JP2017150419A - Engine and vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン及びこれを備えた車両に関し、特に、予混合圧縮着火式のエンジン及びこれを備えた車両に関する。 The present invention relates to an engine and a vehicle including the same, and more particularly to a premixed compression ignition type engine and a vehicle including the same.
昨今のエンジンにおいては、更なる燃費向上を目的として、予混合圧縮着火式のガソリンエンジンが検討されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のエンジンは、筒内に直接燃料を噴射する直噴式のエンジンであり、点火プラグによる混合気の点火(SI:Spark Ignition)と、点火プラグを用いず、予め空気と燃料を混合した混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火(HCCI:Homogeneous Charge Compression Ignition)とが切替え可能に構成されている。 In recent engines, a premixed compression ignition type gasoline engine has been studied for the purpose of further improving fuel consumption (see, for example, Patent Document 1). The engine described in Patent Document 1 is a direct-injection engine that directly injects fuel into a cylinder, and does not use spark ignition (SI: Spark Ignition) with an ignition plug and an ignition plug. It is configured to be switchable between premixed compression ignition (HCCI) in which the mixed gas mixture is compressed and self-ignited.
特許文献1では、比較的エンジン回転数及びエンジン負荷が小さい運転領域(HCCI領域)において予混合圧縮着火が実施され、比較的エンジン負荷が大きい運転領域(SI領域)においてSI点火が実施される。すなわち、エンジン回転数やエンジン負荷に応じてSI点火と予混合圧縮着火とが切替えられる。 In Patent Document 1, premixed compression ignition is performed in an operation region (HCCI region) where the engine speed and engine load are relatively small, and SI ignition is performed in an operation region (SI region) where the engine load is relatively large. That is, SI ignition and premixed compression ignition are switched according to the engine speed and engine load.
ところで、上記した予混合圧縮着火を実現できる運転領域(燃焼領域)は限られており、予混合圧縮着火を制御するのは非常に困難である。例えば、筒内に燃料を噴射した際に筒内温度が低下する結果、混合気の自己着火に必要な温度を得られず失火してしまうことが考えられる。 By the way, the operation region (combustion region) in which the above-described premixed compression ignition can be realized is limited, and it is very difficult to control the premixed compression ignition. For example, it is conceivable that when the fuel is injected into the cylinder, the in-cylinder temperature decreases, and as a result, the temperature necessary for self-ignition of the air-fuel mixture cannot be obtained and misfire occurs.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、筒内温度を低下させることなく、混合気を適切に自己着火させることが可能なエンジン及びこれを備えた車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to provide an engine capable of appropriately self-igniting an air-fuel mixture without lowering the in-cylinder temperature and a vehicle including the same. .
本発明に係るエンジンは、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を備え、空気と燃料を混合した混合気を筒内で圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火式のエンジンであって、所定のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予混合圧縮着火が可能な予混合圧縮着火領域において、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉じた負のバルブオーバラップ期間に燃料を噴射することを特徴とする。 The engine according to the present invention is a premixed compression ignition type engine that includes a fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder, compresses the air-fuel mixture mixed in the cylinder, and self-ignites. In a premixed compression ignition region where premixed compression ignition is possible based on a predetermined engine speed and engine load, fuel is injected during a negative valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed .
この構成によれば、負のバルブオーバラップ期間に燃料が噴射されることで、燃焼前の筒内温度を上昇させることができる。よって、混合気の自己着火に必要な温度を確保することができ、失火させることなく、適切に混合気を自己着火させることが可能になる。 According to this configuration, the in-cylinder temperature before combustion can be increased by injecting fuel during the negative valve overlap period. Therefore, the temperature necessary for the self-ignition of the air-fuel mixture can be secured, and the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited without causing misfire.
