPa or more. (FIG. 5 (i)). The air-fuel ratio A / F based on the injected fuel is set to the theoretical air-fuel ratio (= 14.7) (FIG. 5 (j)). As a result of these controls, in the second CI region A2, after completion of fuel injection, the fuel self-ignites and combusts at least at the timing when the compression top dead center is passed (retard CI mode).

このように、第1CI領域A1よりも負荷の高い第2CI領域A2において、燃料噴射の時期を遅らせるリタードCIモードが実行されるのは、仮に第1CI領域A1と同様のタイミングで全ての燃料を噴射したとすると、混合気が自着火するタイミングが早くなり過ぎて、異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるおそれがあるためである。   As described above, in the second CI region A2 having a higher load than the first CI region A1, the retarded CI mode in which the fuel injection timing is delayed is temporarily injected at the same timing as in the first CI region A1. If so, the timing at which the air-fuel mixture self-ignites becomes too early, which may cause abnormal combustion and excessive combustion noise.

SI領域Bでは、高温通路22用の第1スロットル弁28の開度が全閉(0%)に設定され、低温通路23用の第2スロットル弁29のみが開かれる(図5(d)(e))。これにより、インターウォーマ26により加熱された高温の吸気は燃焼室10に導入されなくなり、燃焼室10の温度低下が図られる。また、インジェクタ11からの燃料の噴射開始時期(この場合は後段噴射の開始時期)は、例えば圧縮上死点の近傍まで遅らされ(図5(h))、そのときの燃圧は100MPa以上とされる(図5(i))。さらに、図5では図示しないが、噴射が完了した後の間もないタイミングで点火プラグ12による火花点火が行われる。噴射された燃料に基づく空燃比A/Fは、理論空燃比(=14.7)に設定される(図5(j))。これらの制御の結果、SI領域Bでは、火花点火の完了後、少なくとも圧縮上死点を過ぎたタイミングで燃料が強制的に着火され、燃焼する(リタードSIモード)。   In the SI region B, the opening degree of the first throttle valve 28 for the high temperature passage 22 is set to be fully closed (0%), and only the second throttle valve 29 for the low temperature passage 23 is opened (FIG. 5D) e)). Thereby, the high-temperature intake air heated by the interwarmer 26 is not introduced into the combustion chamber 10, and the temperature of the combustion chamber 10 is lowered. The fuel injection start timing from the injector 11 (in this case, the start timing of the subsequent injection) is delayed, for example, to the vicinity of the compression top dead center (FIG. 5 (h)), and the fuel pressure at that time is 100 MPa or more. (FIG. 5 (i)). Further, although not shown in FIG. 5, spark ignition by the spark plug 12 is performed at a timing just after the injection is completed. The air-fuel ratio A / F based on the injected fuel is set to the theoretical air-fuel ratio (= 14.7) (FIG. 5 (j)). As a result of these controls, in the SI region B, after completion of the spark ignition, the fuel is forcibly ignited and combusted at least at the timing when the compression top dead center is passed (retarded SI mode).

このときの燃焼形態は、上述したHCCIモードまたはリタードCIモードのときと異なり、火炎伝播により徐々に燃え広がる燃焼(SI燃焼)となるが、燃料が高圧噴射されて間もない高い乱流エネルギー下での燃焼となることから、その燃焼期間は充分に短くなり、熱効率の高い比較的急速なSI燃焼が実現される。また、燃料の噴射タイミングが充分に遅いため、高負荷のときに起き易いノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼も回避される。   Unlike the above-described HCCI mode or retarded CI mode, the combustion mode at this time is combustion that gradually spreads by flame propagation (SI combustion), but under high turbulent energy shortly after high-pressure injection of fuel. Therefore, the combustion period is sufficiently short, and relatively rapid SI combustion with high thermal efficiency is realized. In addition, since the fuel injection timing is sufficiently late, abnormal combustion such as knocking and pre-ignition that is likely to occur at a high load can be avoided.

(4)過渡運転時を含む制御動作
次に、図6のフローチャートを用いて、エンジンの運転中に行われる制御動作の手順について説明する。ただし、図3の各運転領域(A1,A2,B)で行われる定常運転時の制御については既に大まかに説明したので、ここでは、運転領域を短時間でまたぐような過渡運転時の制御や、第1、第2スロットル弁28,29の開度の決め方などについて主に説明することにする。
(4) Control Operation Including Transient Operation Next, a control operation procedure performed during engine operation will be described using the flowchart of FIG. However, since the control at the time of steady operation performed in each operation region (A1, A2, B) of FIG. 3 has already been roughly described, here, the control at the time of transient operation that crosses the operation region in a short time or The method of determining the opening degree of the first and second throttle valves 28 and 29 will be mainly described.

図6のフローチャートに示す処理がスタートすると、ECU60は、各種センサ値を読み込む処理を実行する(ステップS1)。すなわち、ECU60は、エンジン速度センサSN1、水温センサSN2、吸気温センサSN3、エアフローセンサSN4、外気温センサSN5、およびアクセル開度センサSN6からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの回転速度、冷却水の温度、サージタンク24内の吸気温度および吸気流量、外気温、およびアクセル開度といった各種情報を取得する。   When the process shown in the flowchart of FIG. 6 is started, the ECU 60 executes a process of reading various sensor values (step S1). That is, the ECU 60 reads the detection signals from the engine speed sensor SN1, the water temperature sensor SN2, the intake air temperature sensor SN3, the air flow sensor SN4, the outside air temperature sensor SN5, and the accelerator opening sensor SN6, and based on these signals, the engine Various information such as the rotation speed of the engine, the temperature of the cooling water, the intake air temperature and flow rate in the surge tank 24, the outside air temperature, and the accelerator opening.

次いで、ECU60は、上記ステップS1で水温センサSN2から取得した情報に基づいて、エンジンの冷却水の温度が所定値(例えば60℃)以上であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS2)。   Next, the ECU 60 executes a process of determining whether or not the temperature of the engine coolant is equal to or higher than a predetermined value (for example, 60 ° C.) based on the information acquired from the water temperature sensor SN2 in step S1 (step S2). ).

上記ステップS2でYESと判定されて冷却水温が所定値以上であることが確認された場合、ECU60は、図3に示したマップに従った基本燃焼制御を実行するために、当該マップに対応するデータ(運転領域ごとの各種制御目標値など)を読み出す処理を実行する(ステップS3)。   When it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the cooling water temperature is equal to or higher than the predetermined value, the ECU 60 corresponds to the map in order to execute the basic combustion control according to the map shown in FIG. A process of reading data (such as various control target values for each operation region) is executed (step S3).

次いで、ECU60は、上記ステップS1で取得した情報に基づいて、図3のマップにおけるCI領域Aでエンジンが運転されているか否かを判定する処理を実行する(ステップS4)。すなわち、ECU60は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN4、およびアクセル開度センサSN6等から得られる情報に基づいて、エンジンの負荷および回転速度を特定するとともに、両者の値から定まるエンジンの運転ポイントが、図3に示したCI領域Aに含まれるか否かを判定する。   Next, the ECU 60 executes a process of determining whether or not the engine is operating in the CI area A in the map of FIG. 3 based on the information acquired in step S1 (step S4). That is, the ECU 60 specifies the engine load and the rotational speed based on information obtained from the engine speed sensor SN1, the airflow sensor SN4, the accelerator opening sensor SN6, and the like, and the engine operating point determined from both values. It is determined whether or not it is included in the CI area A shown in FIG.

