JP2016044671A - Control device of compression ignition type engine - Google Patents

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京太郎 西本
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賢也 末岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve exhaust emission performance and to prevent combustion noise while securing ignitability in compression ignition, in a compression ignition type engine.SOLUTION: A control device of a compression ignition type engine discharges a part of a combustion gas by internal EGR means to a specific intake passage (intake port 161) as a part of a plurality of intake passages connected to one cylinder 18, when an operating state of an engine body (engine 1) is in a high load region in a compression ignition combustion region, injects a predetermined amount of fuel into the specific intake port by a port injector 68, introduces a part of the combustion gas to the intake passage (intake port 162) excluding the specific intake passage by external EGR means (EGR passage 50), and supplies the remaining amount of fuel into the cylinder by a second injector (direct-injection injector 67).SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。   The technology disclosed herein relates to a control device for a compression ignition engine.

例えば特許文献1には、低負荷側に設定された圧縮着火燃焼領域において、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮着火燃焼を行う領域において負荷の低い領域では、内部EGRガスを気筒内に導入することによって気筒内の温度状態を高めて着火性及び燃焼安定性を高めると共に、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることで燃費の向上を図っている。一方、圧縮着火燃焼を行う領域において負荷の高い領域では、内部EGRガスに加えて冷却した外部EGRガスを気筒内に導入することによって気筒内の温度状態の適正化を図り、着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避すると共に、混合気の空燃比を理論空燃比にすることで三元触媒を利用した排気エミッション性能の向上を図っている。   For example, Patent Document 1 describes an engine that performs compression ignition combustion of an air-fuel mixture in a cylinder in a compression ignition combustion region set on a low load side. In the region where the compression ignition combustion is performed, the engine introduces internal EGR gas into the cylinder to increase the temperature state in the cylinder, thereby improving the ignitability and combustion stability, The fuel efficiency is improved by making the fuel ratio leaner than the stoichiometric air fuel ratio. On the other hand, in a region where compression ignition combustion is performed in a high load region, the external EGR gas cooled in addition to the internal EGR gas is introduced into the cylinder, thereby optimizing the temperature state in the cylinder and ensuring ignitability. In addition, while avoiding rapid combustion, the exhaust gas emission ratio using the three-way catalyst is improved by setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio.

また、特許文献2には、直噴インジェクタと、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタとを備えたエンジンが記載されている。このエンジンでは、低負荷運転領域では、ポートインジェクタのみから吸気ポート内に燃料を噴射する一方で、高負荷運転領域では、ポートインジェクタと直噴インジェクタとの両方から燃料を噴射するようにしている。   Patent Document 2 describes an engine including a direct injection injector and a port injector that injects fuel into an intake port. In this engine, in the low load operation region, fuel is injected into the intake port only from the port injector, while in the high load operation region, fuel is injected from both the port injector and the direct injection injector.

特開2014−51928号公報JP 2014-51928 A 特開2012−163028号公報JP 2012-163028 A

特許文献1に記載されているエンジンは、気筒内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴インジェクタを備えており、気筒内に形成した混合気を、圧縮着火(Compression Ignition:CI)、又は、制御自着火(Controlled Auto Ignition:CAI)により燃焼させるが、その直噴インジェクタによる気筒内への燃料噴射を1回の噴射で行う、いわゆる単段噴射は、気筒内に、局所当量比の低い(当量比φが1未満の)混合気が多く形成されるようになり、圧縮着火の着火性が低下する上に、燃焼温度が低くなって、HC及びCOが増大してしまうという問題がある。これに対し、気筒内への燃料噴射を複数回に分けて行う、いわゆる多段噴射は単段噴射に比べ、当量比φが1を超えるような、局所当量比の高い領域まで混合気の分布を広げることができ、圧縮着火の着火性が高まるという利点がある。しかしながら、局所当量比の分布が高いところから、低いところまで分布する混合気が形成されることに伴い、過濃な部分から煤が生じたり、ストイキ付近のリーン領域で燃焼温度が高く酸素過剰になってNOxが発生したりするという新たな問題が生じる。   The engine described in Patent Document 1 includes a so-called direct injection injector that directly injects fuel into a cylinder, and compresses ignition (CI) or controls an air-fuel mixture formed in the cylinder. Combustion is performed by self-ignition (Controlled Auto Ignition: CAI), but the so-called single-stage injection, in which fuel is injected into the cylinder by the direct injection injector in a single injection, has a low local equivalent ratio in the cylinder (equivalent There is a problem that a large amount of air-fuel mixture (with a ratio φ of less than 1) is formed, the ignitability of compression ignition is lowered, the combustion temperature is lowered, and HC and CO are increased. In contrast, so-called multi-stage injection, in which fuel injection into a cylinder is divided into multiple times, has a mixture distribution to a region with a high local equivalent ratio such that the equivalent ratio φ exceeds 1, compared to single-stage injection. There is an advantage that the ignitability of compression ignition can be increased. However, due to the formation of an air-fuel mixture that is distributed from a high local equivalence ratio distribution to a low distribution, soot is generated from the overconcentrated part, or the combustion temperature is high in the lean region near the stoichiometric and excessive oxygen. This causes a new problem that NOx is generated.

特にエンジンの運転状態が負荷の高い領域にあるときには、燃料量が増えるため、前述した気筒内の混合気分布に起因する問題が、より一層顕著になると共に、内部EGRガスと外部EGRガスとの双方を気筒内に導入することで気筒内の温度状態を適正化していたとしても、急激な燃焼となって、NOxの増大を招いたり、燃焼騒音の増大を招いたりする虞がある。   In particular, when the engine operating state is in a high load region, the amount of fuel increases, so the above-described problems caused by the mixture distribution in the cylinder become more prominent, and the internal EGR gas and the external EGR gas Even if both are introduced into the cylinder and the temperature state in the cylinder is optimized, rapid combustion may occur, leading to an increase in NOx and an increase in combustion noise.

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮着火式エンジンにおいて、圧縮着火の着火性を確保しつつ、排気エミッション性能の向上と燃焼騒音の回避とを図ることにある。   The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and the purpose of the technology is to improve the exhaust emission performance and reduce the combustion noise in the compression ignition type engine while ensuring the ignitability of the compression ignition. To avoid it.

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係り、この装置は、複数の吸気路のそれぞれが接続される気筒を有しかつ、予め設定された圧縮着火燃焼領域において、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるよう構成されたエンジン本体と、前記複数の吸気路のそれぞれに設けられかつ、当該吸気路を開閉するよう構成された吸気弁と、前記1つの気筒に接続される複数の吸気路の内の一部である特定吸気路に配設されかつ、当該特定吸気路内に燃料を噴射するよう構成されたポートインジェクタと、前記気筒内に燃料を供給するよう構成された第2インジェクタと、前記吸気弁を膨張行程から排気行程の期間において開弁する先行開弁と、少なくとも吸気行程において開弁する主開弁とを行うことで、燃焼ガスの一部を、前記特定吸気路を介して、新気と共に、前記気筒内に導入するよう構成された内部EGR手段と、前記特定吸気路以外の吸気路に少なくとも接続されるEGR通路を介して、燃焼ガスの一部を、前記気筒内に導入するよう構成された外部EGR手段と、前記ポートインジェクタ及び前記第2インジェクタの噴射制御を通じて、前記エンジン本体を運転するように構成された制御部と、を備える。   The technology disclosed herein relates to a control device for a compression ignition engine, and the device includes a cylinder to which each of a plurality of intake passages is connected, and in a predetermined compression ignition combustion region, An engine main body configured to compress and ignite the air-fuel mixture, an intake valve provided in each of the plurality of intake passages and configured to open and close the intake passage, and connected to the one cylinder A port injector disposed in a specific intake passage that is a part of the plurality of intake passages and configured to inject fuel into the specific intake passage, and configured to supply fuel into the cylinder By performing the second injector, the preceding valve that opens the intake valve during the period from the expansion stroke to the exhaust stroke, and the main valve that opens at least during the intake stroke, a part of the combustion gas is Part of the combustion gas through an internal EGR means configured to be introduced into the cylinder together with fresh air through a constant intake passage and an EGR passage connected at least to an intake passage other than the specific intake passage And an external EGR means configured to be introduced into the cylinder, and a control unit configured to operate the engine body through injection control of the port injector and the second injector.

そして、前記制御部は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火燃焼領域における所定負荷以上の高負荷領域にあるときに、前記特定吸気路に、前記内部EGR手段によって燃焼ガスの一部を排出すると共に、当該特定吸気路内に、前記ポートインジェクタによって所定量の燃料量を噴射し、前記特定吸気路以外の吸気路を通じて、前記外部EGR手段によって燃焼ガスの一部を前記気筒内に導入すると共に、前記第2インジェクタによって残りの燃料量を気筒内に供給する。   The control unit discharges a part of the combustion gas to the specific intake passage by the internal EGR means when the operating state of the engine body is in a high load region that is equal to or higher than a predetermined load in the compression ignition combustion region. In addition, a predetermined amount of fuel is injected into the specific intake passage by the port injector, and a part of the combustion gas is introduced into the cylinder by the external EGR means through the intake passage other than the specific intake passage. At the same time, the remaining fuel amount is supplied into the cylinder by the second injector.

ここで、吸気路は、1つの気筒に対して複数、接続される通路であり、シリンダヘッドに設けられた吸気ポート、及び、吸気ポートに連続する、吸気マニホールドの独立通路を含む。   Here, a plurality of intake passages are passages connected to one cylinder, and include an intake port provided in the cylinder head and an independent passage of the intake manifold continuous to the intake port.

また、特定吸気路は、1つの気筒に接続される複数の吸気路の内の一部の吸気路であり、特定吸気路は、1つ又は複数の吸気路からなる。1つの気筒に接続される全ての吸気路が特定吸気路になる訳ではない。例えば1つの気筒に接続される吸気路が2つの場合、特定吸気路は1つである。また、1つの気筒に接続される吸気路が3つの場合、特定吸気路は1つ又は2つである。   The specific intake path is a partial intake path among a plurality of intake paths connected to one cylinder, and the specific intake path includes one or a plurality of intake paths. Not all intake passages connected to one cylinder become specific intake passages. For example, when there are two intake passages connected to one cylinder, there is one specific intake passage. In addition, when there are three intake passages connected to one cylinder, there are one or two specific intake passages.

ポートインジェクタは、複数の吸気路の内の特定吸気路にのみ配設してもよい。また、複数の吸気路の全てに配設してもよい。その場合、特定吸気路以外の吸気路に配設されたポートインジェクタは、第2インジェクタに相当する。また、後述するように、第2インジェクタは、気筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタである場合もある。   The port injector may be disposed only in a specific intake path among the plurality of intake paths. Moreover, you may arrange | position to all of several intake passages. In this case, the port injector disposed in the intake passage other than the specific intake passage corresponds to the second injector. As will be described later, the second injector may be a direct injection injector that directly injects fuel into the cylinder.

この構成によると、エンジン本体の運転状態が圧縮着火燃焼領域における所定負荷以上の高負荷領域にあるときには、内部EGR手段によって燃焼ガスの一部を特定吸気路内に排出する。具体的には、吸気弁を膨張行程から排気行程の期間において開弁する(つまり、先行開弁)。内部EGR手段により特定吸気路に排出される燃焼ガスは、相対的に高温である。   According to this configuration, when the operating state of the engine body is in a high load region that is equal to or higher than a predetermined load in the compression ignition combustion region, a part of the combustion gas is discharged into the specific intake passage by the internal EGR means. Specifically, the intake valve is opened during the period from the expansion stroke to the exhaust stroke (that is, the preceding valve opening). The combustion gas discharged to the specific intake passage by the internal EGR means is relatively high temperature.

制御部はまた、燃焼ガスが排出された特定吸気路内に、ポートインジェクタから所定量の燃料を噴射する。エンジン本体の運転状態が所定負荷以上であり、要求燃料量は比較的多いことから、ポートインジェクタから噴射する燃料量は、要求燃料量の一部となる。燃料噴射量は、エンジン本体の運転状態に応じて設定される。後述するように、ポートインジェクタから噴射される燃料は主に、圧縮着火燃焼の着火性を確保するために利用されるため、所定燃料量は、着火性が確保可能な程度の量でかつ、燃焼騒音を増大しない程度の量に設定される。ポートインジェクタによって吸気路内に燃料を噴射することにより、気筒内に導入される混合気の均質化が図られる。   The control unit also injects a predetermined amount of fuel from the port injector into the specific intake passage from which the combustion gas is discharged. Since the operating state of the engine body is equal to or greater than the predetermined load and the required fuel amount is relatively large, the fuel amount injected from the port injector is a part of the required fuel amount. The fuel injection amount is set according to the operating state of the engine body. As will be described later, since the fuel injected from the port injector is mainly used to ensure the ignitability of compression ignition combustion, the predetermined fuel amount is an amount that can ensure the ignitability and combustion. The amount is set so as not to increase the noise. By injecting fuel into the intake passage by the port injector, the air-fuel mixture introduced into the cylinder is homogenized.