また、本発明に係る上記エンジンにおいて、前記予混合圧縮着火領域は、第1の予混合圧縮着火領域と、前記第1の予混合圧縮着火領域より高負荷な領域で予混合圧縮着火が可能な第2の予混合圧縮着火領域とを有し、前記第2の予混合圧縮着火領域において、吸気行程時に燃料を噴射することが好ましい。この構成によれば、吸気行程時に燃料を噴射することで、混合気が燃焼開始するまでの間に、空気と燃料が混合するまでの時間を確保することができる。この結果、筒内で均質化された混合気を燃焼させることができ、燃焼効率の高い燃焼を行うことが可能になる。 In the engine according to the present invention, the premixed compression ignition region can be premixed compression ignition in a first premixed compression ignition region and a region having a higher load than the first premixed compression ignition region. And a second premixed compression ignition region, and in the second premixed compression ignition region, fuel is preferably injected during an intake stroke. According to this configuration, by injecting the fuel during the intake stroke, it is possible to ensure the time until the air and the fuel are mixed before the mixture starts to combust. As a result, the air-fuel mixture homogenized in the cylinder can be combusted, and combustion with high combustion efficiency can be performed.
また、本発明に係る上記エンジンにおいて、前記予混合圧縮着火領域は、前記第2の予混合圧縮着火領域より高負荷な領域で予混合圧縮着火が可能な第3の予混合圧縮着火領域を更に有し、前記第3の予混合圧縮着火領域において、圧縮行程中の燃焼開始前までに少なくとも2回以上燃料を噴射することが好ましい。この構成によれば、複数回に分けて燃料を噴射することで混合気にムラができる。この結果、成層燃焼を行うことができ、燃焼を緩慢化させることができる。よって、比較的エンジン負荷が高い場合であっても混合気を予混合圧縮着火が可能となり、更なる燃費の向上が実現される。また、混合気が成層燃焼されることで、混合気を全体的に効率よく燃焼させることができ、排ガス性能の低下を防止することもできる。 In the engine according to the present invention, the premixed compression ignition region may further include a third premixed compression ignition region capable of performing premixed compression ignition in a region having a higher load than the second premixed compression ignition region. And in the third premixed compression ignition region, it is preferable to inject the fuel at least twice before the start of combustion during the compression stroke. According to this configuration, the air-fuel mixture is uneven by injecting the fuel into a plurality of times. As a result, stratified combustion can be performed and combustion can be slowed down. Therefore, even when the engine load is relatively high, premixed compression ignition of the air-fuel mixture becomes possible, and further improvement in fuel consumption is realized. In addition, by stratified combustion of the air-fuel mixture, the air-fuel mixture can be combusted as a whole efficiently, and deterioration of exhaust gas performance can be prevented.
また、本発明に係る上記エンジンは、点火装置の火花を用いた混合気の火花点火と予混合圧縮着火とを切替え可能に構成され、予混合圧縮着火から火花点火に切替える際に、負のバルブオーバラップ期間をゼロにすると共に、前記点火装置による火花点火を開始することが好ましい。この構成によれば、負のバルブオーバラップ期間を無くすことにより、エンジン負荷を高めることなく急激なトルク変動を防止することができ、予混合圧縮着火から火花点火へスムーズに切替えることが可能になる。 Further, the engine according to the present invention is configured to be able to switch between spark ignition of the air-fuel mixture using the spark of the ignition device and premixed compression ignition, and when switching from premixed compression ignition to spark ignition, a negative valve Preferably, the overlap period is set to zero and spark ignition by the ignition device is started. According to this configuration, by eliminating the negative valve overlap period, it is possible to prevent sudden torque fluctuations without increasing the engine load, and it is possible to smoothly switch from premixed compression ignition to spark ignition. .