上記ステップS4でYESと判定されてCI領域Aで運転されていることが確認された場合、ECU60は、現在のエンジン運転状態がSI領域BからCI領域Aへの過渡運転に該当するか否かを判定する処理を実行する(ステップS5)。すなわち、現在の負荷および回転速度から定まる運転ポイントが仮にCI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2のいずれか)に含まれていたとしても、その直前の時点ではSI領域Bにあったとすれば、SI領域Bからごく短時間でCI領域Aに移行したことになる。このような場合には、エンジン本体1の各気筒2において、適正なCI燃焼を行い得る環境が整っていない。そこで、このような過渡運転時には、通常の制御とは異なる過渡的な制御(後述するステップS10)が必要である。上記ステップS5では、このような制御が必要な状態に該当するか否かを、所定時間前のエンジンの運転状態に基づいて判定する。なお、以下では、今回のようなSI領域BからCI領域Aへの過渡運転を、CI領域AからSI領域Bへの過渡運転(後述するステップS12)と区別すべく、「逆過渡運転」と称する。   When it is determined YES in step S4 and it is confirmed that the engine is operating in the CI area A, the ECU 60 determines whether or not the current engine operating state corresponds to a transient operation from the SI area B to the CI area A. Is executed (step S5). That is, even if the operation point determined from the current load and rotation speed is included in the CI area A (one of the first CI area A1 and the second CI area A2), it is in the SI area B immediately before that point. Then, the transition from the SI area B to the CI area A is made in a very short time. In such a case, each cylinder 2 of the engine body 1 is not equipped with an environment in which proper CI combustion can be performed. Therefore, during such transient operation, transient control (step S10 described later) different from normal control is required. In step S5, it is determined based on the operating state of the engine a predetermined time before whether or not such a control is necessary. In the following, in order to distinguish the transient operation from the SI region B to the CI region A like this time from the transient operation from the CI region A to the SI region B (step S12 to be described later), it is referred to as “reverse transient operation”. Called.

上記ステップS5でNOと判定されて逆過渡運転(SI→CIの過渡運転)に該当しないこと、つまりCI領域Aでの定常運転であることが確認された場合、ECU60は、さらに、CI領域Aの中でも低負荷側の第1CI領域A1でエンジンが運転されているか否かを判定する処理を実行する(ステップS6)。   When it is determined NO in Step S5 and it is confirmed that the reverse transient operation (SI → CI transient operation) does not correspond, that is, the steady operation in the CI region A, the ECU 60 further performs the CI region A. Among these, a process of determining whether or not the engine is operated in the first CI region A1 on the low load side is executed (step S6).

上記ステップS6でYESと判定されて第1CI領域A1での定常運転であることが確認された場合、ECU60は、図4(a)に示すように、吸気行程中に燃料を噴射して自着火させるHCCIモードによる燃焼制御を実行する(ステップS7)。   When it is determined YES in step S6 and it is confirmed that the operation is steady in the first CI region A1, the ECU 60 injects fuel during the intake stroke and performs self-ignition as shown in FIG. The combustion control by the HCCI mode to be executed is executed (step S7).

そして、このHCCIモードの実行に伴い、ECU60は、インターウォーマ26により加熱された吸気とインタークーラ27により冷却された吸気とが適切な割合で混合されるように第1スロットル弁28(HTV)および第2スロットル弁29(CTV)を制御する処理を実行し(ステップS8)、混合後の吸気の温度、つまりサージタンク24内の吸気の温度を予め定められた所定の温度範囲(例えば50±5℃)まで上昇させる。これにより、当該所定の温度範囲まで昇温された暖かい吸気が独立通路25を通じてエンジン本体1の各気筒2へと導入されるので、第1CI領域A1のような比較的負荷の低い条件であっても、各気筒2での混合気の自着火が促進されて、安定したCI燃焼が実現される。   As the HCCI mode is executed, the ECU 60 causes the first throttle valve 28 (HTV) and the intake air heated by the interwarmer 26 and the intake air cooled by the intercooler 27 to be mixed at an appropriate ratio. A process for controlling the second throttle valve 29 (CTV) is executed (step S8), and the temperature of the intake air after mixing, that is, the temperature of the intake air in the surge tank 24 is determined in a predetermined temperature range (for example, 50 ± 5). C.). As a result, warm intake air that has been heated up to the predetermined temperature range is introduced into each cylinder 2 of the engine body 1 through the independent passage 25, so that the conditions are relatively low as in the first CI region A1. However, the self-ignition of the air-fuel mixture in each cylinder 2 is promoted, and stable CI combustion is realized.

具体的に、ステップS8では、上記ステップS1で取得した外気温とエンジン冷却水の温度とに基づいて、高温通路22および低温通路23用の各スロットル弁28,29の開度が制御され、インターウォーマ26通過後の高温の吸気(エンジン冷却水とほぼ同一温度の吸気)とインタークーラ27通過後の低温の吸気(外気とほぼ同一温度の吸気)との混合割合が調節される。これにより、混合後の吸気の温度が上記所定の温度範囲に収められる。   Specifically, in step S8, the opening degree of each of the throttle valves 28 and 29 for the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 is controlled based on the outside air temperature acquired in step S1 and the temperature of the engine cooling water. The mixing ratio of the high-temperature intake air after passing through the warmer 26 (intake air having substantially the same temperature as the engine coolant) and the low-temperature intake air after passing through the intercooler 27 (intake air having substantially the same temperature as the outside air) is adjusted. Thereby, the temperature of the intake air after mixing is kept in the predetermined temperature range.

例えば、エンジン冷却水の温度が高いほど、エンジン冷却水を利用した上記インターウォーマ26により加熱される吸気の温度は高くなる。このため、混合後の吸気の温度を上記所定の温度範囲に収めるために必要な高温通路22側の吸気の流量は、仮に低温通路23側の吸気の温度が同一であるとすると、エンジン冷却水の温度が高いほど少なくなる。一方、外気温が高いほど、走行風を利用した上記インタークーラ27により冷却される吸気の温度は高くなる。このため、混合後の吸気の温度を上記所定の温度範囲に収めるために必要な低温通路23側の吸気の流量は、仮に高温通路22側の吸気の温度が同一であるとすると、外気温が高いほど多くなる。   For example, the higher the temperature of the engine cooling water, the higher the temperature of the intake air heated by the interwarmer 26 using the engine cooling water. For this reason, if the temperature of the intake air on the high-temperature passage 22 side necessary for keeping the mixed intake air temperature within the predetermined temperature range is the same as that of the low-temperature passage 23, the engine cooling water The higher the temperature, the less. On the other hand, the higher the outside air temperature, the higher the temperature of the intake air cooled by the intercooler 27 using the traveling wind. For this reason, if the temperature of the intake air on the low temperature passage 23 side required for keeping the mixed intake air temperature within the predetermined temperature range is the same as the temperature of the intake air on the high temperature passage 22 side, the outside air temperature is The higher the higher.