そうして、吸気行程時に吸気弁を主開弁することにより、特定吸気路から気筒内に、燃焼ガスと、燃料と、新気とが導入される。このときに、特定吸気路から気筒内に導入される混合気の当量比が1.0〜1.4の範囲となるように、吸気弁のリフト量を調整してもよい。吸気弁のリフト量は、吸気弁の駆動機構として、公知の、機械式又は油圧式の可変駆動機構を採用することによって実現可能である。こうして、気筒内に均質かつ高温の混合気の層を形成することが可能になる。   Thus, the combustion valve, fuel, and fresh air are introduced from the specific intake passage into the cylinder by main opening of the intake valve during the intake stroke. At this time, the lift amount of the intake valve may be adjusted so that the equivalence ratio of the air-fuel mixture introduced from the specific intake passage into the cylinder is in the range of 1.0 to 1.4. The lift amount of the intake valve can be realized by adopting a known mechanical or hydraulic variable drive mechanism as a drive mechanism of the intake valve. In this way, it is possible to form a homogeneous and high-temperature mixture layer in the cylinder.

一方、特定吸気路以外の吸気路には、外部EGR手段によって燃焼ガスの一部を導入する。この燃焼ガスは、EGR通路を介して吸気路に導入されるため、内部EGR手段による燃焼ガスよりも温度が低下する。尚、EGR通路に空冷又は水冷のクーラを介設し、特定吸気路以外の吸気路に導入する燃焼ガスの温度を積極的に低下させてもよい。こうして、特定吸気路以外の吸気路から気筒内には、相対的に低温の燃焼ガスと新気とが導入される。   On the other hand, a part of the combustion gas is introduced into the intake passages other than the specific intake passage by the external EGR means. Since this combustion gas is introduced into the intake passage via the EGR passage, the temperature is lower than that of the combustion gas produced by the internal EGR means. Note that an air-cooled or water-cooled cooler may be provided in the EGR passage to positively lower the temperature of the combustion gas introduced into the intake passage other than the specific intake passage. Thus, relatively low-temperature combustion gas and fresh air are introduced into the cylinder from the intake passage other than the specific intake passage.

また、第2インジェクタから噴射した残りの燃焼が気筒内に導入される。第2インジェクタがポートインジェクタであれば、特定吸気路以外の吸気路から気筒内に燃料が導入され、第2インジェクタが直噴インジェクタであれば、気筒内に燃料が噴射される。いずれの構成でも、気筒内に、相対的に低温の燃焼ガスを含む混合気層を形成することが可能になる。この混合気層も、排気エミッション性能を確保する上で、均質であることが好ましい。   Further, the remaining combustion injected from the second injector is introduced into the cylinder. If the second injector is a port injector, fuel is introduced into the cylinder from an intake passage other than the specific intake passage. If the second injector is a direct injection injector, fuel is injected into the cylinder. In any configuration, it is possible to form an air-fuel mixture layer containing relatively low-temperature combustion gas in the cylinder. This air-fuel mixture layer is also preferably homogeneous in order to ensure exhaust emission performance.

こうして、気筒内の混合気の温度成層化が実現するため、圧縮上死点付近において先ず、気筒内に形成された均質かつ高温の混合気が自着火をし、その自着火を受けて、相対的に低温の燃焼ガスを含む混合気層は、逐次着火する。その結果、燃焼が緩慢化するようになり、燃焼温度の上昇を抑制し、RawNOxの生成が抑えられると共に、燃焼騒音の増大が回避される。   Thus, in order to realize temperature stratification of the air-fuel mixture in the cylinder, the homogeneous and high-temperature air-fuel mixture formed in the cylinder first self-ignites near the compression top dead center, receives the self-ignition, In particular, the air-fuel mixture layer containing low-temperature combustion gas is sequentially ignited. As a result, combustion slows down, suppressing an increase in combustion temperature, suppressing generation of RawNOx, and avoiding an increase in combustion noise.

前記制御部は、前記エンジン本体の負荷が高くなるに従って、前記ポートインジェクタが噴射する燃料量を少なくする、としてもよい。   The controller may reduce the amount of fuel injected by the port injector as the load on the engine body increases.

エンジン負荷が高くなるに従い、気筒内の温度状態が高まることで、圧縮着火燃焼の着火性が高まる。そこで、エンジン本体の負荷が高くなるに従って、前記ポートインジェクタが噴射する燃料量を少なくすることにより、着火性が確保される一方で、最初に圧縮着火する混合気層の燃焼が急激になって、気筒内の圧力上昇が急峻になってしまうことが回避される。つまり、エンジン本体の負荷が高いときに燃焼騒音が増大してしまうことを回避することが可能になる。   As the engine load increases, the temperature state in the cylinder increases, and the ignitability of compression ignition combustion increases. Therefore, as the load on the engine body increases, the amount of fuel injected by the port injector is reduced, so that the ignitability is ensured, while the combustion of the air-fuel mixture layer that is first subjected to compression ignition becomes abrupt. It is avoided that the pressure rise in the cylinder becomes steep. That is, it is possible to avoid an increase in combustion noise when the load on the engine body is high.

前記特定吸気路を含む前記複数の吸気路は、前記気筒内に流入するガスに角運動量を付与しないことで、前記気筒内にスワールを発生しないように構成されている、としてもよい。   The plurality of intake passages including the specific intake passage may be configured not to generate a swirl in the cylinder by not giving angular momentum to the gas flowing into the cylinder.

例えば吸気ポートは、いわゆるストレートポートとしてもよい。こうすることで、気筒内のガス流動、特に気筒の軸を中心とした回転方向の流動(つまり、スワール)が弱くなる。これにより、前述したように、特定吸気路から気筒内に導入されるガスによって形成される混合気層と、特定吸気路以外の吸気路から気筒内に導入されるガスによって形成される混合気層とが攪拌されずに、気筒内の混合気の温度成層化を維持することが可能になる。   For example, the intake port may be a so-called straight port. By doing so, the gas flow in the cylinder, particularly the flow in the rotational direction around the cylinder axis (that is, swirl) is weakened. Thereby, as described above, the air-fuel mixture layer formed by the gas introduced into the cylinder from the specific intake passage, and the air-fuel mixture layer formed by the gas introduced into the cylinder from the intake passage other than the specific intake passage Therefore, the temperature stratification of the air-fuel mixture in the cylinder can be maintained without being stirred.

前記第2インジェクタは、前記気筒内に燃料を噴射する直噴インジェクタであり、前記制御部は、前記直噴インジェクタによる燃料噴射を、圧縮行程後半に開始する、としてもよい。ここで、圧縮行程の後半とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分したときの後半としてもよい。   The second injector may be a direct injection injector that injects fuel into the cylinder, and the control unit may start fuel injection by the direct injection injector in the latter half of the compression stroke. Here, the second half of the compression stroke may be the second half when the compression stroke is divided into the first half and the second half.

こうすることで、直噴インジェクタから気筒内に燃料を噴射するタイミングが比較的遅くなるため、低温の燃焼ガスを含む混合気層が着火するタイミングを遅くすることが可能になる。一方で、気筒内の圧力が高まった状態で、その気筒内に燃料を噴射することにより、燃料の噴射から自着火までの期間は比較的短くなる。その結果、均質かつ高温の混合気層が着火した後で、低温の燃焼ガスを含む混合気層を逐次着火させることが確実に実現する。こうして、エンジン本体の負荷が高いときに、圧縮着火燃焼の緩慢化が図られる。   By doing so, the timing at which fuel is injected into the cylinder from the direct injection injector becomes relatively late, so that the timing at which the air-fuel mixture containing low-temperature combustion gas ignites can be delayed. On the other hand, by injecting fuel into a cylinder in a state where the pressure in the cylinder is increased, the period from fuel injection to self-ignition becomes relatively short. As a result, after the homogeneous and high-temperature air-fuel mixture layer has ignited, the air-fuel mixture layer containing the low-temperature combustion gas can be reliably ignited sequentially. Thus, when the load on the engine body is high, the compression ignition combustion is slowed down.

以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置によると、エンジン本体の運転状態が圧縮着火燃焼領域における高負荷領域にあるときに、特定吸気路内に内部EGR手段によって燃焼ガスの一部を排出しかつ、ポートインジェクタによって所定量の燃料量を噴射すると共に、特定吸気路以外の吸気路に、外部EGR手段によって燃焼ガスの一部を導入すると共に、第2インジェクタによって残りの燃料量を気筒内に導入することで、気筒内に均質かつ高温の混合気層と、低温の燃焼ガスを含む混合気層とを形成することができ、着火性を確保しつつ、圧縮着火燃焼の緩慢化が可能になるから、排気エミッション性能の向上と、燃焼騒音の増大回避とが図られる。   As described above, according to the control apparatus for a compression ignition type engine, when the operating state of the engine body is in the high load region in the compression ignition combustion region, the combustion gas is generated in the specific intake passage by the internal EGR means. And a predetermined amount of fuel is injected by the port injector, a part of the combustion gas is introduced into the intake passage other than the specific intake passage by the external EGR means, and the remaining fuel amount is injected by the second injector. Is introduced into the cylinder, so that a homogeneous and high-temperature mixture layer and a mixture layer containing low-temperature combustion gas can be formed in the cylinder, and the compression ignition combustion is slow while ensuring ignitability. Therefore, it is possible to improve exhaust emission performance and avoid an increase in combustion noise.

エンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an engine. エンジンの制御に係るブロック図である。It is a block diagram concerning control of an engine. 吸気弁の駆動機構の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the drive mechanism of an intake valve. 吸気弁のリフトカーブを例示する図である。It is a figure which illustrates the lift curve of an intake valve. エンジンの運転制御マップを例示する図である。It is a figure which illustrates the operation control map of an engine. エンジン負荷が低いときの、混合気の形成過程を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the formation process of air-fuel | gap when an engine load is low. 燃料噴射に係る制御の相違に起因して、気筒内に形成される混合気の局所当量比の分布頻度を比較する図である。It is a figure which compares the distribution frequency of the local equivalence ratio of the air-fuel | gaseous mixture formed in a cylinder resulting from the difference in the control which concerns on fuel injection. エンジン負荷が高いときの、混合気の形成過程を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the formation process of air-fuel | gap when an engine load is high. 図8とは異なる、エンジン負荷が高いときの混合気の形成過程を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the formation process of the air-fuel | gaseous mixture when an engine load is high different from FIG.

以下、圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。   Hereinafter, an embodiment of a control device for a compression ignition engine will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is exemplary.

(エンジンの全体構成)
図1,2は、エンジン(エンジン本体)1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(尚、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の上面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述する直噴インジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の上面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
(Entire engine configuration)
1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1. The engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with a fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (only one cylinder is shown in FIG. 1, but four cylinders are provided in series, for example), and the cylinder block 11 is arranged on the cylinder block 11. The cylinder head 12 is provided, and an oil pan 13 is provided below the cylinder block 11 and stores lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. On the upper surface of the piston 14, a cavity 141 like a reentrant type in a diesel engine is formed. The cavity 141 faces a direct injection injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18 and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber. The shape of the combustion chamber is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the cavity 141, the upper surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber, and the like can be changed as appropriate.

このガソリンエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自着火による燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよく、例えば18としてもよい。   The gasoline engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing combustion by compression autoignition described later. The geometric compression ratio may be set as appropriate in the range of about 15 to 20, and may be 18, for example.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。図6等に概略的に示すように、このエンジン1は、1つの気筒18に対して、第1及び第2の2つ吸気ポート161、162及び排気ポート171、172が接続されており、それに伴い、吸気弁21及び排気弁22も、1つの気筒18に対して、それぞれ2つずつ設けられている。以下において、2つの吸気ポートを区別せずに総称するときには、符号16を付し、2つの吸気ポートを区別するときには、符号161、162を付す。   The cylinder head 12 is formed with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 include an intake valve 21 and an exhaust valve that open and close the opening on the combustion chamber side. 22 are arranged respectively. As schematically shown in FIG. 6 and the like, this engine 1 has two intake ports 161 and 162 and exhaust ports 171 and 172 connected to one cylinder 18. Accordingly, two intake valves 21 and two exhaust valves 22 are provided for each cylinder 18. Hereinafter, when the two intake ports are collectively referred to without being distinguished, reference numeral 16 is given. When the two intake ports are distinguished, reference numerals 161 and 162 are given.

吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、吸気側には、クランクシャフト15に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable ValveTiming)と称する)71と、吸気弁21の開弁態様を変更可能な油圧式の可変駆動機構72が設けられている。VVT71は、液圧式、又は、電動式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。可変駆動機構72の詳細は、後述する。吸気弁21の駆動機構は、VVT71と可変駆動機構72とを含んで構成される。   Among the valve systems that drive the intake valve 21 and the exhaust valve 22 respectively, a phase variable mechanism (hereinafter referred to as VVT (Variable ValveTiming) that can change the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 15 is provided on the intake side. 71) and a hydraulic variable drive mechanism 72 capable of changing the opening mode of the intake valve 21 are provided. The VVT 71 may adopt a known hydraulic or electric structure as appropriate, and the detailed structure is not shown. Details of the variable drive mechanism 72 will be described later. The drive mechanism of the intake valve 21 includes a VVT 71 and a variable drive mechanism 72.