このような事情を考慮して、ECU60には、高温通路22および低温通路23用の各スロットル弁28,29の開度をエンジン冷却水の温度と外気温とに基づき決定するためのマップデータが記憶されている。上記ステップS8において、ECU60は、水温センサSN2から取得したエンジン冷却水の温度と、外気温センサSN5から取得した外気温と、上記のマップデータとに基づいて、設定すべき各スロットル弁28,29の開度(目標開度)を決定し、その目標開度に合わせて各スロットル弁28,29を制御する。さらに、ECU60は、サージタンク24内で検出された実際の吸気の温度(吸気温センサSN3の検出値)をフィードバックしつつ各スロットル弁28,29の開度を補正する。これにより、サージタンク24で混合後の吸気の温度は、高い精度で上記所定の温度範囲に収められることになる。   In consideration of such circumstances, the ECU 60 has map data for determining the opening degrees of the throttle valves 28 and 29 for the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 based on the temperature of the engine cooling water and the outside air temperature. It is remembered. In step S8, the ECU 60 sets the throttle valves 28 and 29 to be set based on the engine cooling water temperature acquired from the water temperature sensor SN2, the outside air temperature acquired from the outside air temperature sensor SN5, and the map data. And the throttle valves 28 and 29 are controlled in accordance with the target opening. Further, the ECU 60 corrects the opening degree of the throttle valves 28 and 29 while feeding back the actual intake air temperature (the detected value of the intake air temperature sensor SN3) detected in the surge tank 24. As a result, the temperature of the intake air after mixing in the surge tank 24 is kept within the predetermined temperature range with high accuracy.

次に、上記ステップS6でNOと判定された場合、つまり、エンジンが第2CI領域A2で定常運転されている場合の制御動作について説明する。この場合、ECU60は、図4(b)に示すように、例えば圧縮上死点の近傍といった遅めのタイミングで燃料を噴射して自着火させるリタードCIモードによる燃焼制御を実行する(ステップS9)。   Next, the control operation when it is determined NO in Step S6, that is, when the engine is in steady operation in the second CI region A2 will be described. In this case, as shown in FIG. 4B, the ECU 60 executes combustion control in the retard CI mode in which fuel is injected and self-ignited at a later timing such as near the compression top dead center (step S9). .

具体的に、リタードCIモードでは、サプライポンプ14の燃圧制御弁14aが駆動されてインジェクタ11からの燃料噴射圧力(燃圧)が高められた上で、吸気行程中に少量の燃料を噴射する前段噴射と、圧縮行程後期から膨張行程初期の間に比較的多くの燃料を噴射する後段噴射とが実行される。このような遅めのタイミングで噴射された高燃圧の燃料は、高温化した燃焼室10内で直ちに気化した後、圧縮上死点を過ぎた適宜のタイミングで自着火に至り、燃焼する。   Specifically, in the retarded CI mode, the fuel pressure control valve 14a of the supply pump 14 is driven to increase the fuel injection pressure (fuel pressure) from the injector 11, and the pre-stage injection injects a small amount of fuel during the intake stroke. And a later stage injection in which a relatively large amount of fuel is injected during the latter half of the compression stroke and the early stage of the expansion stroke. The fuel with a high fuel pressure injected at such a later timing is immediately vaporized in the combustion chamber 10 which has become high temperature, then reaches self-ignition at an appropriate timing after the compression top dead center, and burns.

上記リタードCIモードにおいても、先のHCCIモードのときと同様の態様で、高温通路22および低温通路23用の各スロットル弁28,29の開度が制御される(ステップS8)。すなわち、インターウォーマ26通過後の高温の吸気とインタークーラ27通過後の低温の吸気との混合割合が上記各スロットル弁28,29の開度制御によって調節されることにより、混合後の吸気の温度、つまりサージタンク24内の吸気の温度が所定の温度範囲(例えば50±5℃)に収められる。   Also in the retard CI mode, the opening degree of the throttle valves 28 and 29 for the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 is controlled in the same manner as in the previous HCCI mode (step S8). That is, the mixing ratio of the high-temperature intake air after passing through the interwarmer 26 and the low-temperature intake air after passing through the intercooler 27 is adjusted by the opening control of the throttle valves 28 and 29, so that the temperature of the intake air after mixing. That is, the temperature of the intake air in the surge tank 24 is within a predetermined temperature range (for example, 50 ± 5 ° C.).

次に、上記ステップS4でNOと判定された場合、つまり、エンジンがSI領域Bで運転されている場合の制御動作について説明する。この場合、ECU60は、現在のエンジンの運転状態がCI領域AからSI領域Bへの過渡運転に該当するか否かを判定する処理を実行する(ステップS12)。すなわち、現在の負荷および回転速度から定まる運転ポイントが仮にSI領域Bに含まれていたとしても、その直前の時点ではCI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2のいずれか)にあったとすれば、CI領域Aからごく短時間でSI領域Bに移行したことになる。このような場合には、エンジン本体1の各気筒2において、適正なSI燃焼を行い得る環境が整っていない。そこで、このような過渡運転時には、通常の制御とは異なる過渡的な制御(後述するステップS15)が必要である。上記ステップS12では、このような制御が必要な状態に該当するか否かを、所定時間前のエンジンの運転状態に基づいて判定する。   Next, the control operation when it is determined NO in step S4, that is, when the engine is operated in the SI region B will be described. In this case, the ECU 60 executes a process of determining whether or not the current engine operating state corresponds to the transient operation from the CI area A to the SI area B (step S12). That is, even if the operation point determined from the current load and the rotational speed is included in the SI area B, it is in the CI area A (either the first CI area A1 or the second CI area A2) immediately before that point. Then, the CI area A has shifted to the SI area B in a very short time. In such a case, each cylinder 2 of the engine body 1 is not equipped with an environment in which proper SI combustion can be performed. Therefore, during such transient operation, transient control (step S15 described later) different from normal control is required. In step S12, it is determined based on the operating state of the engine a predetermined time before whether or not such control is necessary.

上記ステップS12でNOと判定されて過渡運転(CI→SIの過渡運転)に該当しないこと、つまりSI領域Bでの定常運転であることが確認された場合、ECU60は、図4(c)に示すように、例えば圧縮上死点の近傍といった遅めのタイミングで燃料を噴射して火花点火により強制燃焼させるリタードSIモードによる燃焼制御を実行する(ステップS13)。   When it is determined as NO in step S12 and it is confirmed that the operation does not correspond to the transient operation (CI → SI transient operation), that is, the steady operation in the SI region B, the ECU 60 determines in FIG. As shown, for example, combustion control is performed in a retarded SI mode in which fuel is injected at a later timing such as near the compression top dead center and forcibly burned by spark ignition (step S13).