これに対し、排気側には、クランクシャフト15に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能なVVT73が設けられている。排気側のVVT73も、液圧式、又は、電動式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁22の駆動機構は、VVT73を含んで構成される。   On the other hand, a VVT 73 capable of changing the rotation phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 15 is provided on the exhaust side. The VVT 73 on the exhaust side may adopt a hydraulic or electric known structure as appropriate, and the detailed structure is not shown. The drive mechanism of the exhaust valve 22 includes a VVT 73.

図3は、吸気弁21の可変駆動機構72の構成を示している。可変駆動機構72は、カムシャフト721と、カムシャフト721に設けられたカム722と、カム722が摺動するタペット723と、タペット723に結合されたポンプ部724と、ポンプ部724に連通する油圧排出路725とを備えている。可変駆動機構72は、1つの気筒18に設けられた2つの吸気弁21を、互いに独立して駆動することが可能に構成されている。   FIG. 3 shows the configuration of the variable drive mechanism 72 of the intake valve 21. The variable drive mechanism 72 includes a camshaft 721, a cam 722 provided on the camshaft 721, a tappet 723 on which the cam 722 slides, a pump unit 724 coupled to the tappet 723, and a hydraulic pressure communicating with the pump unit 724. And a discharge path 725. The variable drive mechanism 72 is configured to be able to drive two intake valves 21 provided in one cylinder 18 independently of each other.

吸気弁21を駆動するためのカム722は、この構成例では、2つのカムローブ7221、7222を有している。カム722は、一回転をする間に、言い換えると吸気、圧縮、膨張及び排気の一燃焼サイクルの間に、2つのカムローブ7221、7222によってタペット723を2回押し下げる。   The cam 722 for driving the intake valve 21 has two cam lobes 7221 and 7222 in this configuration example. The cam 722 pushes the tappet 723 down twice by two cam lobes 7221, 7222 during one revolution, in other words, during one combustion cycle of intake, compression, expansion and exhaust.

ポンプ部724は、作動油が充填されるシリンダ7241と、シリンダ7241内に内挿されかつ、シリンダ7241内を往復動可能なプランジャー7242とを備えている。プランジャー7242はまた、タペット723に結合されていると共に、プランジャー7242及びタペット723は、ばね726によって、カム722側に付勢されている。タペット723がカムローブ7221、7222によって押し下げられると、プランジャー7242がシリンダ7241内を下降し、作動油の圧力が高まる。作動油の圧力は、カム722のプロフィールに対応するように、クランク角の進行に従い上昇した後、下降をする。前述したように、カム722は、2つのカムローブ7221、7222を有しているため、作動油の圧力は、一燃焼サイクルの間に2回上昇する。   The pump unit 724 includes a cylinder 7241 filled with hydraulic oil, and a plunger 7242 inserted in the cylinder 7241 and capable of reciprocating in the cylinder 7241. The plunger 7242 is also coupled to the tappet 723, and the plunger 7242 and the tappet 723 are biased toward the cam 722 by the spring 726. When the tappet 723 is pushed down by the cam lobes 7221 and 7222, the plunger 7242 moves down in the cylinder 7241, and the pressure of the hydraulic oil increases. The hydraulic oil pressure rises as the crank angle progresses and then falls to correspond to the profile of the cam 722. As described above, since the cam 722 has the two cam lobes 7221 and 7222, the hydraulic oil pressure rises twice during one combustion cycle.

油圧排出路725は、ポンプ部724のシリンダ7241に連通しており、油圧排出路725の途中には、ソレノイドバルブ7251が介設している。ソレノイドバルブ7251は、後述するPCM10によって制御される流量調整弁であり、その開度が全閉から全開の間で任意に設定可能である。ソレノイドバルブ7251を全開にしたときには、前述の通りプランジャー7242が下降をしても油圧排出路725を通じて作動油が排出されることから、作動油の圧力が実質的に高まらない。これに対し、ソレノイドバルブ7251を全閉にしたときには、油圧排出路725を通じた作動油の排出がないため、作動油の圧力が高まるようになる。さらに、詳細は後述するが、カム722の駆動に合わせてソレノイドバルブ7251の開度の調整を行うことによって、作動油の圧力の調整が可能になる。   The hydraulic pressure discharge path 725 communicates with the cylinder 7241 of the pump unit 724, and a solenoid valve 7251 is interposed in the middle of the hydraulic pressure discharge path 725. The solenoid valve 7251 is a flow rate adjustment valve controlled by the PCM 10 to be described later, and its opening degree can be arbitrarily set between fully closed and fully open. When the solenoid valve 7251 is fully opened, the hydraulic oil pressure is not substantially increased because the hydraulic oil is discharged through the hydraulic pressure discharge passage 725 even when the plunger 7242 is lowered as described above. On the other hand, when the solenoid valve 7251 is fully closed, the hydraulic oil pressure is increased because the hydraulic oil is not discharged through the hydraulic pressure discharge path 725. Further, as will be described in detail later, the hydraulic oil pressure can be adjusted by adjusting the opening of the solenoid valve 7251 in accordance with the driving of the cam 722.

ポンプ部724のシリンダ7241はまた、チャンバ727に連通しており、このチャンバ727には、吸気弁21のステム上端に連結されたピストン728が配設されている。ピストン728は、チャンバ727を往復動可能に配設されており、ポンプ部724によって昇圧された作動油が供給されたときにチャンバ727内を下降し、ばね729によって閉弁方向に付勢されている吸気弁21を押し下げて、この吸気弁21を開弁する。   The cylinder 7241 of the pump unit 724 is also in communication with a chamber 727, and a piston 728 connected to the upper end of the stem of the intake valve 21 is disposed in the chamber 727. The piston 728 is disposed so as to be able to reciprocate in the chamber 727. When the hydraulic oil whose pressure has been increased by the pump unit 724 is supplied, the piston 728 descends in the chamber 727 and is urged in the valve closing direction by the spring 729. The intake valve 21 is pushed down to open the intake valve 21.

図4は、吸気弁21が取り得るリフトカーブの一例を示している。図4における実線L1、L2は、ソレノイドバルブ7251が常時全閉のときの、吸気弁21のリフトカーブに相当する。ソレノイドバルブ7251が全閉であれば、2つのカムローブ7221、7222によって昇圧された作動油が、そのままチャンバ727に供給されるため、吸気弁21は、クランク角の進行に伴い、2回開弁することになる。   FIG. 4 shows an example of a lift curve that the intake valve 21 can take. The solid lines L1 and L2 in FIG. 4 correspond to the lift curve of the intake valve 21 when the solenoid valve 7251 is normally fully closed. If the solenoid valve 7251 is fully closed, the hydraulic fluid boosted by the two cam lobes 7221 and 7222 is supplied to the chamber 727 as it is, so that the intake valve 21 opens twice as the crank angle advances. It will be.

吸気弁21が、一燃焼サイクルの間に2回開弁することは、このエンジン1では内部EGRに係る制御の際に利用される。このエンジン1において「内部EGR」とは、気筒18内から吸気ポート16側に排出された燃焼ガスを、気筒18内に再導入することを意味する。つまり、吸気弁21は、膨張行程から排気行程の期間において開弁する(つまり、先行開弁L1)と共に、少なくとも吸気行程においても開弁する(つまり、主開弁L2)。先行開弁時に、気筒18内の燃焼ガスの一部が吸気ポート16側に排出されると共に、主開弁時に、その燃焼ガスと新気とが気筒18内に導入される。   The fact that the intake valve 21 opens twice during one combustion cycle is utilized in the control of the internal EGR in the engine 1. In the engine 1, “internal EGR” means that the combustion gas discharged from the cylinder 18 to the intake port 16 side is reintroduced into the cylinder 18. That is, the intake valve 21 opens in the period from the expansion stroke to the exhaust stroke (that is, the preceding valve opening L1) and at least also in the intake stroke (that is, the main valve opening L2). A part of the combustion gas in the cylinder 18 is discharged to the intake port 16 side at the time of the prior valve opening, and the combustion gas and fresh air are introduced into the cylinder 18 at the time of the main valve opening.

また、2つのカムローブ7221、7222の内、カムローブ7221がタペット723を押し下げている間(言い換えると、カムローブ7221が作動している間)に、ソレノイドバルブ7251を全開にすれば、昇圧された作動油がチャンバ727に供給されないため、吸気弁21は開弁しない。その後、カムローブ7222がタペット723を押し下げている間(言い換えると、カムローブ7222が作動している間)に、ソレノイドバルブ7251を全閉にすれば、前述したように、吸気弁21は開弁する(つまり、主開弁L2)。こうして、カムローブ7221を実質的に機能させず、カムローブ7222のみを機能させるようにすれば、一燃焼サイクルの間に、吸気弁21を1回だけ開弁することが可能になる。これは、内部EGR制御を行わない通常のエンジン運転時に利用される。従って、吸気弁21の可変駆動機構72は、内部EGR制御の実行・非実行の切り替えを行うことが可能である。   Further, if the solenoid valve 7251 is fully opened while the cam lobe 7221 pushes down the tappet 723 (in other words, while the cam lobe 7221 is operating) of the two cam lobes 7221 and 7222, the pressurized hydraulic oil is increased. Is not supplied to the chamber 727, the intake valve 21 does not open. Thereafter, when the solenoid valve 7251 is fully closed while the cam lobe 7222 pushes down the tappet 723 (in other words, while the cam lobe 7222 is operating), the intake valve 21 is opened as described above ( That is, the main valve opening L2). Thus, if the cam lobe 7221 is not substantially functioned and only the cam lobe 7222 is functioned, the intake valve 21 can be opened only once during one combustion cycle. This is used during normal engine operation without internal EGR control. Therefore, the variable drive mechanism 72 of the intake valve 21 can switch execution / non-execution of the internal EGR control.

また、先行開弁の際のソレノイドバルブ7251の開閉を制御することによって、先行開弁のリフト量及び開弁時期が変更され、気筒18内に導入される内部EGR量を調整することが可能になる。具体的に、カムローブ7221の作動が開始した当初に、ソレノイドバルブ7251を全開にすれば、吸気弁21を閉弁状態に維持することができる一方で、カムローブ7221の作動中(より正確には、カムローブ7221のノーズに至るまで)にソレノイドバルブ7251を閉じることで、作動油の昇圧が開始してピストン728を押すようになるから、吸気弁21が開弁する。こうして、吸気弁21の開弁時期を遅くすることができると共に、リフト量を小さくすることが可能になる(図4のL11参照)。ソレノイドバルブ7251の開から閉への切り替えタイミングをさらに遅くすることで、吸気弁21の開弁時期をさらに遅くすることができると共に、リフト量をさらに小さくすることも可能になる(図4のL12参照)。   Further, by controlling the opening and closing of the solenoid valve 7251 at the time of the preceding valve opening, the lift amount and the valve opening timing of the preceding valve opening are changed, and the internal EGR amount introduced into the cylinder 18 can be adjusted. Become. Specifically, if the solenoid valve 7251 is fully opened at the beginning of the operation of the cam lobe 7221, the intake valve 21 can be maintained in the closed state, while the cam lobe 7221 is in operation (more precisely, By closing the solenoid valve 7251 (until the nose of the cam lobe 7221), the pressure of the hydraulic oil is started and the piston 728 is pushed, so the intake valve 21 is opened. Thus, the valve opening timing of the intake valve 21 can be delayed and the lift amount can be reduced (see L11 in FIG. 4). By further delaying the switching timing from opening to closing of the solenoid valve 7251, the opening timing of the intake valve 21 can be further delayed and the lift amount can be further reduced (L12 in FIG. 4). reference).

さらに、カムローブ7221の作動が開始した当初は、ソレノイドバルブ7251を全閉にすれば、前述したように、吸気弁21は作動油の圧力上昇に従って開弁する一方で、カムローブ7221の作動中にソレノイドバルブ7251を開くことによって、作動油の圧力が低下するから、吸気弁21は、ばね729の付勢力によって閉弁するようになる。こうして、吸気弁21の閉弁時期を進めることが可能になって、吸気弁21のリフト量及び作動角がそれぞれ小さくなる(図4のL13参照)。ソレノイドバルブ7251の閉から開への切り替えタイミングに応じて、吸気弁21の閉弁時期及びリフト量がそれぞれ変更される。例えば図4のL12とL13とを比較すれば、吸気弁21のリフト量が実質的に同じである一方で、その開弁時期を変更していることと等価である。これは、主開弁L2の位相を変更せずに、先行開弁の位相のみを変更することを可能にする。   Furthermore, when the operation of the cam lobe 7221 is started, if the solenoid valve 7251 is fully closed, the intake valve 21 opens as the hydraulic oil pressure increases, while the cam lobe 7221 is in operation. By opening the valve 7251, the pressure of the hydraulic oil is reduced, so that the intake valve 21 is closed by the urging force of the spring 729. Thus, the closing timing of the intake valve 21 can be advanced, and the lift amount and the operating angle of the intake valve 21 are reduced (see L13 in FIG. 4). The closing timing and the lift amount of the intake valve 21 are respectively changed according to the switching timing of the solenoid valve 7251 from closing to opening. For example, comparing L12 and L13 in FIG. 4 is equivalent to changing the valve opening timing while the lift amount of the intake valve 21 is substantially the same. This makes it possible to change only the phase of the preceding valve opening without changing the phase of the main valve opening L2.

また、ソレノイドバルブ7251のバルブ開度を全閉から全開にするまでの開度変化率を高くすれば、吸気弁21の閉弁動作を素早くすることが可能になり、逆に、ソレノイドバルブ7251の開度変化率を低くすれば、吸気弁21をゆっくりと閉弁させることも可能になる。可変駆動機構72は、吸気弁21の閉弁時期を調整することも可能である。   Further, if the rate of change of the opening of the solenoid valve 7251 from fully closed to fully open is increased, the valve closing operation of the intake valve 21 can be quickly performed. If the rate of change in opening is lowered, the intake valve 21 can be closed slowly. The variable drive mechanism 72 can also adjust the valve closing timing of the intake valve 21.

先行開弁と同様に、主開弁の際のソレノイドバルブ7251の開閉を制御することによって、主開弁のリフト量及び開弁時期を変更することが可能である(例えば図4のL21、L22、L23参照)。   Similarly to the preceding valve opening, it is possible to change the lift amount and valve opening timing of the main valve by controlling the opening and closing of the solenoid valve 7251 when the main valve is opened (for example, L21 and L22 in FIG. 4). , L23).

前述したように、可変駆動機構72は、1つの気筒18に対して設けられた2つの吸気弁21を独立して駆動することが可能であるため、一方の吸気弁21を先行開弁させ、他方の吸気弁21を先行開弁させないことが可能である。また、両方の吸気弁21を先行開弁させる場合でも、その先行開弁のリフト量及び開弁期間を互いに異ならせることが可能である。さらに、2つの吸気弁21の主開弁のリフト量及び開弁期間を互いに異ならせることも可能である。   As described above, since the variable drive mechanism 72 can independently drive the two intake valves 21 provided for one cylinder 18, one of the intake valves 21 is opened in advance, It is possible not to open the other intake valve 21 in advance. Even when both intake valves 21 are opened in advance, the lift amount and the valve opening period of the preceding valves can be made different from each other. Furthermore, the lift amount and valve opening period of the main valve opening of the two intake valves 21 can be made different from each other.

シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ67と、吸気ポート16内に燃料を噴射するポートインジェクタ68とがそれぞれ取り付けられている。   Further, for each cylinder 18, a direct injection injector 67 that directly injects fuel into the cylinder 18 and a port injector 68 that injects fuel into the intake port 16 are attached to the cylinder head 12.

直噴インジェクタ67は、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室内に臨むように配設されている。直噴インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に直接噴射する。この例において、直噴インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、直噴インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。例えばピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン上面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型の直噴インジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、直噴インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。   The direct injection injector 67 is disposed so that its nozzle hole faces the combustion chamber from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber. The direct injection injector 67 directly injects an amount of fuel corresponding to the operation state of the engine 1 at an injection timing set according to the operation state of the engine 1 into the combustion chamber. In this example, the direct injection injector 67 is a multi-injector type injector having a plurality of injection holes, although detailed illustration is omitted. Thus, the direct injection injector 67 injects fuel so that the fuel spray spreads radially from the center position of the combustion chamber. For example, at the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the upper surface of the piston. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. This combination of the multi-injection type direct injection injector 67 and the cavity 141 is an advantageous configuration for shortening the mixture formation period and the combustion period after fuel injection. In addition, the direct injection injector 67 is not limited to a multi-injection type injector, and may employ an external valve opening type injector.

ポートインジェクタ68は、図1に示すように、吸気ポート16又は吸気ポート16に連通する独立通路に臨んで配置されかつ、吸気ポート16内に燃料を噴射する。ポートインジェクタ68は、図6、8に概念的に示すように、二つの吸気ポート161、162の内の一方の吸気ポート161にのみ設けられている。ポートインジェクタ68の形式は特定の形式の限定されるものではなく、種々の形式のインジェクタを、適宜採用することが可能である。   As shown in FIG. 1, the port injector 68 is disposed facing the intake port 16 or an independent passage communicating with the intake port 16 and injects fuel into the intake port 16. As conceptually shown in FIGS. 6 and 8, the port injector 68 is provided only in one of the two intake ports 161 and 162. The type of the port injector 68 is not limited to a specific type, and various types of injectors can be appropriately employed.

図外の燃料タンクと直噴インジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、直噴インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な高圧燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。直噴インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料が直噴インジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の高圧燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、直噴インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。直噴インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。尚、高圧燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。   The fuel tank (not shown) and the direct injection injector 67 are connected to each other by a fuel supply path. A high-pressure fuel supply system 62 including a fuel pump 63 and a common rail 64 and capable of supplying fuel to the direct injection injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the fuel supply path. . The fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 can store the pumped fuel at a relatively high fuel pressure. When the direct injection injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the direct injection injector 67. Here, although not shown, the fuel pump 63 is a plunger type pump and is driven by the engine 1. The high-pressure fuel supply system 62 including the engine-driven pump can supply a fuel with a high fuel pressure of 30 MPa or more to the direct injection injector 67. The fuel pressure may be set to about 120 MPa at the maximum. The pressure of the fuel supplied to the direct injection injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1. The high pressure fuel supply system 62 is not limited to this configuration.

同様に、図外の燃料タンクとポートインジェクタ68との間は、低圧燃料供給経路によって互いに連結されている。この低圧燃料供給経路上には、ポートインジェクタ68に対し、相対的に低い燃料圧力の燃料を供給する低圧燃料供給システム66が介設されている。低圧燃料供給システム66は、詳細な図示は省略するが、電動又はエンジン駆動の低圧燃料ポンプとレギュレータとを備えており、所定圧力の燃料を、各ポートインジェクタ68に供給するように構成されている。ポートインジェクタ68は、吸気ポートに燃料を噴射するため、低圧燃料供給システム66が供給する燃料の圧力は、高圧燃料供給システム62が供給する燃料の圧力に比べて、低い圧力に設定されている。   Similarly, the fuel tank (not shown) and the port injector 68 are connected to each other by a low-pressure fuel supply path. On this low pressure fuel supply path, a low pressure fuel supply system 66 for supplying fuel with a relatively low fuel pressure to the port injector 68 is interposed. Although not shown in detail, the low-pressure fuel supply system 66 includes an electric or engine-driven low-pressure fuel pump and a regulator, and is configured to supply a predetermined pressure of fuel to each port injector 68. . Since the port injector 68 injects fuel into the intake port, the pressure of the fuel supplied by the low pressure fuel supply system 66 is set lower than the pressure of the fuel supplied by the high pressure fuel supply system 62.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室内の混合気に強制点火する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。   A spark plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber is also attached to the cylinder head 12. In this example, the spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. The tip of the spark plug 25 is disposed facing the cavity 141 of the piston 14 located at the compression top dead center.

エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 on the downstream side of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク33との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ/ウォーマ34と、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36とが配設されている。吸気通路30にはまた、インタークーラ/ウォーマ34をバイパスするインタークーラバイパス通路35が接続されており、このインタークーラバイパス通路35には、当該通路35を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁351が配設されている。インタークーラバイパス弁351の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路35の通過流量とインタークーラ/ウォーマ34の通過流量との割合を調整することにより、気筒18に導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ/ウォーマ34及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。   Between the air cleaner 31 and the surge tank 33 in the intake passage 30, a water-cooled intercooler / warmer 34 that cools or heats the air and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 are arranged. It is installed. An intercooler bypass passage 35 that bypasses the intercooler / warmer 34 is also connected to the intake passage 30. The intercooler bypass passage 35 is connected to an intercooler for adjusting the flow rate of air passing through the passage 35. A bypass valve 351 is provided. Adjusting the temperature of fresh air introduced into the cylinder 18 by adjusting the ratio between the passage flow rate of the intercooler bypass passage 35 and the passage flow rate of the intercooler / warmer 34 through the opening degree adjustment of the intercooler bypass valve 351. Is possible. It should be noted that the intercooler / warmer 34 and its associated members can be omitted.

排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。尚、このエンジン1は、NOx浄化触媒を備えていない。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices for purifying harmful components in the exhaust gas. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case. The engine 1 does not include a NOx purification catalyst.

吸気通路30と、排気通路40とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。EGR通路50は、排気通路40に対しては、図1に示すように、直キャタリスト41よりも上流側の部分に接続される。一方、吸気通路30に対しては、図6、8に示すように、2つの吸気ポート161、162の内、ポートインジェクタ68が配設されていない吸気ポート162にのみ接続される。これにより、EGR通路50を介して吸気側に還流する燃焼ガスは、当該吸気ポート162のみを通じて、気筒18内に導入される。   The intake passage 30 and the exhaust passage 40 are connected via an EGR passage 50 for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 30. The EGR passage 50 is connected to the upstream side of the direct catalyst 41 with respect to the exhaust passage 40 as shown in FIG. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 8, the intake passage 30 is connected only to the intake port 162 where the port injector 68 is not provided, of the two intake ports 161 and 162. As a result, the combustion gas recirculated to the intake side via the EGR passage 50 is introduced into the cylinder 18 only through the intake port 162.

EGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51と、EGRクーラ52をバイパスするためのEGRクーラバイパス通路53と、を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設され、EGRクーラバイパス通路53には、EGRクーラバイパス通路53を流通する排気ガスの流量を調整するためのEGRクーラバイパス弁531が配設されている。   The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed, and an EGR cooler bypass passage 53 for bypassing the EGR cooler 52. Yes. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30, and the EGR cooler bypass passage 53 has a flow rate of exhaust gas flowing through the EGR cooler bypass passage 53. An EGR cooler bypass valve 531 for adjustment is provided.

エンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御部を構成する。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. The PCM 10 constitutes a control unit.

PCM10には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW16の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1及び新気の温度を検出する吸気温度センサSW2、インタークーラ/ウォーマ34の下流側に配置されかつ、インタークーラ/ウォーマ34を通過した後の新気の温度を検出する、第2吸気温度センサSW3、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアOセンサSW9、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダOセンサSW10、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13、吸気側及び排気側のカム角センサSW14,SW15、及び、高圧燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、直噴インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16である。 As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are input to the PCM 10. The various sensors include the following sensors. That is, the air flow sensor SW1 that detects the flow rate of fresh air, the intake air temperature sensor SW2 that detects the temperature of fresh air, the downstream side of the intercooler / warmer 34, and the intercooler / warmer 34 downstream of the air cleaner 31. A second intake air temperature sensor SW3 for detecting the temperature of fresh air after passing through the EGR gas temperature sensor SW4, which is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas. An intake port temperature sensor SW5 that is attached to the intake port 16 and detects the temperature of the intake air just before flowing into the cylinder 18, and an in-cylinder pressure sensor SW6 that is attached to the cylinder head 12 and detects the pressure in the cylinder 18. The exhaust passage 40 is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50, and the exhaust temperature and the exhaust respectively. Exhaust temperature sensor SW7 and exhaust pressure sensor SW8 for detecting a force, and is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, the linear O 2 sensor SW9, direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas The lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas, the water temperature sensor SW11 that detects the temperature of the engine coolant, the crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, and the vehicle An accelerator opening sensor SW13 for detecting an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown), intake-side and exhaust-side cam angle sensors SW14, SW15, and a common rail 64 of the high-pressure fuel supply system 62 are attached. Further, a fuel pressure sensor SW for detecting the fuel pressure supplied to the direct injection injector 67 16.

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて直噴インジェクタ67、ポートインジェクタ68、点火プラグ25、吸気側のVVT71及び可変駆動機構72、排気側のVVT73、高圧燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、EGRクーラバイパス弁531)のアクチュエータへ制御信号を出力する。PCM10は、予め設定されたモデルと、前述した各種の検出信号等とに基づいて、燃焼室内の温度や圧力を含む燃焼状態を推定し、その燃焼状態に基づいて各制御信号を出力することにより、エンジン1を運転する。   The PCM 10 determines the state of the engine 1 and the vehicle by performing various calculations based on these detection signals, and according to this, the direct injection injector 67, the port injector 68, the spark plug 25, the intake-side VVT 71, and the variable Control signals are output to the actuators of the drive mechanism 72, the exhaust-side VVT 73, the high-pressure fuel supply system 62, and various valves (throttle valve 36, intercooler bypass valve 351, EGR valve 511, EGR cooler bypass valve 531). The PCM 10 estimates a combustion state including the temperature and pressure in the combustion chamber based on a preset model and the various detection signals described above, and outputs each control signal based on the combustion state. The engine 1 is operated.

(エンジンの運転制御)
図5は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ25による点火を行わずに、制御自着火(Controlled Auto Ignition:CAI)によって燃焼を行う。図5の例では、実線で示す燃焼切替負荷よりも低い領域が、CAI燃焼を行う自着火領域(CAI)に対応する。
(Engine operation control)
FIG. 5 shows an example of the operation control map of the engine 1. In order to improve fuel efficiency and exhaust emission performance, the engine 1 is controlled ignition (CAI) without performing ignition by the spark plug 25 in a low load region where the engine load is relatively low. To burn. In the example of FIG. 5, a region lower than the combustion switching load indicated by a solid line corresponds to a self-ignition region (CAI) in which CAI combustion is performed.