具体的に、リタードSIモードでは、サプライポンプ14の燃圧制御弁14aが駆動されてインジェクタ11からの燃料噴射圧力(燃圧)が高められた上で、吸気行程中に少量の燃料を噴射する前段噴射と、圧縮行程後期から膨張行程初期の間に比較的多くの燃料を噴射する後段噴射とが実行される。なお、このときの後段噴射のより詳しいタイミングは、既に述べたとおり、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAのいずれかで噴射が開始されるようなタイミングである。さらに、その後間もないタイミングで点火プラグ12が駆動されて、火花点火による着火エネルギーが供給される。インジェクタ11からの燃料は、上記のように遅めのタイミングで、しかも高燃圧で噴射されることにより、燃焼室10内で直ちに気化する。この気化した燃料は、その後の火花点火をきっかけに、圧縮上死点を過ぎた適宜のタイミングで燃焼を開始する。   Specifically, in the retarded SI mode, the fuel pressure control valve 14a of the supply pump 14 is driven to increase the fuel injection pressure (fuel pressure) from the injector 11, and then a pre-stage injection that injects a small amount of fuel during the intake stroke. And a later stage injection in which a relatively large amount of fuel is injected during the latter half of the compression stroke and the early stage of the expansion stroke. Note that the more detailed timing of the post-injection at this time is the timing at which the injection is started at either 50 ° CA before compression top dead center or 10 ° CA after compression top dead center, as already described. Further, the spark plug 12 is driven at a timing shortly thereafter, and ignition energy by spark ignition is supplied. The fuel from the injector 11 is immediately vaporized in the combustion chamber 10 by being injected at a late timing and at a high fuel pressure as described above. The vaporized fuel starts combustion at an appropriate timing after the compression top dead center triggered by the subsequent spark ignition.

上記のように、リタードSIモードでの燃焼形態は、火花点火により混合気を強制燃焼させるSI燃焼であるため、燃焼室10の温度を故意に上昇させる必要はなくなる。そこで、リタードSIモードの実行に伴い、ECU60は、高温通路22用の第1スロットル弁28(HTV)を全閉にする処理を実行する(ステップS14)。これにより、高温通路22が遮断されるので、インターウォーマ26で加熱された高温の吸気はサージタンク24まで流入せず、その結果、エンジン本体1に導入される吸気は全てインタークーラ27で冷却された低温の(外気とほぼ同一温度の)吸気となる。   As described above, since the combustion mode in the retarded SI mode is SI combustion in which the air-fuel mixture is forcibly burned by spark ignition, it is not necessary to intentionally increase the temperature of the combustion chamber 10. Therefore, along with the execution of the retard SI mode, the ECU 60 executes a process of fully closing the first throttle valve 28 (HTV) for the high temperature passage 22 (step S14). As a result, the high-temperature passage 22 is blocked, so that the high-temperature intake air heated by the interwarmer 26 does not flow into the surge tank 24. As a result, all intake air introduced into the engine body 1 is cooled by the intercooler 27. The intake air is very cold (almost the same temperature as the outside air).

次に、上記ステップS12でYESと判定された場合、つまり、CI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2のいずれか)からSI領域Bへの過渡運転に該当すると判定された場合の制御動作について説明する。この場合、ECU60は、過渡SIモードとして、SI領域Bでの定常運転時(リタードSIモード)よりもさらに遅いタイミングで燃料を噴射し、その噴射した燃料を火花点火により強制燃焼させる処理を実行する(ステップS15)。   Next, when it is determined YES in step S12, that is, when it is determined that it corresponds to the transient operation from the CI area A (either the first CI area A1 or the second CI area A2) to the SI area B. The operation will be described. In this case, the ECU 60 executes a process of injecting fuel at a timing later than that during steady operation in the SI region B (retarded SI mode) as a transient SI mode, and forcibly burning the injected fuel by spark ignition. (Step S15).

具体的に、過渡SIモードでは、図7に示すように、移行先のリタードSIモードのときと同様、前段噴射および後段噴射に分けて燃料が噴射された後、火花点火が実行される。ただし、過渡SIモードでは、リタードSIモードのときと比べて、後段噴射の開始時期がより遅角側に設定される。詳しくは、リタードSIモードのときの後段噴射の開始時期が圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの間に設定されるのに対し、過渡SIモードのときの後段噴射の開始時期は、圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの間に設定される。なお、図7では、過渡SIモードを経由する直前の状態がHCCIモード(第1CI領域A1での定常運転)であった場合の燃料噴射と火花点火の時期を示しているが、移行前の状態がリタードCIモード(第2CI領域A2での定常運転)であったときも基本的にこれと同じである。   Specifically, in the transient SI mode, as shown in FIG. 7, as in the case of the retarded retard SI mode, after the fuel is injected separately into the front injection and the rear injection, spark ignition is executed. However, in the transient SI mode, the start timing of the post-injection is set on the more retarded side than in the retarded SI mode. Specifically, the start timing of the post-stage injection in the retarded SI mode is set between 50 ° CA before compression top dead center and 10 ° CA after the compression top dead center, whereas post-stage injection in the transient SI mode. Is set between 45 ° CA before compression top dead center and 15 ° CA after compression top dead center. FIG. 7 shows the timing of fuel injection and spark ignition when the state immediately before passing through the transient SI mode is the HCCI mode (steady operation in the first CI region A1). Is basically the same when the retarded CI mode (steady operation in the second CI region A2) is performed.

次に、上記ステップS5でYESと判定された場合、つまり、SI領域BからCI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2のいずれか)への過渡運転に該当すると判定された場合(逆過渡運転時)の制御動作について説明する。この場合、ECU60は、図8に示すような逆過渡SIモードを実行する(ステップS10)。   Next, when it is determined YES in step S5, that is, when it is determined that the operation is transient operation from the SI region B to the CI region A (either the first CI region A1 or the second CI region A2) (reverse) The control operation during transient operation will be described. In this case, the ECU 60 executes the reverse transient SI mode as shown in FIG. 8 (step S10).

逆過渡SIモードでは、上述した過渡SIモード(図7)のときと同様に、前段噴射および後段噴射に分けて燃料が噴射された後、火花点火が実行されるが、逆過渡SIモードでの後段噴射の開始時期は、過渡SIモードのときよりも幾分早められる。なお、図7では、逆過渡SIモードを経由した後にHCCIモード(第1CI領域A1での定常運転)に移行する場合の燃料噴射と火花点火の時期を示しているが、移行後の状態がリタードCIモード(第2CI領域A2での定常運転)であるときも基本的にこれと同じである。   In the reverse transient SI mode, as in the above-described transient SI mode (FIG. 7), after the fuel is injected separately into the front injection and the rear injection, spark ignition is executed. The start timing of the post-injection is somewhat earlier than in the transient SI mode. FIG. 7 shows the timing of fuel injection and spark ignition in the case of shifting to the HCCI mode (steady operation in the first CI region A1) after passing through the reverse transient SI mode, but the state after the transition is retarded. This is basically the same when the CI mode (steady operation in the second CI region A2) is performed.

次に、上記ステップS2でNOと判定された場合、つまり、エンジン冷却水の温度が上記所定値(例えば60℃)未満であった場合の制御動作について説明する。この場合、ECU60は、図3のマップによらない制御として、エンジンの全ての運転領域でSI燃焼を行う全域SI制御を実行する(ステップS17)。すなわち、エンジン冷却水の温度が低いときは、インターウォーマ26を用いて吸気を充分に加熱することができず、また、燃焼室10の壁面の温度も低いので、混合気を自着火させることが難しい。そこで、このような場合には、火花点火による強制燃焼、つまりSI燃焼をエンジンの全ての運転領域で実行する。   Next, the control operation when it is determined as NO in step S2, that is, when the temperature of the engine coolant is lower than the predetermined value (for example, 60 ° C.) will be described. In this case, the ECU 60 performs full-range SI control for performing SI combustion in all operating regions of the engine as control not based on the map of FIG. 3 (step S17). That is, when the temperature of the engine cooling water is low, the intake air cannot be sufficiently heated using the interwarmer 26, and the temperature of the wall surface of the combustion chamber 10 is also low. difficult. Therefore, in such a case, forced combustion by spark ignition, that is, SI combustion is executed in all operating regions of the engine.

(5)作用等
以上説明したとおり、当実施形態の圧縮自己着火式エンジンでは、燃料としてガソリンを含有する燃料が用いられ、予め定められたCI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2)でCI燃焼がされるとともに、CI領域Aよりも高負荷側の領域を含むSI領域BでSI燃焼が実行される。このエンジンの吸気通路20は、吸気を加熱するインターウォーマ26(加熱手段)が設けられた高温通路22と、高温通路22と並列に延び、かつ吸気を冷却するインタークーラ27(冷却手段)が設けられた低温通路23と、高温通路22および低温通路23が集合したサージタンク24(集合部)と、サージタンク24とエンジン本体1とを接続する独立通路25(下流側通路)と、高温通路22および低温通路23をそれぞれ流通する吸気の流量を調節する第1、第2スロットル弁28,29(流量調節手段)とを有する。第1、第2スロットル弁28,29については、CI領域Aでの運転時に、吸気の一部が高温通路22を通じてエンジン本体1に導入されるように制御され(つまり両スロットル弁28,29が開かれ)、SI領域Bでの運転時には、エンジン本体1に導入される吸気が全て低温通路23からの吸気となるように制御される(つまり第1スロットル弁28が全閉とされる)。CI領域AからSI領域Bへと運転ポイントが移行する過渡運転時には、SI領域Aでの定常運転時よりも燃料の噴射開始時期を遅らせた状態でSI燃焼が実行され(過渡SIモード)、この過渡運転時の噴射開始時期(当実施形態では後段噴射の開始時期)は、圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの範囲内に設定される。このような構成によれば、CI燃焼からSI燃焼への移行を、異常燃焼を伴うことなくしかもスムーズに行うことができるという利点がある。
(5) Operation, etc. As described above, in the compression self-ignition engine of this embodiment, fuel containing gasoline is used as the fuel, and a predetermined CI area A (first CI area A1 and second CI area A2). CI combustion is performed at the same time, and SI combustion is performed in the SI region B including the region on the higher load side than the CI region A. The intake passage 20 of the engine is provided with a high temperature passage 22 provided with an interwarmer 26 (heating means) for heating the intake air, and an intercooler 27 (cooling means) extending in parallel with the high temperature passage 22 and cooling the intake air. The low temperature passage 23, the high temperature passage 22 and the surge tank 24 (collection portion) in which the low temperature passage 23 gathers, the independent passage 25 (downstream passage) connecting the surge tank 24 and the engine body 1, And first and second throttle valves 28 and 29 (flow rate adjusting means) for adjusting the flow rates of the intake air flowing through the low-temperature passages 23, respectively. The first and second throttle valves 28 and 29 are controlled so that a part of the intake air is introduced into the engine body 1 through the high-temperature passage 22 during operation in the CI region A (that is, both throttle valves 28 and 29 are When the operation is performed in the SI region B, the intake air introduced into the engine body 1 is controlled to be all the intake air from the low temperature passage 23 (that is, the first throttle valve 28 is fully closed). During transient operation in which the operating point shifts from the CI region A to the SI region B, SI combustion is executed with the fuel injection start timing delayed from that during steady operation in the SI region A (transient SI mode). The injection start time during transient operation (in this embodiment, the start timing of post-stage injection) is set within the range of 45 ° CA before compression top dead center to 15 ° CA after compression top dead center. According to such a configuration, there is an advantage that the transition from the CI combustion to the SI combustion can be performed smoothly without accompanying abnormal combustion.

すなわち、上記実施形態では、CI燃焼の実行領域(CI領域A)で、インターウォーマ26で加熱された吸気が高温通路22を通じてエンジン本体1に導入されるので、負荷が低い条件でも確実に燃料を自着火させることができ、CI燃焼の安定性を高めることができる。一方、CI領域Aよりも高負荷側のSI領域Bでは、低温通路23から導入される低温の吸気が増量されて(ここでは全てが低温の吸気とされて)、その状態でSI燃焼が実行されるので、負荷が高い条件でもノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を伴わない適正な燃焼を実現することができる。   That is, in the above embodiment, since the intake air heated by the interwarmer 26 is introduced into the engine body 1 through the high temperature passage 22 in the CI combustion execution region (CI region A), the fuel can be reliably supplied even under a low load condition. Self-ignition can be performed, and the stability of CI combustion can be improved. On the other hand, in the SI region B on the higher load side than the CI region A, the low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage 23 is increased (here, all intake is low-temperature intake), and SI combustion is executed in this state. Therefore, it is possible to realize proper combustion without abnormal combustion such as knocking or pre-ignition even under high load conditions.

その上で、上記実施形態では、CI領域AからSI領域Bへと移行する過渡運転時に、移行先のSI領域Bでの噴射開始時期よりも遅れた所定のクランク角範囲(圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CA)で燃料の噴射が開始され、それに基づきSI燃焼が実行される。すると、その直前に加熱された高温の吸気が一時的に燃焼室10に導入されたとしても、これに合わせて燃料噴射の開始時期が大幅に遅らされることで、燃料が圧縮上死点付近の高温環境下に晒される時間が短くされ、その結果、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼が回避される。また、異常燃焼回避のために一時的に燃料をカットしたような場合と異なり、燃焼が停止されずに継続されるので、エンジントルクが急減するトルクショックのような事態が生じることもない。このように、上記実施形態によれば、異常燃焼を伴うことなく、しかもスムーズに、上記CI燃焼からSI燃焼へと移行を行うことができる。   In addition, in the above-described embodiment, during a transient operation that shifts from the CI region A to the SI region B, a predetermined crank angle range (before the compression top dead center) that is delayed from the injection start timing in the transition destination SI region B. Fuel injection is started at 45 ° CA and 15 ° CA after compression top dead center), and SI combustion is performed based on this. Then, even if the high-temperature intake air heated immediately before that is temporarily introduced into the combustion chamber 10, the start timing of fuel injection is greatly delayed in accordance with this, so that the fuel is compressed at top dead center. The time of exposure to a nearby high-temperature environment is shortened, and as a result, abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is avoided. Further, unlike the case where fuel is temporarily cut to avoid abnormal combustion, the combustion is continued without being stopped, so that a situation such as a torque shock in which the engine torque rapidly decreases does not occur. Thus, according to the above embodiment, the transition from the CI combustion to the SI combustion can be performed smoothly without accompanying abnormal combustion.