エンジン1の負荷が高くなるに従って、CAI燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、CAI燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した強制点火(ここでは火花点火Spark Ignition:SI)による燃焼に切り替える。図5の例では、実線で示す燃焼切替負荷以上の領域が、火花点火燃焼を行う火花点火領域(SI)に対応する。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、CAIモードと、SIモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。   As the load on the engine 1 increases, in CAI combustion, the combustion becomes too steep, causing problems such as combustion noise. Therefore, in the engine 1, in a high load region where the engine load is relatively high, the CAI combustion is stopped and the combustion is switched to the combustion by forced ignition (here, spark ignition (SI)) using the spark plug 25. In the example of FIG. 5, a region equal to or greater than the combustion switching load indicated by a solid line corresponds to a spark ignition region (SI) in which spark ignition combustion is performed. Thus, the engine 1 is configured to switch between the CAI mode and the SI mode in accordance with the operating state of the engine 1, in particular, the load of the engine 1. However, the boundary line for mode switching is not limited to the illustrated example.

CAIモードでは、低負荷域から高負荷域までの全域において、CAI燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットEGRガスを気筒18内に導入する。これは、内部EGRガスを気筒18内に導入することによる。ホットEGRガスの導入は、気筒18内の圧縮端温度(つまり、ピストン14が圧縮上死点に至ったときの気筒18内の温度)を高め、低負荷域におけるCAI燃焼の着火性及び安定性を高める。   In the CAI mode, hot EGR gas having a relatively high temperature is introduced into the cylinder 18 in order to improve the ignitability and stability of the CAI combustion in the entire region from the low load region to the high load region. This is because the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18. The introduction of hot EGR gas increases the compression end temperature in the cylinder 18 (that is, the temperature in the cylinder 18 when the piston 14 reaches compression top dead center), and the ignitability and stability of CAI combustion in a low load range. To increase.

CAIモードにおいては、スロットル弁36の開度を全開に維持した状態で、内部EGRガス量の調整を行い、それと共に新気量も調整する。これは、ポンプ損失の低減に有利である。CAIモードではまた、内部EGR率を、エンジン1の負荷の高低に応じて変更しており、具体的には、エンジン1の負荷が低いときには内部EGR率を高め、エンジン1の負荷が高いときには内部EGR率を下げる。低負荷域では、ホットEGRガスの導入量を増やすことによって圧縮開始時の気筒18内の温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くする。圧縮自着火の着火性が高まると共に、圧縮自着火燃焼の安定性が高まる。一方、エンジン1の負荷が高くなれば、燃料噴射量が増えることに伴い燃焼ガス温度が高くなり、気筒18内の温度状態と共に排気ガス温度が高まる。そのため、ホットEGRガスの導入量を少なくしても、圧縮自着火の着火性及び安定性は確保可能である。尚、気筒18内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒18内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始時のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうことから、内部EGR率は、予め設定した最高EGR率に制限してもよい。   In the CAI mode, the internal EGR gas amount is adjusted while keeping the throttle valve 36 fully open, and the fresh air amount is also adjusted. This is advantageous for reducing pump loss. In the CAI mode, the internal EGR rate is changed according to the load level of the engine 1. Specifically, the internal EGR rate is increased when the load of the engine 1 is low, and the internal EGR rate is increased when the load of the engine 1 is high. Reduce EGR rate. In the low load region, the temperature in the cylinder 18 at the start of compression is increased by increasing the amount of hot EGR gas introduced, and the compression end temperature is increased accordingly. While the ignitability of compression self-ignition increases, the stability of compression self-ignition combustion increases. On the other hand, if the load on the engine 1 increases, the combustion gas temperature increases as the fuel injection amount increases, and the exhaust gas temperature increases together with the temperature state in the cylinder 18. Therefore, even if the amount of hot EGR gas introduced is reduced, the ignitability and stability of compression self-ignition can be ensured. If a large amount of exhaust gas is introduced into the cylinder 18, the specific heat ratio of the gas in the cylinder 18 becomes low, so that the compression end temperature becomes low even if the gas temperature at the start of compression is high. Therefore, the internal EGR rate may be limited to a preset maximum EGR rate.

このCAI領域における、エンジン1の負荷に対応したホットEGRガスの導入量の調整は、吸気弁21の先行開弁のリフト量を調整することによって行われる。すなわち、エンジン1の負荷が上昇するに従い、EGR率を高から低へ変更するときには、先行開弁のリフト量を小さくする。逆に、エンジン1の負荷が低下するに従い、EGR率を低から高へ変更するときには、吸気弁21の先行開弁のリフト量を大きくする。これは、前述したように、可変駆動機構72のソレノイドバルブ7251の開閉を調整することにより行う。つまり、エンジン1の負荷が上昇するに従い、EGR率を高から低へ変更するときには、ソレノイドバルブ7251の開から閉への切り替えタイミングを、カムローブ7221の作動開始に対して遅くすることにより先行開弁のリフト量を小さくする。逆に、エンジン1の負荷が低下するに従い、EGR率を低から高へ変更するときには、ソレノイドバルブ7251の開から閉への切り替えタイミングをカムローブ7221の作動開始に近づけることにより先行開弁のリフト量を大きくする。   In this CAI region, the amount of hot EGR gas introduced corresponding to the load of the engine 1 is adjusted by adjusting the lift amount of the preceding valve opening of the intake valve 21. That is, when the EGR rate is changed from high to low as the load of the engine 1 increases, the lift amount of the preceding valve opening is reduced. Conversely, when the EGR rate is changed from low to high as the load on the engine 1 decreases, the lift amount of the preceding valve opening of the intake valve 21 is increased. As described above, this is performed by adjusting the opening / closing of the solenoid valve 7251 of the variable drive mechanism 72. In other words, when the EGR rate is changed from high to low as the load of the engine 1 increases, the timing of switching from opening to closing of the solenoid valve 7251 is delayed with respect to the start of operation of the cam lobe 7221 to advance the valve. Reduce the lift amount. Conversely, when the EGR rate is changed from low to high as the load of the engine 1 decreases, the lift amount of the preceding valve is opened by bringing the switching timing from opening to closing of the solenoid valve 7251 closer to the start of operation of the cam lobe 7221. Increase

CAIモードにおける低/中負荷域では、混合気の空気過剰率λを1よりも大きくする。混合気の空気過剰率λは、2.4以上のリーンにすることが好ましい。混合気をリーンにすることは、熱効率を高めて燃費の向上に有利になると共に、空気過剰率λを2.4以上にすることで、RawNOxの生成が抑制される。これは、NOx浄化触媒を備えていない本エンジン1において、排気エミッション性能を確保することを可能にする。   In the low / medium load range in the CAI mode, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is made larger than 1. The excess air ratio λ of the air-fuel mixture is preferably made to be lean at least 2.4. Making the air-fuel mixture lean is advantageous for improving the fuel efficiency by improving the thermal efficiency, and by making the excess air ratio λ 2.4 or more, the generation of RawNOx is suppressed. This makes it possible to ensure the exhaust emission performance in the engine 1 that does not include the NOx purification catalyst.

CAIモードにおける高負荷域では、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能を確保することが可能になる。   In the high load range in the CAI mode, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1). As a result, a three-way catalyst can be used, and exhaust emission performance can be ensured.

この高負荷側の領域では、気筒18内の温度状態がさらに高くなる。そのため、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に維持しつつ、気筒18内にホットEGRガスを導入したのでは、気筒18内の温度状態が高くなりすぎて、過早着火等の異常燃焼が生じたり、CAI燃焼時に気筒18内の圧力上昇(dP/dθ)が急峻になって燃焼騒音の問題が生じたりする虞がある。そこで、CAIモードの高負荷域では、ホットEGRガスと共に、クールドEGRガスを気筒18内に導入する。クールドEGRガスは、基本的には、EGRクーラ52を通過することによって冷却された外部EGRガスである。尚、EGRクーラ52をバイパスした外部EGRガスを、クールドEGRガスに含んでもよい。   In this high load region, the temperature state in the cylinder 18 is further increased. Therefore, if hot EGR gas is introduced into the cylinder 18 while maintaining the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1), the temperature state in the cylinder 18 becomes too high and pre-ignition etc. May occur, or the pressure increase (dP / dθ) in the cylinder 18 may become steep during CAI combustion, resulting in a problem of combustion noise. Therefore, in the high load region of the CAI mode, the cooled EGR gas is introduced into the cylinder 18 together with the hot EGR gas. The cooled EGR gas is basically an external EGR gas cooled by passing through the EGR cooler 52. The external EGR gas that bypasses the EGR cooler 52 may be included in the cooled EGR gas.

こうして、CAIモードの高負荷側の領域では、ホットEGRガス量が少なくかつ、温度が低下することと、クールドEGRガスを気筒18内に導入することとが組み合わさって、気筒18内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。尚、CAIモードにおいては、後述するSIモードとは異なり、燃焼安定性に関連するEGR率の制限が無い。そのため、混合気の空気過剰率λを実質的に1に設定しつつ、EGR率を可能な限り高くすることが可能である。EGR率を高くすることはまた、CAIモードの高負荷側の領域において、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。   Thus, in the region on the high load side of the CAI mode, the temperature state in the cylinder 18 is a combination of a small amount of hot EGR gas and a decrease in temperature and the introduction of the cooled EGR gas into the cylinder 18. Is prevented from becoming too high, which is advantageous for avoiding abnormal combustion and combustion noise. In the CAI mode, unlike the SI mode described later, there is no restriction on the EGR rate related to combustion stability. Therefore, it is possible to make the EGR rate as high as possible while setting the excess air ratio λ of the air-fuel mixture to substantially 1. Increasing the EGR rate is also advantageous for avoiding abnormal combustion and combustion noise in the high load region of the CAI mode.

詳細は後述するが、CAIモードにおける負荷の低い領域では、ポートインジェクタ68を利用して、吸気ポート16内に燃料を噴射する。このことにより、気筒18内に均質な混合気の層を形成する。また、CAIモードにおける負荷の高い領域では、ポートインジェクタ68と直噴インジェクタ67とを利用して、気筒18内に燃料を供給する。   Although details will be described later, in a low load region in the CAI mode, the port injector 68 is used to inject fuel into the intake port 16. This forms a homogeneous mixture layer in the cylinder 18. Further, in the high load region in the CAI mode, the port injector 68 and the direct injection injector 67 are used to supply fuel into the cylinder 18.

SIモードでは、ホットEGRガスを実質的にゼロにし、クールドEGRガスのみを気筒18内に導入する。尚、ホットEGRガスを実質的にゼロにするとは、内部EGR制御を行わない意味である。構造上、気筒18内には燃焼ガスの一部が残留するため、SIモードにおいてもホットEGRガスは、気筒18内に残留し得る。   In the SI mode, the hot EGR gas is substantially zero and only the cooled EGR gas is introduced into the cylinder 18. Note that the fact that the hot EGR gas is substantially zero means that the internal EGR control is not performed. Since a part of the combustion gas remains in the cylinder 18 due to the structure, the hot EGR gas can remain in the cylinder 18 even in the SI mode.

SIモードでは、基本的には、スロットル弁36の開度を全開に維持しかつ、EGR弁511の開度を、エンジン負荷に応じて変更する。こうして、SIモードにおいては、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する条件下でEGR率を最大に設定している。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。EGR弁511は、具体的には、エンジン負荷の上昇に従い次第に閉じ、全開負荷では閉弁する。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒18内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。   In the SI mode, basically, the opening of the throttle valve 36 is kept fully open, and the opening of the EGR valve 511 is changed according to the engine load. Thus, in the SI mode, the EGR rate is set to the maximum under the condition that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the theoretical air-fuel ratio (λ≈1). This is advantageous for reducing pump loss. In addition, setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio enables the use of a three-way catalyst. Specifically, the EGR valve 511 gradually closes as the engine load increases, and closes at the fully open load. This is advantageous in improving controllability because the gas composition in the cylinder 18 is continuously changed when the engine load changes continuously.

SI燃焼においては、気筒18内に導入する排気ガスの量が多すぎると燃焼安定性が低下してしまう。そのため、SI燃焼において設定可能な最高のEGR率(つまり、EGR限界)が存在する。前述の通り、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定するため、エンジン負荷の高低に応じてEGR率は連続的に変化し、SIモードにおいてエンジン負荷が低いときには、燃料量が少なくかつ、新気量が少なくなることで、EGR率は高くなり得るものの、SIモードの低負荷域では、EGR率がEGR限界によって制限される。   In SI combustion, if the amount of exhaust gas introduced into the cylinder 18 is too large, the combustion stability is lowered. Therefore, there is a maximum EGR rate (that is, an EGR limit) that can be set in SI combustion. As described above, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1), the EGR rate changes continuously according to the engine load level, and when the engine load is low in the SI mode, the fuel amount Although the EGR rate can be increased by reducing the amount of fresh air and the amount of fresh air, the EGR rate is limited by the EGR limit in the low load region of the SI mode.

SIモードでは主に、直噴インジェクタ67を用いて、気筒18内に燃料を直接噴射する。前述したように、このエンジン1は幾何学的圧縮比が比較的高くて、SI燃焼時には、過早着火等の異常燃焼を招く虞があるが、圧縮行程から膨張行程にかけての遅い時期に、気筒18内に、高い燃料圧力で燃料を噴射することにより、そうした異常燃焼を回避することが可能になる。   In the SI mode, fuel is directly injected into the cylinder 18 mainly using the direct injection injector 67. As described above, the engine 1 has a relatively high geometric compression ratio and may cause abnormal combustion such as pre-ignition during SI combustion. However, at a later time from the compression stroke to the expansion stroke, By injecting the fuel into the fuel 18 at a high fuel pressure, it is possible to avoid such abnormal combustion.

(CAIモードにおける混合気形成の態様)
このエンジン1は、CAIモードの低負荷側の領域では、前述した吸気弁21の可変駆動機構72と、ポートインジェクタ68との組み合わせを利用して、気筒18内に形成する混合気の濃度成層化を図り、それによって、圧縮着火燃焼の着火性の向上と、排気エミッション性能の向上とを両立させる。一方、CAIモードの高負荷側の領域では、吸気弁21の可変駆動機構72及び外部EGRと、ポートインジェクタ68及び直噴インジェクタ67との組み合わせを利用して、気筒18内に形成する混合気の濃度及び温度成層化を図り、着火性を維持しつつ、緩慢燃焼を実現する。以下、この構成について、図を参照しながら詳細に説明する。
(Mode of mixture formation in CAI mode)
The engine 1 uses the combination of the variable drive mechanism 72 of the intake valve 21 and the port injector 68 described above in the low load region of the CAI mode to stratify the concentration of the air-fuel mixture formed in the cylinder 18. Therefore, the improvement of the ignitability of the compression ignition combustion and the improvement of the exhaust emission performance are achieved at the same time. On the other hand, in the region on the high load side in the CAI mode, the mixture of the air-fuel mixture formed in the cylinder 18 is utilized by utilizing a combination of the variable drive mechanism 72 and the external EGR of the intake valve 21, the port injector 68 and the direct injection injector 67. Concentration and temperature stratification are achieved to achieve slow combustion while maintaining ignitability. Hereinafter, this configuration will be described in detail with reference to the drawings.

先ず図6は、エンジン1の運転状態が、CAIモードの低負荷側にあるときの混合気の形成手順を示している。ここでいうCAIモードの低負荷側は、外部EGRガスを導入しない低負荷側であり、混合気の空燃比は、燃焼室の全体として、理論空燃比よりもリーンである。図6の工程P61では、可変駆動機構72によって吸気弁21を先行開弁させる。先行開弁させる吸気弁21は、後述の通り燃料噴射を行う第1の吸気ポート161の吸気弁21のみである。これにより、気筒18内の燃焼ガスの一部が、第1の吸気ポート161に排出される。尚、設定されている内部EGR率が高く、比較的大量の燃焼ガスを吸気ポートに排出しなければならないときには、第1及び第2の吸気ポート161、162の双方の吸気弁21を先行開弁させてもよい。その場合に、先行開弁のリフト量は、第1及び第2の吸気ポート161、162で同じにしてもよいし、第1の吸気ポート161の方を、相対的に大きくしてもよいし、第1の吸気ポート161の方を、相対的に小さくしてもよい。   First, FIG. 6 shows an air-fuel mixture formation procedure when the operating state of the engine 1 is on the low load side in the CAI mode. Here, the low load side of the CAI mode is a low load side where no external EGR gas is introduced, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio as a whole in the combustion chamber. In step P61 of FIG. 6, the intake valve 21 is opened in advance by the variable drive mechanism 72. The intake valve 21 to be opened in advance is only the intake valve 21 of the first intake port 161 that performs fuel injection as described later. Thereby, a part of the combustion gas in the cylinder 18 is discharged to the first intake port 161. When the set internal EGR rate is high and a relatively large amount of combustion gas must be discharged to the intake port, the intake valves 21 of both the first and second intake ports 161 and 162 are opened in advance. You may let them. In that case, the lift amount of the preceding valve opening may be the same in the first and second intake ports 161 and 162, or the first intake port 161 may be relatively larger. The first intake port 161 may be relatively small.

続く工程P62では、第1の吸気ポート161に配設されたポートインジェクタ68から、所定量の燃料を噴射する。エンジン1の負荷が比較的低く、それに伴い燃料量も少ないことから、1つのポートインジェクタ68から、一方の吸気ポート161に燃料を噴射することが可能である。こうして、燃焼ガスの導入によって温度が高められた第1の吸気ポート161に、燃料が噴射される。   In the subsequent process P62, a predetermined amount of fuel is injected from the port injector 68 disposed in the first intake port 161. Since the load of the engine 1 is relatively low and the amount of fuel is small accordingly, it is possible to inject fuel from one port injector 68 to one intake port 161. Thus, the fuel is injected into the first intake port 161 whose temperature has been increased by the introduction of the combustion gas.

工程P62ではまた、第1の吸気ポート161の吸気弁21、及び、第2の吸気ポート162の吸気弁21のそれぞれを開弁(つまり、主開弁)する。このときに、第1の吸気ポート161の吸気弁21は、当該吸気ポート161から気筒18内に導入される混合気の当量比φが、1.0〜1.4の範囲に収まるように、そのリフト量を調整する(リフト量を減少する)。尚、エンジン1の負荷が低いときには、気筒18内に形成する混合気の当量比φを高めに設定しても、燃焼温度が高くなることは抑制される。一方、第2の吸気ポート162の吸気弁21は、リフト量の調整を行わない。つまり、このエンジン1の運転状態において設定されているリフト量で、吸気弁21を開弁する。これにより、必要量の新気が気筒18内に導入される。   In step P62, each of the intake valve 21 of the first intake port 161 and the intake valve 21 of the second intake port 162 is opened (that is, the main valve is opened). At this time, the intake valve 21 of the first intake port 161 is configured so that the equivalent ratio φ of the air-fuel mixture introduced from the intake port 161 into the cylinder 18 falls within the range of 1.0 to 1.4. Adjust the lift amount (decrease the lift amount). Note that when the load of the engine 1 is low, the combustion temperature is prevented from increasing even if the equivalence ratio φ of the air-fuel mixture formed in the cylinder 18 is set high. On the other hand, the intake valve 21 of the second intake port 162 does not adjust the lift amount. That is, the intake valve 21 is opened with the lift amount set in the operating state of the engine 1. As a result, a necessary amount of fresh air is introduced into the cylinder 18.

こうして、工程P63では、気筒18内に当量比φが1付近の(正確には1よりリッチの)、均質かつ高温の混合気の層181を形成することが可能になる。こうした成層化を実現する上で、気筒18内でのスワールは、できるだけ回避することが望ましい。例えば吸気ポート16は、気筒18内に流入するガスに角運動量を付与するような、いわゆるスワールポートではなく、気筒18内に流入するガスに角運動量を付与しないような形状(例えばストレートポート)とすることが好ましい。また、第1の吸気ポート161から気筒18には、内部EGRガス、新気及び燃料が導入される一方、第2の吸気ポート162から気筒18には、新気のみ(又は、新気及び内部EGRガス)が導入される。第1の吸気ポート161から気筒18に導入される新気量は制限されるものの、内部EGRガスを導入することで、第1の吸気ポート161から気筒18内に導入されるガス量と、第2の吸気ポート162から気筒18内に導入されるガス量との差は小さくなる、又は、無くなる。2つの吸気ポート161、162から導入されるガス量の差に起因して、気筒18内にスワールが発生することが回避される。その結果、気筒18内で、混合気の濃度成層化が可能になる。尚、混合気の層181が維持される限度において、気筒18内でタンブルが生じることは許容される。そこで、気筒18内に流入するガスにスワール方向の角運動量を付与しない限度において、吸気ポート16をタンブルポートとしてもよい。   In this way, in the process P63, it is possible to form a homogeneous and high-temperature air-fuel mixture layer 181 having an equivalent ratio φ in the vicinity of 1 (more precisely, richer than 1) in the cylinder 18. In order to realize such stratification, it is desirable to avoid swirl in the cylinder 18 as much as possible. For example, the intake port 16 is not a so-called swirl port that imparts angular momentum to the gas flowing into the cylinder 18, but has a shape that does not impart angular momentum to the gas flowing into the cylinder 18 (for example, a straight port). It is preferable to do. Also, internal EGR gas, fresh air, and fuel are introduced from the first intake port 161 into the cylinder 18, while only fresh air (or fresh air and internal air are introduced into the cylinder 18 from the second intake port 162. EGR gas) is introduced. Although the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 from the first intake port 161 is limited, the amount of gas introduced into the cylinder 18 from the first intake port 161 by introducing the internal EGR gas, The difference from the amount of gas introduced into the cylinder 18 from the two intake ports 162 is reduced or eliminated. The occurrence of swirl in the cylinder 18 due to the difference in the amount of gas introduced from the two intake ports 161 and 162 is avoided. As a result, the air-fuel mixture can be stratified in the cylinder 18. It should be noted that tumble is allowed to occur in the cylinder 18 as long as the air-fuel mixture layer 181 is maintained. Therefore, the intake port 16 may be a tumble port as long as no angular momentum in the swirl direction is given to the gas flowing into the cylinder 18.

そうして工程P64において、ピストン14が圧縮上死点付近に至ることで、当量比φが1付近の均質な混合気が、圧縮着火し、燃焼する。当該混合気層181は、当量比φがリッチであるため、圧縮着火の着火性が高まる。   Thus, in step P64, when the piston 14 reaches the vicinity of the compression top dead center, the homogeneous air-fuel mixture having an equivalent ratio φ of about 1 is compressed and ignited and burned. Since the air-fuel mixture layer 181 is rich in the equivalence ratio φ, the ignitability of compression ignition is enhanced.

ここで、図7は、燃料噴射形態が相違するときに、気筒18内に形成される混合気の局所当量比の分布頻度を比較する図である。図7の左上の図は、直噴インジェクタ67を用いて、気筒18内に1回の燃料噴射を行って混合気を形成したときの、局所当量比の分布頻度を示している。噴射回数が1回であるときには、噴射した燃料が分散する結果、局所当量比φが1よりも小さい、局所的にリーンな混合気が多く形成される。これは、圧縮着火の着火性を低下させると共に、燃焼温度が比較的低くなる結果、HCやCOを発生させて排気エミッション性能の低下を招き得る。   Here, FIG. 7 is a diagram for comparing the distribution frequency of the local equivalence ratio of the air-fuel mixture formed in the cylinder 18 when the fuel injection modes are different. The upper left diagram in FIG. 7 shows the distribution frequency of the local equivalence ratio when the direct injection injector 67 is used to form a mixture by performing one fuel injection into the cylinder 18. When the number of injections is one, the injected fuel is dispersed, and as a result, a locally lean air-fuel mixture having a local equivalent ratio φ smaller than 1 is formed. This lowers the ignitability of compression ignition, and as a result of the combustion temperature becoming relatively low, HC and CO can be generated and exhaust emission performance can be reduced.

圧縮着火の着火性を改善するために、図7の右上に示すように、直噴インジェクタ67を用いて、気筒18内に複数回の燃料噴射を行って混合気を形成することが考えられる。多段噴射は、1回当たりの燃料噴射量が少なくなると共に、先に噴射した燃料噴霧に、後から噴射した燃料噴霧が衝突するようになる結果、当量比が局所的に高くなると考えられる。このように、当量比φの高い混合気が局所的に形成されることは、圧縮着火の着火性を高める上で有利になる。しかしながら、当量比φの高い混合気が多く形成される結果、局所的に過剰にリッチな混合気は煤を発生しやすく、ストイキ付近でリーンな領域は酸素過剰雰囲気での燃焼温度上昇によりNOxが発生しやすい。   In order to improve the ignitability of compression ignition, as shown in the upper right of FIG. In the multi-stage injection, the fuel injection amount per one time is decreased, and the fuel spray injected later collides with the fuel spray injected earlier, so that the equivalence ratio is considered to be locally increased. As described above, locally forming an air-fuel mixture having a high equivalence ratio φ is advantageous in improving the ignitability of compression ignition. However, as a result of the formation of a large amount of air-fuel mixture with a high equivalence ratio φ, a locally excessively rich air-fuel mixture tends to generate soot, and the lean region near the stoichiometric region has NOx generated due to an increase in combustion temperature in an oxygen-excess atmosphere. Likely to happen.

このように、直噴インジェクタ67を利用する構成では、圧縮着火の着火性が低くて、排気エミッション性能が低下してしまう一方で、圧縮着火の着火性を高めたとしても、排気エミッション性能の低下を免れない。   As described above, in the configuration using the direct injection injector 67, the ignitability of compression ignition is low and the exhaust emission performance is deteriorated. On the other hand, even if the ignitability of compression ignition is increased, the exhaust emission performance is deteriorated. I can not escape.