例えば、CI領域AからSI領域Bに移行したとき、直ちに第1スロットル弁28を全閉に駆動する指令を出したとしても、実際に全閉になるまでにはある程度の時間(指令後の応答遅れや全閉位置までの移動時間に相当する時間)が必要である。また、第1スロットル弁28が全閉にされて高温通路22からの高温の吸気が遮断されたとしても、第1スロットル弁28より下流に位置する高温の吸気がエンジン本体1の各気筒2で完全に消費されるまでには、ある程度の時間(例えばエンジン数回転分の時間)が必要である。これらのタイムラグ(応答遅れ)の間は、インターウォーマ26で加熱された高温の吸気が各気筒2の燃焼室10に残っていることになるので、これを無視していきなり通常のSI燃焼(移行先のSI領域で実行されるリタードSIモード)を実行した場合には、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼が発生することが懸念される。これに対し、上記実施形態では、上記のタイムラグの間は燃料の噴射開始時期が大幅にリタードされるので、燃焼を継続しながら、上記のような異常燃焼の発生を防止することができる。   For example, even if a command for driving the first throttle valve 28 to be fully closed immediately after the transition from the CI region A to the SI region B is made, a certain amount of time (response after the command) is required until the first throttle valve 28 is actually fully closed. A time corresponding to the delay or the travel time to the fully closed position) is required. Even if the first throttle valve 28 is fully closed and the high-temperature intake air from the high-temperature passage 22 is shut off, the high-temperature intake air that is located downstream from the first throttle valve 28 remains in each cylinder 2 of the engine body 1. A certain amount of time (for example, a time corresponding to several engine revolutions) is required until it is completely consumed. During these time lags (response delays), the high-temperature intake air heated by the interwarmers 26 remains in the combustion chambers 10 of the respective cylinders 2 and is ignored. When the retarded SI mode executed in the previous SI region) is executed, there is a concern that abnormal combustion such as knocking or pre-ignition may occur. On the other hand, in the above embodiment, the fuel injection start timing is significantly retarded during the time lag, so that the occurrence of abnormal combustion as described above can be prevented while continuing combustion.

また、上記実施形態では、SI領域Bの定常運転(リタードSIモード)のときに、燃料の噴射開始時期(当実施形態では後段噴射の開始時期)が、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの範囲内に設定される。このようなSI領域Bでの噴射の開始時期は、上述した過渡運転のときに比べれば早いものの、圧縮上死点に比較的近い充分に遅れたタイミングということができる。負荷の高い条件下においてこのような遅めのタイミングで噴射された燃料は、噴射後間もなく行われる火花点火をきっかけに燃焼し、比較的急速に燃え広がるので、高い熱効率を得ることができるとともに、異常燃焼の発生を防止することができる。   In the above embodiment, the fuel injection start time (in this embodiment, the start timing of the subsequent injection) is compressed from 50 ° CA before compression top dead center during the steady operation in SI region B (retarded SI mode). It is set within the range of 10 ° CA after top dead center. The injection start timing in the SI region B can be said to be a sufficiently delayed timing that is relatively close to the compression top dead center although it is earlier than in the transient operation described above. Fuel that is injected at such a late timing under high load conditions burns with the spark ignition that occurs shortly after injection, and spreads relatively quickly, so that high thermal efficiency can be obtained, The occurrence of abnormal combustion can be prevented.

また、上記実施形態では、SI領域BからCI領域Aへと運転ポイントが移行する逆過渡運転時には、上記CI領域AからSI領域Bへの過渡運転時よりも早い時期に燃料が噴射されて、火花点火に基づくSI燃焼が実行される(逆過渡SIモード)。このような構成によれば、CI領域Aに移行した直後であるために未だに高温の吸気がエンジン本体1に導入されていない状況(つまり低温の吸気が多くを占める状況)でも、上記のように早めの燃料噴射に基づくSI燃焼が実行されることにより、例えば失火が起きることが回避され、適正な燃焼を継続的に行わせることができる。   Further, in the above embodiment, at the time of reverse transient operation in which the operation point shifts from the SI region B to the CI region A, fuel is injected at an earlier time than during the transient operation from the CI region A to the SI region B. SI combustion based on spark ignition is executed (reverse transient SI mode). According to such a configuration, even immediately after the transition to the CI region A, even in a situation where high-temperature intake air has not yet been introduced into the engine body 1 (that is, a situation where low-temperature intake air occupies most), as described above. By performing SI combustion based on early fuel injection, for example, misfire can be avoided and proper combustion can be continuously performed.

なお、上記実施形態では、SI領域Bでの定常運転(リタードSIモード)のときに、複数回に分けて燃料が噴射され、このうち遅い方の後段噴射の開始時期が、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAのクランク角範囲に含まれるものとしたが、高速域を含む全てのSI領域Bにおいてこのような角度範囲に後段噴射の開始時期が設定されるとは限らない。少なくとも低速域を含む常用の回転域で上記の角度範囲に設定されていればよく、高速域についてはこの限りではない。   In the above embodiment, during steady operation in the SI region B (retarded SI mode), the fuel is injected in a plurality of times, and the later start timing of the later stage injection is before the compression top dead center. The crank angle range from 50 ° CA to 10 ° CA after compression top dead center is included. However, when the start timing of the subsequent injection is set in such an angular range in all SI regions B including the high speed range. Is not limited. It is sufficient that the angle range is set in the normal rotation range including at least the low speed range, and the high speed range is not limited to this.

このことは、CI領域AからSI領域Bへの過渡運転(過渡SIモード)のときも同様である。すなわち、上記実施形態では、過渡SIモードのときに複数回に分けて燃料が噴射され、このうち遅い方の後段噴射の開始時期が、圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAのクランク角範囲に含まれるものとしたが、少なくとも低速域を含む常用の回転域で上記の角度範囲に設定されていればよく、高速域についてはこの限りではない。   The same applies to the transient operation from the CI area A to the SI area B (transient SI mode). That is, in the above embodiment, the fuel is injected in a plurality of times in the transient SI mode, and the start timing of the later post-stage injection is changed from 45 ° CA before compression top dead center to 15 after compression top dead center. Although it is included in the crank angle range of ° CA, it is sufficient that the angle range is set in the normal rotation range including at least the low speed range, and the high speed range is not limited to this.

また、上記実施形態では、リタードSIモードおよび過渡SIモードの双方、さらには第2CI領域A2で実行されるリタードCIモードのときに、複数回に分けて燃料を噴射する分割噴射を実行するようにしたが、これらの各モードにおける噴射の態様を、分割噴射ではなく、1回の噴射で所要量の燃料を噴射する一括噴射としてもよい。特に、エンジンの低速域では、高速域と比べて、狭いクランク角範囲で同量の燃料を噴射できるので、分割噴射ではなく一括噴射とすることが考えられる。なお、このように一括噴射をする場合には、噴射回数が1回だけとなるので、その1回の噴射の開始時期が、上述した各クランク範囲に収められることになる。   Further, in the above embodiment, in both the retarded SI mode and the transient SI mode, and further in the retarded CI mode executed in the second CI region A2, the divided injection that injects the fuel in a plurality of times is executed. However, the mode of injection in each of these modes may be batch injection in which a required amount of fuel is injected by one injection instead of split injection. In particular, in the low speed region of the engine, the same amount of fuel can be injected in a narrow crank angle range as compared with the high speed region. In the case of batch injection in this way, since the number of injections is only one, the start timing of one injection is included in each crank range described above.

逆に、分割噴射をする場合は、前段噴射および後段噴射の2回に限らず、3回以上に分割して燃料を噴射してもよい。その場合は、最終段の噴射開始時期(分割回数が3回の場合は3回目の噴射開始時期)が、上述した各クランク範囲に収められていればよい。   Conversely, when split injection is performed, the fuel is not limited to two injections of the front injection and the rear injection, and the fuel may be injected in three or more splits. In that case, it is only necessary that the final stage injection start timing (the third injection start timing when the number of divisions is 3) is included in each of the crank ranges described above.

また、上記実施形態では、インターウォーマ26の加熱源であるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサSN2の検出値と、インタークーラ27の冷却源である外気の温度を検出する外気温センサSN5の検出値とに基づいて、高温通路22および低温通路23用の各スロットル弁28,29の開度を制御したが、インターウォーマ26およびインタークーラ27の温度条件に基づいて(言い換えれば、インターウォーマ26およびインタークーラ27通過後の各吸気の温度を代表する状態量に基づいて)スロットル弁28,29を制御すればよく、その具体的手法は他にも種々考えられる。例えば、インターウォーマ26より下流側の高温通路22と、インタークーラ27より下流側の低温通路23とに、それぞれ温度センサを設け、各温度センサにより検出される加熱または冷却後の吸気の温度に基づいて、上記各スロットル弁28,29の開度を制御してもよい。   Moreover, in the said embodiment, detection value of the water temperature sensor SN2 which detects the temperature of the engine cooling water which is a heating source of the interwarmer 26, and outside temperature sensor SN5 which detects the temperature of the outside air which is the cooling source of the intercooler 27 The opening degree of each of the throttle valves 28 and 29 for the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 is controlled based on the detected value, but based on the temperature conditions of the interwarmer 26 and the intercooler 27 (in other words, the interwarmer 26 Further, the throttle valves 28 and 29 may be controlled (based on a state quantity representative of the temperature of each intake air after passing through the intercooler 27), and various other specific methods are conceivable. For example, a temperature sensor is provided in each of the high-temperature passage 22 downstream from the interwarmer 26 and the low-temperature passage 23 downstream from the intercooler 27, and based on the temperature of the intake air after heating or cooling detected by each temperature sensor. Thus, the opening degree of each of the throttle valves 28 and 29 may be controlled.

また、上記実施形態では、インターウォーマ26の加熱源としてエンジンの冷却水を用いるとともに、インタークーラ27の冷却源として外気(走行風)を用いたが、これら加熱源および冷却源は、吸気を加熱または冷却できるものであればよく、種々の代替が可能である。例えば、インターウォーマ26として電熱式のヒータを用いてもよく、インタークーラ27として水冷式の熱交換器を用いてもよい。   In the above embodiment, the engine cooling water is used as the heating source of the interwarmer 26 and the outside air (running wind) is used as the cooling source of the intercooler 27. These heating source and cooling source heat the intake air. Or what is necessary is just to be able to cool, and various alternatives are possible. For example, an electrothermal heater may be used as the interwarmer 26, and a water-cooled heat exchanger may be used as the intercooler 27.

また、上記実施形態では、吸気を冷却するインタークーラ27を吸気通路20の低温通路23に設けたが、このインタークーラ27は必ずしも必須ではなく、省略してもよい。ただし、インタークーラ27を設けた方が、低温通路23を通過した後の吸気の温度が安定するので、低温通路23および高温通路22の下流側で混合される吸気の温度を、高い精度で所望の温度範囲に調節できるという点で有利である。   In the above embodiment, the intercooler 27 that cools the intake air is provided in the low-temperature passage 23 of the intake passage 20, but the intercooler 27 is not necessarily required and may be omitted. However, if the intercooler 27 is provided, the temperature of the intake air after passing through the low temperature passage 23 is stabilized, so that the temperature of the intake air mixed on the downstream side of the low temperature passage 23 and the high temperature passage 22 is desired with high accuracy. This is advantageous in that the temperature can be adjusted within a range.

また、上記実施形態では、CI燃焼が行われるCI領域A(第1CI領域A1および第2CI領域A2)での運転時に、高温通路22からの吸気と低温通路23からの吸気とを混合させることにより(つまりスロットル弁28,29の双方を開弁させることにより)、混合後の吸気の温度を一律に同じ温度範囲(例えば50±5℃)まで高めるようにしたが、目標とする温度範囲(所定の温度範囲)は、エンジンの負荷または回転速度に応じて異なる値であってもよい。   In the above embodiment, the intake air from the high temperature passage 22 and the intake air from the low temperature passage 23 are mixed during operation in the CI region A (first CI region A1 and second CI region A2) where the CI combustion is performed. (In other words, by opening both throttle valves 28 and 29), the temperature of the intake air after mixing is uniformly increased to the same temperature range (for example, 50 ± 5 ° C.). May be a different value depending on the engine load or rotational speed.

また、上記実施形態では、高温通路22および低温通路23の各流量を調節する流量調節手段として、高温通路22および低温通路23のそれぞれに独立したスロットル弁28,29を設けたが、これに代えて、高温通路22および低温通路23への吸気の分配割合を調節可能なロータリ式のバルブを、共通通路21の下流端部(高温通路22および低温通路23への分岐部)に設けてもよい。   In the above embodiment, as the flow rate adjusting means for adjusting the flow rates of the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23, the independent throttle valves 28 and 29 are provided in the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23, respectively. In addition, a rotary type valve that can adjust the distribution ratio of the intake air to the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23 may be provided at the downstream end of the common passage 21 (a branch portion to the high temperature passage 22 and the low temperature passage 23). .