これに対し、前述した、吸気ポート噴射を利用して、気筒18内で混合気の濃度成層化を図ることにより、図7の右下に示すように、第1の吸気ポート161を通じて気筒18内に導入される混合気によって、当量比φがリッチで均質な混合気の層181を形成することが可能になり、局所的にストイキ付近のリーンな混合気や局所的に過剰にリッチな混合気の形成を回避することが可能になる。これにより、圧縮着火の着火性を向上しつつ、燃焼温度が適正化して、燃焼温度が低いときに発生し得るHC及びCOや、酸素過剰で燃焼温度が高いときに発生し得るNOx、また局所当量比が高すぎるとき等に発生し得る煤を抑制することができる。尚、同図では、第2の吸気ポート162を通じて気筒18内に導入される新気を当量比が0として示している。ここで、均質混合気の当量比φは、1.0〜1.4が望ましく、こうすることで、圧縮着火の着火性を良好にしつつ、燃焼温度の上昇を抑制することが可能になる。これは、NOxの生成を抑制する上で有利になる。   On the other hand, by using the intake port injection described above and stratifying the concentration of the air-fuel mixture in the cylinder 18, as shown in the lower right of FIG. It is possible to form a homogeneous air-fuel mixture layer 181 having a rich equivalence ratio φ by the air-fuel mixture introduced into the gas, and locally a lean air-fuel mixture in the vicinity of stoichiometry or a locally excessively rich air-fuel mixture. Can be avoided. As a result, while improving the ignitability of compression ignition, the combustion temperature is optimized, HC and CO that can be generated when the combustion temperature is low, NOx that can be generated when the combustion temperature is high due to excessive oxygen, and local It is possible to suppress wrinkles that can occur when the equivalent ratio is too high. In the figure, the fresh air introduced into the cylinder 18 through the second intake port 162 is shown with an equivalence ratio of zero. Here, the equivalence ratio φ of the homogeneous air-fuel mixture is desirably 1.0 to 1.4. By doing this, it is possible to suppress the increase in the combustion temperature while improving the ignitability of the compression ignition. This is advantageous in suppressing the generation of NOx.

図8は、前述したように、エンジン1の運転状態が、CAIモードの高負荷側にあるときの混合気の形成手順を示している。ここでいうCAIモードの高負荷側は、外部EGRガスを導入する高負荷側であり、混合気の空燃比は、燃焼室の全体として、理論空燃比である。エンジン1の負荷が高まるに従い、燃料噴射量が増大するため、ポートインジェクタ68と、直噴インジェクタ67との双方において、燃料を噴射する。   FIG. 8 shows an air-fuel mixture formation procedure when the operating state of the engine 1 is on the high load side in the CAI mode, as described above. Here, the high load side of the CAI mode is the high load side for introducing the external EGR gas, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio as a whole of the combustion chamber. As the load on the engine 1 increases, the fuel injection amount increases, so that fuel is injected in both the port injector 68 and the direct injection injector 67.

先ず、工程P81では、前記と同様に、可変駆動機構72によって吸気弁21を先行開弁させる。先行開弁させる吸気弁21は、第1の吸気ポート161の吸気弁21のみである。エンジン1の負荷が高いため、内部EGR率は比較的低く設定される。必要に応じて、第2の吸気ポート162の吸気弁21も、先行開弁させてもよい。   First, in step P81, the intake valve 21 is opened in advance by the variable drive mechanism 72 in the same manner as described above. The intake valve 21 to be opened in advance is only the intake valve 21 of the first intake port 161. Since the load on the engine 1 is high, the internal EGR rate is set to be relatively low. If necessary, the intake valve 21 of the second intake port 162 may also be opened in advance.

続く工程P82では、第1の吸気ポート161に配設されたポートインジェクタ68から、所定量の燃料を噴射すると共に、直噴インジェクタ67から、残りの燃料を噴射する。第1の吸気ポート161の燃料噴射量は、圧縮着火に必要な最小限の噴射量である。噴射量は、燃焼騒音が増大しない範囲で設定される。結果的に、第1の吸気ポート161に噴射される燃料量は、気筒18内に直接噴射される燃料量よりも少なくなる。第1の吸気ポート161の燃料噴射量は、エンジン1の負荷が高くなるに従って少なくなる。こうすることで、燃焼騒音の増大を未然に回避することができる。その一方で、エンジン1の負荷が高まるに従い気筒内の温度状態は高まるため、燃料噴射量を減らしても、圧縮着火の着火性は確保される。第1の吸気ポート161の燃料噴射量を少なくする一方で、エンジン1の負荷が高くなるに従い、トータルの燃料噴射量は増えるため、直噴インジェクタ67よって気筒内に噴射する燃料量は増える。尚、エンジン1の負荷が高まるに従い、第1の吸気ポート161の燃料噴射量(絶対量)を実質的に一定に維持してもよい。この場合、エンジン1の負荷が高まるに従いトータルの燃料噴射量は増えるため、第1の吸気ポート161の燃料噴射量の、トータル噴射量に対する割合、又は、直噴インジェクタ67の噴射量に対する割合は、エンジン1の負荷が高まるに従い低下することになる。   In the subsequent process P82, a predetermined amount of fuel is injected from the port injector 68 disposed in the first intake port 161, and the remaining fuel is injected from the direct injection injector 67. The fuel injection amount of the first intake port 161 is the minimum injection amount necessary for compression ignition. The injection amount is set in a range where combustion noise does not increase. As a result, the amount of fuel injected into the first intake port 161 is smaller than the amount of fuel directly injected into the cylinder 18. The fuel injection amount of the first intake port 161 decreases as the load on the engine 1 increases. By doing so, an increase in combustion noise can be avoided in advance. On the other hand, since the temperature state in the cylinder increases as the load on the engine 1 increases, the ignitability of compression ignition is ensured even if the fuel injection amount is reduced. While the fuel injection amount of the first intake port 161 is reduced, the total fuel injection amount increases as the load of the engine 1 increases, so the fuel amount injected into the cylinder by the direct injection injector 67 increases. Note that the fuel injection amount (absolute amount) of the first intake port 161 may be maintained substantially constant as the load on the engine 1 increases. In this case, since the total fuel injection amount increases as the load on the engine 1 increases, the ratio of the fuel injection amount of the first intake port 161 to the total injection amount or the ratio of the direct injection injector 67 to the injection amount is As the load on the engine 1 increases, it decreases.

第1の吸気ポート161における噴射時期は、吸気弁21が閉弁する前に設定される。これに対し、気筒18内における噴射時期は、圧縮行程の後半(例えば、圧縮行程を前半と後半とに2等分したときの後半)に設定される。従って、直噴インジェクタ67による燃料噴射は、実際は、工程P82から後述する工程P83にかけてのタイミングで行われる。これにより、後述する混合気層182の混合気は早期に着火してしまうことが回避される。但し、圧縮行程後半に直噴インジェクタ67によって噴射される燃料により、均質な混合気層182が形成されることが好ましい。混合気層182の、より一層の均質化を図るために、直噴インジェクタ67による燃料の噴射時期を圧縮行程の後半よりも早めてもよい。   The injection timing at the first intake port 161 is set before the intake valve 21 is closed. In contrast, the injection timing in the cylinder 18 is set to the second half of the compression stroke (for example, the second half when the compression stroke is divided into two equal parts, the first half and the second half). Therefore, the fuel injection by the direct injector 67 is actually performed at the timing from the process P82 to the process P83 described later. Thereby, it is avoided that the air-fuel mixture in the air-fuel mixture layer 182 described later ignites early. However, it is preferable that the homogeneous air-fuel mixture layer 182 is formed by the fuel injected by the direct injection injector 67 in the latter half of the compression stroke. In order to further homogenize the air-fuel mixture layer 182, the fuel injection timing by the direct injection injector 67 may be set earlier than the latter half of the compression stroke.

工程P82ではまた、第1の吸気ポート161の吸気弁21、及び、第2の吸気ポート162の吸気弁21のそれぞれを開弁(つまり、主開弁)する。このときに、第1の吸気ポート161の吸気弁21は、当該吸気ポート161から気筒18内に導入される混合気の当量比φが、1.0〜1.4の範囲に収まるように、そのリフト量を調整する(リフト量を減少する)。エンジン1の負荷が比較的高くて着火性が確保できることを考慮して、当量比φを前記範囲よりも低く設定してもよい。一方、第2の吸気ポート162の吸気弁21は、リフト量の調整を行わない。つまり、このエンジン1の運転状態において設定されているリフト量で、吸気弁21を開弁する。これにより、必要量の新気を気筒18に導入する。   In step P82, each of the intake valve 21 of the first intake port 161 and the intake valve 21 of the second intake port 162 is opened (that is, the main valve is opened). At this time, the intake valve 21 of the first intake port 161 is configured so that the equivalent ratio φ of the air-fuel mixture introduced from the intake port 161 into the cylinder 18 falls within the range of 1.0 to 1.4. Adjust the lift amount (decrease the lift amount). Considering that the load of the engine 1 is relatively high and ignitability can be secured, the equivalence ratio φ may be set lower than the above range. On the other hand, the intake valve 21 of the second intake port 162 does not adjust the lift amount. That is, the intake valve 21 is opened with the lift amount set in the operating state of the engine 1. As a result, a necessary amount of fresh air is introduced into the cylinder 18.

CAIモードの高負荷域では、前述したように、クールドEGRガス(つまり、EGRクーラ52によって冷却された外部EGRガス)が気筒18内に導入される。クールドEGRガスは、図8に白抜きの矢印で示すように、EGR通路50が接続されている第2の吸気ポート162を介して、気筒18内に導入される。従って、第1の吸気ポート161から気筒18内には、内部EGRガス、新気及び燃料が導入され、第2の吸気ポート162から気筒18内には、外部EGRガス及び新気が導入される。その後、前述したように直噴インジェクタ67による燃料噴射が行われる。圧縮行程後半の、気筒18内の圧力が高まった状態で燃料を噴射することにより、燃料噴射から着火までの期間を比較的短くすることが可能になる。尚、圧縮行程の後半で燃料を噴射する場合、燃料圧力は高く設定することが好ましい。また、燃料噴射は、単段噴射又は多段噴射とすればよい。   In the high load region of the CAI mode, as described above, the cooled EGR gas (that is, the external EGR gas cooled by the EGR cooler 52) is introduced into the cylinder 18. The cooled EGR gas is introduced into the cylinder 18 through the second intake port 162 to which the EGR passage 50 is connected, as indicated by the white arrow in FIG. Therefore, internal EGR gas, fresh air and fuel are introduced into the cylinder 18 from the first intake port 161, and external EGR gas and fresh air are introduced into the cylinder 18 from the second intake port 162. . Thereafter, fuel injection is performed by the direct injection injector 67 as described above. By injecting fuel in the latter half of the compression stroke in a state where the pressure in the cylinder 18 is increased, the period from fuel injection to ignition can be made relatively short. When fuel is injected in the latter half of the compression stroke, it is preferable to set the fuel pressure high. The fuel injection may be single-stage injection or multistage injection.

そうして工程P83では、気筒18内に当量比φが1以上のリッチの、均質かつ高温の混合気の層(第1層)181と、当量比φが第1層181よりもリーンの、均質かつ低温で気筒18内の全体に広がる混合気の層(第2層)182とを形成することが可能になる。   In the process P83, a rich, homogeneous and high-temperature air-fuel mixture layer (first layer) 181 having an equivalence ratio φ of 1 or more in the cylinder 18 and an equivalence ratio φ leaner than that of the first layer 181. It is possible to form an air-fuel mixture layer (second layer) 182 that extends uniformly in the cylinder 18 at a low temperature.

第1層181は、相対的に当量比が高くかつ高温であるため、先に圧縮着火するようになり、それによって発生する熱及び筒内圧の上昇を受けて、相対的に当量比が低くかつ低温の第2層182も順次圧縮着火するようになる。第2層182は特に、低温の外部EGRガスを含んでいるため、混合気は逐次着火する(工程P84参照)。こうして、エンジン1の負荷が高いときに、着火性を確保しながら、燃焼を緩慢化させることが可能になる。これは、燃焼温度の上昇を抑制して、RawNOxの生成を抑制する。また、燃焼時に気筒18内の圧力上昇が急峻になることを抑制して、燃焼騒音が増大してしまうことが回避される。   Since the first layer 181 has a relatively high equivalence ratio and a high temperature, the first layer 181 starts to ignite by compression first. The low temperature second layer 182 is also ignited in sequence. In particular, since the second layer 182 contains a low-temperature external EGR gas, the air-fuel mixture is sequentially ignited (see process P84). Thus, when the load on the engine 1 is high, combustion can be slowed while ensuring ignitability. This suppresses the increase in the combustion temperature and suppresses the generation of RawNOx. Further, it is possible to prevent the combustion noise from being increased by suppressing the pressure rise in the cylinder 18 from becoming steep during combustion.

図9は、CAIモードにおける高負荷領域での混合気形成に関する変形例を示しており、この変形例では、第1及び第2の2つの吸気ポート161、162のそれぞれにポートインジェクタ68が配設されている点が、前述した構成とは相違する。変形例では、エンジン1の運転状態がCAIモードの高負荷側にあるときに、直噴インジェクタ67に代えて、第2の吸気ポート162に配設したポートインジェクタ68から燃料を噴射する。従って変形例では、これら第1の吸気ポート161と、第2の吸気ポート162との双方において、燃料を噴射する。   FIG. 9 shows a modified example related to air-fuel mixture formation in a high load region in the CAI mode. In this modified example, a port injector 68 is provided in each of the first and second intake ports 161 and 162. This is different from the configuration described above. In the modification, when the operating state of the engine 1 is on the high load side in the CAI mode, fuel is injected from the port injector 68 disposed in the second intake port 162 instead of the direct injection injector 67. Accordingly, in the modification, fuel is injected into both the first intake port 161 and the second intake port 162.