また、上記実施形態では、SI燃焼が行われるSI領域Bでの運転時に、高温通路22用のスロットル弁28を一律に全閉にすることにより、加熱された高温の吸気がエンジン本体1に導入されるのを禁止するようにしたが、例えばSI領域Bでの低負荷側では、比較的多くの排気ガスがEGR装置40を通じて燃焼室10に導入されるので(図6(a)参照)、燃焼が不安定化するおそれがある。そこで、SI領域Bでは、その低負荷側の一部(例えば負荷L6からL7までの間)に限って、高温通路22用のスロットル弁28を開弁させるようにしてもよい。ただしその場合でも、低温通路23から導入される低温の吸気の割合(高温通路22の流量に対する低温通路23の流量の割合)は、CI領域Aのときと比べれば増大されることになる。   Further, in the above embodiment, the heated high-temperature intake air is introduced into the engine body 1 by uniformly closing the throttle valve 28 for the high-temperature passage 22 uniformly during operation in the SI region B where SI combustion is performed. For example, on the low load side in the SI region B, a relatively large amount of exhaust gas is introduced into the combustion chamber 10 through the EGR device 40 (see FIG. 6A). Combustion may become unstable. Therefore, in the SI region B, the throttle valve 28 for the high temperature passage 22 may be opened only in a part on the low load side (for example, between the loads L6 and L7). However, even in this case, the ratio of the low-temperature intake air introduced from the low-temperature passage 23 (the ratio of the flow rate of the low-temperature passage 23 to the flow rate of the high-temperature passage 22) is increased as compared with the CI region A.

また、上記実施形態では、エンジン本体1の各気筒2に1つずつ点火プラグ12を設けたが、各気筒2に複数個(例えば2つ)の点火プラグを設けてもよい。これにより、SI領域Bで実行されるSI燃焼の燃焼速度が速められるので、熱効率がより向上することが期待できる。   In the above-described embodiment, one spark plug 12 is provided for each cylinder 2 of the engine body 1, but a plurality of (for example, two) spark plugs may be provided for each cylinder 2. Thereby, since the combustion speed of SI combustion performed in SI area | region B is accelerated | stimulated, it can anticipate that thermal efficiency improves more.

1 エンジン本体
20 吸気通路
22 高温通路
23 低温通路
24 サージタンク(集合部)
25 独立通路(下流側通路)
26 インターウォーマ(加熱手段)
27 インタークーラ(冷却手段)
28 第1スロットル弁(流量調節手段)
29 第2スロットル弁(流量調節手段)
60 ECU(制御手段)
A CI領域
B SI領域
1 Engine Body 20 Intake Passage 22 High Temperature Passage 23 Low Temperature Passage 24 Surge Tank (Gathering Section)
25 Independent passage (downstream passage)
26 Interwarmer (heating means)
27 Intercooler (cooling means)
28 First throttle valve (flow rate adjusting means)
29 Second throttle valve (flow rate adjusting means)
60 ECU (control means)
A CI area B SI area

Claims (5)

ガソリンを含有する燃料を燃焼室に噴射するインジェクタと燃焼室に火花を放電する点火プラグとを含むエンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、予め定められたCI領域で上記燃料の自着火によるCI燃焼を実行させるとともに、CI領域よりも高負荷側の領域を含むSI領域で上記点火プラグの火花点火によるSI燃焼を実行させる制御手段とを備えた圧縮自己着火式エンジンであって、
上記吸気通路は、吸気を加熱する加熱手段が設けられた高温通路と、高温通路と並列に延び、かつ加熱手段が設けられない低温通路と、高温通路および低温通路が集合した集合部と、集合部と上記エンジン本体とを接続する下流側通路と、上記高温通路および低温通路をそれぞれ流通する吸気の流量を調節する流量調節手段とを有し、
上記制御手段は、上記CI領域での運転時に、吸気の少なくとも一部が上記高温通路を通じてエンジン本体に導入されるように上記流量調節手段を制御する一方、上記SI領域での運転時には、上記低温通路からエンジン本体に導入される吸気の割合が上記CI領域での運転時よりも増えるように上記流量調節手段を制御し、さらに、
上記制御手段は、上記CI領域からSI領域へと運転ポイントが移行する過渡運転時に、上記SI領域での定常運転時よりも上記燃料の噴射開始時期を遅らせた状態でSI燃焼を実行し、かつその過渡運転時の噴射開始時期を、圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの範囲に含まれるように設定する、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
An engine body including an injector that injects fuel containing gasoline into the combustion chamber, an ignition plug that discharges sparks into the combustion chamber, an intake passage through which intake air introduced into the engine body circulates, and a predetermined CI region A compression self-ignition engine comprising: control means for performing CI combustion by self-ignition of the fuel and performing SI combustion by spark ignition of the spark plug in an SI region including a region on a higher load side than the CI region Because
The intake passage includes a high-temperature passage provided with a heating means for heating intake air, a low-temperature passage extending in parallel with the high-temperature passage and not provided with a heating means, a collecting portion where the high-temperature passage and the low-temperature passage are gathered, A downstream passage connecting the engine and the engine body, and a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the high temperature passage and the low temperature passage,
The control means controls the flow rate adjusting means so that at least a part of the intake air is introduced into the engine body through the high-temperature passage during operation in the CI region, while the low temperature during operation in the SI region. Controlling the flow rate adjusting means so that the ratio of intake air introduced from the passage into the engine body is greater than that during operation in the CI region;
The control means performs SI combustion in a state in which the fuel injection start timing is delayed from the steady operation in the SI region during the transient operation in which the operation point shifts from the CI region to the SI region, and A compression self-ignition engine characterized in that the injection start timing during the transient operation is set to fall within a range of 45 ° CA before compression top dead center to 15 ° CA after compression top dead center.
請求項1記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
上記SI領域での定常運転時に設定される燃料の噴射開始時期が、圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの範囲に含まれる、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine according to claim 1,
The compression self-ignition type, characterized in that the fuel injection start timing set during steady operation in the SI region is included in the range of 50 ° CA before compression top dead center to 10 ° CA after compression top dead center. engine.
請求項2記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
上記SI領域での定常運転時、および、上記CI領域からSI領域への過渡運転時は、上記インジェクタから2回以上に分割して燃料が噴射され、
上記分割噴射される燃料の最終段の噴射開始時期が、SI領域での定常運転のときは圧縮上死点前50°CAから圧縮上死点後10°CAの範囲であり、上記CI領域からSI領域への過渡運転のときは圧縮上死点前45°CAから圧縮上死点後15°CAの範囲である、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine according to claim 2,
During steady operation in the SI region and during transient operation from the CI region to the SI region, fuel is injected in two or more portions from the injector,
The injection start timing of the final stage of the fuel to be dividedly injected is in a range from 50 ° CA before compression top dead center to 10 ° CA after compression top dead center during steady operation in the SI region. A compression self-ignition engine characterized in that it is in the range of 45 ° CA before compression top dead center to 15 ° CA after compression top dead center during transient operation to the SI region.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
上記SI領域からCI領域へと運転ポイントが移行する逆過渡運転時にはSI燃焼が実行され、かつそのときの燃料の噴射開始時期は、上記CI領域からSI領域への過渡運転時よりも早い時期に設定される、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
SI combustion is performed during reverse transient operation in which the operating point shifts from the SI region to the CI region, and the fuel injection start timing at that time is earlier than the transient operation from the CI region to the SI region. A compression self-igniting engine characterized by being set.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧縮自己着火式エンジンにおいて、
上記低温通路には、その内部を流通する吸気を冷却する冷却手段が設けられた、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 4,
A compression self-ignition engine, wherein the low-temperature passage is provided with a cooling means for cooling intake air flowing through the low-temperature passage.
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