先ず、工程P91では、前記と同様に、可変駆動機構72によって吸気弁21を先行開弁させる。先行開弁させる吸気弁21は、第1の吸気ポート161の吸気弁21のみである。エンジン1の負荷が高いため、内部EGR率は比較的低く設定される。必要に応じて、第2の吸気ポート162の吸気弁21も、先行開弁させてもよい。   First, in step P91, the intake valve 21 is opened in advance by the variable drive mechanism 72 in the same manner as described above. The intake valve 21 to be opened in advance is only the intake valve 21 of the first intake port 161. Since the load on the engine 1 is high, the internal EGR rate is set to be relatively low. If necessary, the intake valve 21 of the second intake port 162 may also be opened in advance.

続く工程P92では、第1の吸気ポート161に配設されたポートインジェクタ68から、所定量の燃料を噴射すると共に、第2の吸気ポート162に配設されたポートインジェクタ68から、残りの燃料を噴射する。第1の吸気ポート161の燃料噴射量は、圧縮着火に必要な最小限の噴射量であり、燃焼騒音が増大しない範囲で設定される。エンジン1の負荷が高くなるに従い、第1の吸気ポート161の燃料噴射量は少なくなる。第1の吸気ポート161に噴射される燃料量は、第2の吸気ポート162に噴射される燃料量よりも少なくなる。第1の吸気ポート161及び第2の吸気ポート162における噴射時期は、吸気弁21が閉弁する前に設定される。   In the subsequent process P92, a predetermined amount of fuel is injected from the port injector 68 provided in the first intake port 161, and the remaining fuel is supplied from the port injector 68 provided in the second intake port 162. Spray. The fuel injection amount of the first intake port 161 is the minimum injection amount necessary for compression ignition, and is set in a range where combustion noise does not increase. As the load on the engine 1 increases, the fuel injection amount of the first intake port 161 decreases. The amount of fuel injected into the first intake port 161 is smaller than the amount of fuel injected into the second intake port 162. The injection timing in the first intake port 161 and the second intake port 162 is set before the intake valve 21 is closed.

工程P92ではまた、第1の吸気ポート161の吸気弁21、及び、第2の吸気ポート162の吸気弁21のそれぞれを開弁(つまり、主開弁)する。このときに、第1の吸気ポート161の吸気弁21は、当該吸気ポート161から気筒18内に導入される混合気の当量比φが、1.0〜1.4の範囲に収まるように、そのリフト量を調整する(リフト量を減少する)。エンジン1の負荷が比較的高くて着火性が確保できることを考慮して、当量比φを前記範囲よりも低く設定してもよい点は、図8の構成例と同じである。一方、第2の吸気ポート162の吸気弁21は、リフト量の調整を行わない。つまり、このエンジン1の運転状態において設定されているリフト量で、吸気弁21を開弁する。これにより、必要量の新気を気筒18に導入する。   In step P92, each of the intake valve 21 of the first intake port 161 and the intake valve 21 of the second intake port 162 is opened (that is, the main valve is opened). At this time, the intake valve 21 of the first intake port 161 is configured so that the equivalent ratio φ of the air-fuel mixture introduced from the intake port 161 into the cylinder 18 falls within the range of 1.0 to 1.4. Adjust the lift amount (decrease the lift amount). In view of the fact that the load of the engine 1 is relatively high and the ignitability can be ensured, the equivalent ratio φ may be set lower than the above range, which is the same as the configuration example of FIG. On the other hand, the intake valve 21 of the second intake port 162 does not adjust the lift amount. That is, the intake valve 21 is opened with the lift amount set in the operating state of the engine 1. As a result, a necessary amount of fresh air is introduced into the cylinder 18.

クールドEGRガスは、図9に白抜きの矢印で示すように、EGR通路50が接続されている第2の吸気ポート162を介して、気筒18内に導入される。従って、第1の吸気ポート161から気筒18内には、内部EGRガス、新気及び燃料が導入され、第2の吸気ポート162から気筒18内には、外部EGRガス、新気及び燃料が導入される。   The cooled EGR gas is introduced into the cylinder 18 through the second intake port 162 to which the EGR passage 50 is connected, as indicated by a white arrow in FIG. Therefore, internal EGR gas, fresh air and fuel are introduced into the cylinder 18 from the first intake port 161, and external EGR gas, fresh air and fuel are introduced into the cylinder 18 from the second intake port 162. Is done.

そうして工程P93では、気筒18内に当量比φが1以上のリッチの、均質かつ高温の混合気の層(第1層)181と、当量比φが第1層181よりもリーンの、均質かつ低温の混合気の層(第2層)183とを形成することが可能になる。   Thus, in step P93, a rich, homogeneous and high-temperature air-fuel mixture layer (first layer) 181 having an equivalent ratio φ of 1 or more in the cylinder 18 and an equivalent ratio φ leaner than that of the first layer 181. It becomes possible to form a homogeneous and low-temperature air-fuel mixture layer (second layer) 183.

相対的に当量比が高くかつ高温の第1層181は、先に圧縮着火するようになり、それによって発生する熱及び筒内圧の上昇を受けて、相対的に当量比が低くかつ低温の燃焼ガスを含む第2層183の混合気は、逐次圧縮着火するようになる。こうして、エンジン1の負荷が高いときに、気筒18内の混合気の温度成層化を図ることにより、着火性を確保しながら、燃焼が緩慢化する。これは、RawNOxの生成を抑制すると共に、燃焼騒音が増大してしまうことを回避する。   The first layer 181 having a relatively high equivalence ratio and a high temperature is first subjected to compression ignition, and is subjected to a rise in heat and in-cylinder pressure generated thereby, and a combustion at a relatively low equivalence ratio and a low temperature. The air-fuel mixture of the second layer 183 containing gas sequentially undergoes compression ignition. Thus, when the load on the engine 1 is high, the temperature of the air-fuel mixture in the cylinder 18 is stratified so that the combustion is slowed while ensuring the ignitability. This suppresses generation of RawNOx and avoids an increase in combustion noise.

尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。   The technique disclosed here is not limited to application to the engine configuration described above.

吸気弁21の駆動機構は、VVT71と可変駆動機構72とを含む構成に限定されない。1つの気筒18に設けられた複数の吸気弁21のリフト量を、独立に調整可能な構成であれば、様々な機構を採用することが可能である。例えば、吸気弁21の駆動機構は、吸気弁のリフト量を連続的に変更可能な、機械式のリフト可変機構(Continuously Variable Valve Lift:CVVL)と、VVTとを含んで構成してもよい。   The drive mechanism of the intake valve 21 is not limited to the configuration including the VVT 71 and the variable drive mechanism 72. Various mechanisms can be employed as long as the lift amounts of the plurality of intake valves 21 provided in one cylinder 18 can be adjusted independently. For example, the drive mechanism of the intake valve 21 may include a mechanical variable valve lift (CVVL) capable of continuously changing the lift amount of the intake valve and a VVT.

前記の構成では、EGR通路50を、各気筒18の第2の吸気ポート162に接続しているが、第1の吸気ポート161及び第2の吸気ポート162のそれぞれに外部EGRガスが導入されるように、EGR通路50を、例えばサージタンク33の上流位置に接続してもよい。この構成でも、気筒18内に、相対的に温度の高い混合気層を形成することが可能である。   In the above configuration, the EGR passage 50 is connected to the second intake port 162 of each cylinder 18, but external EGR gas is introduced into each of the first intake port 161 and the second intake port 162. Thus, you may connect the EGR channel | path 50 to the upstream position of the surge tank 33, for example. Even with this configuration, it is possible to form an air-fuel mixture layer having a relatively high temperature in the cylinder 18.

図5に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。   The operation control map shown in FIG. 5 is an example, and various other maps can be provided.

また、排気通路には三元触媒のみを備えたが、NOx浄化触媒を備えて、空気過剰率λが2.4よりも小さく1.0よりも大きい、A/FがLeanの運転を可能にしてもよい。   In addition, the exhaust passage is provided with only a three-way catalyst, but it is provided with a NOx purification catalyst, so that the excess air ratio λ is smaller than 2.4 and larger than 1.0, and A / F can be operated with Lean. May be.

さらに、ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。   Furthermore, the technology disclosed herein can be applied to a diesel engine.

1 エンジン(エンジン本体)
10 PCM(制御部)
16 吸気ポート(吸気路)
161 第1の吸気ポート
162 第2の吸気ポート
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
50 EGR通路(外部EGR手段)
62 燃料供給システム
67 直噴インジェクタ
68 ポートインジェクタ
72 可変駆動機構(内部EGR手段)
L11、L12、L13 先行開弁
1 Engine (Engine body)
10 PCM (control unit)
16 Intake port (intake path)
161 First intake port 162 Second intake port 18 Cylinder 21 Intake valve 22 Exhaust valve 50 EGR passage (external EGR means)
62 Fuel supply system 67 Direct injection injector 68 Port injector 72 Variable drive mechanism (internal EGR means)
L11, L12, L13 Advance valve opening

Claims (4)

複数の吸気路のそれぞれが接続される気筒を有しかつ、予め設定された圧縮着火燃焼領域において、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるよう構成されたエンジン本体と、
前記複数の吸気路のそれぞれに設けられかつ、当該吸気路を開閉するよう構成された吸気弁と、
前記1つの気筒に接続される複数の吸気路の内の一部である特定吸気路に配設されかつ、当該特定吸気路内に燃料を噴射するよう構成されたポートインジェクタと、
前記気筒内に燃料を供給するよう構成された第2インジェクタと、
前記吸気弁を膨張行程から排気行程の期間において開弁する先行開弁と、少なくとも吸気行程において開弁する主開弁とを行うことで、燃焼ガスの一部を、前記特定吸気路を介して、新気と共に、前記気筒内に導入するよう構成された内部EGR手段と、
前記特定吸気路以外の吸気路に少なくとも接続されるEGR通路を介して、燃焼ガスの一部を、前記気筒内に導入するよう構成された外部EGR手段と、
前記ポートインジェクタ及び前記第2インジェクタの噴射制御を通じて、前記エンジン本体を運転するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火燃焼領域における所定負荷以上の高負荷領域にあるときに、
前記特定吸気路に、前記内部EGR手段によって燃焼ガスの一部を排出すると共に、当該特定吸気路内に、前記ポートインジェクタによって所定量の燃料量を噴射し、
前記特定吸気路以外の吸気路を通じて、前記外部EGR手段によって燃焼ガスの一部を前記気筒内に導入すると共に、前記第2インジェクタによって残りの燃料量を気筒内に供給する圧縮着火式エンジンの制御装置。
An engine main body having a cylinder to which each of a plurality of intake passages is connected, and configured to perform compression ignition combustion of an air-fuel mixture in the cylinder in a preset compression ignition combustion region;
An intake valve provided in each of the plurality of intake passages and configured to open and close the intake passage;
A port injector disposed in a specific intake path that is a part of a plurality of intake paths connected to the one cylinder, and configured to inject fuel into the specific intake path;
A second injector configured to supply fuel into the cylinder;
By performing a prior valve opening that opens the intake valve in the period from the expansion stroke to the exhaust stroke, and a main valve that opens at least in the intake stroke, a part of the combustion gas is passed through the specific intake passage. Internal EGR means configured to be introduced into the cylinder together with fresh air;
External EGR means configured to introduce a part of the combustion gas into the cylinder via an EGR passage connected at least to an intake passage other than the specific intake passage;
A control unit configured to operate the engine body through injection control of the port injector and the second injector, and
The control unit, when the operating state of the engine body is in a high load region greater than a predetermined load in the compression ignition combustion region,
A part of combustion gas is discharged into the specific intake passage by the internal EGR means, and a predetermined amount of fuel is injected into the specific intake passage by the port injector,
Control of a compression ignition engine through which a part of combustion gas is introduced into the cylinder by the external EGR means through the intake passages other than the specific intake passage and the remaining fuel amount is supplied into the cylinder by the second injector apparatus.
請求項1に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジン本体の負荷が高くなるに従って、前記ポートインジェクタが噴射する燃料量を少なくする圧縮着火式エンジンの制御装置。
The control apparatus for a compression ignition engine according to claim 1,
The control unit is a control device for a compression ignition engine that reduces the amount of fuel injected by the port injector as the load on the engine body increases.
請求項1又は2に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記特定吸気路を含む前記複数の吸気路は、前記気筒内に流入するガスに角運動量を付与しないことで、前記気筒内にスワールを発生しないように構成されている圧縮着火式エンジンの制御装置。
The control apparatus for a compression ignition engine according to claim 1 or 2,
The plurality of intake passages including the specific intake passage do not give angular momentum to the gas flowing into the cylinder, so that a swirl is not generated in the cylinder. .
請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記第2インジェクタは、前記気筒内に燃料を噴射する直噴インジェクタであり、
前記制御部は、前記直噴インジェクタによる燃料噴射を、圧縮行程後半に開始する圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control apparatus of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 3,
The second injector is a direct injection injector that injects fuel into the cylinder,
The control unit is a control device for a compression ignition engine that starts fuel injection by the direct injection injector in the latter half of the compression stroke.
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