また、本発明に係る上記エンジンは、予混合圧縮着火から火花点火に切替える際に、前記第1の予混合圧縮着火領域から火花点火に移行する場合には前記第2及び第3の予混合圧縮着火領域を経由し、前記第2の予混合圧縮着火領域から火花点火に移行する場合には前記第3の予混合圧縮着火領域を経由することが好ましい。この構成によれば、エンジン負荷が段階的に大きくなることで、急激なトルク変動を防止することができ、予混合圧縮着火から火花点火へスムーズに切替えることが可能になる。 In the engine according to the present invention, when the premixed compression ignition is switched to the spark ignition, when the first premixed compression ignition region shifts to the spark ignition, the second and third premixed compression are performed. It is preferable to pass through the third premixed compression ignition region when the second premixed compression ignition region is shifted to spark ignition through the ignition region. According to this configuration, since the engine load increases stepwise, a sudden torque fluctuation can be prevented, and the premixed compression ignition can be smoothly switched to the spark ignition.
また、本発明に係る車両は、上記したエンジンを備えることが好ましい。この構成によれば、上記したエンジンによる作用効果を車両で享受することができる。 The vehicle according to the present invention preferably includes the above-described engine. According to this configuration, it is possible to enjoy the operational effects of the engine described above in the vehicle.
本発明によれば、負のバルブオーバラップ期間に燃料を噴射することにより、筒内温度を低下させることなく、混合気を適切に自己着火させることができる。 According to the present invention, by injecting fuel during the negative valve overlap period, the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited without reducing the in-cylinder temperature.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係るエンジンを自動四輪車に適用した例について説明するが、適用対象はこれに限定されることなく変更可能である。例えば、本発明に係るエンジンを他のタイプの車両(例えば自動二輪車)に適用してもよい。また、以下の各図では、説明の便宜上、一部の構成を省略している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, an example in which the engine according to the present invention is applied to a four-wheeled vehicle will be described, but the application target is not limited to this and can be changed. For example, the engine according to the present invention may be applied to other types of vehicles (for example, motorcycles). In the following drawings, a part of the configuration is omitted for convenience of explanation.
図1を参照して、本実施の形態に係るエンジンの概略構成について説明する。図1は本実施の形態に係るエンジンの概念図である。なお、本実施の形態において、自動四輪車が通常備えている構成(例えばクランクセンサ等)は備えているものとし、説明は省略する。 A schematic configuration of an engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram of an engine according to the present embodiment. In the present embodiment, it is assumed that a configuration (for example, a crank sensor or the like) that is normally provided in an automobile is provided, and description thereof is omitted.
本実施の形態に係るエンジン1は、点火装置(不図示)による混合気の火花点火(SI:Spark Ignition)と、点火装置を用いず、予め空気と燃料を混合した混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火(HCCI:Homogeneous Charge Compression Ignition)とを切替え可能に構成されている。エンジン1は、例えば、直列多気筒(本実施の形態では4気筒)のガソリンエンジンである。 The engine 1 according to the present embodiment self-compresses an air-fuel mixture that is premixed with air and fuel without using an ignition device (SI: Spark Ignition) and an ignition device. It is configured to be able to switch between premixed compression ignition (HCCI) to be ignited. The engine 1 is, for example, an in-line multi-cylinder (four cylinders in the present embodiment) gasoline engine.
エンジン1は、シリンダブロック10の各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置11を備えている。各気筒内には、筒内の圧力を検知する筒内圧センサ12が設けられている。また、エンジン1には、可変バルブタイミング機構(不図示)を備えた動弁装置13が設けられている。詳細は後述するが、動弁装置13は、エンジン負荷やエンジン回転数に応じて吸気バルブ及び排気バルブ(共に不図示)の開閉タイミングを変更することにより、後述するバルブオーバラップ期間を調整する。
The engine 1 includes a
エンジン1の吸気側には、インテークマニホールド14を介して吸気管15が接続されている。吸気管15には、上流側からスロットルバルブ16、過給機17(コンプレッサ17b)、及びインタークーラ18が設けられている。一方、エンジン1の排気側には、エキゾーストマニホールド19を介して排気管20が接続されている。排気管20には、上流側からLAFセンサ21、過給機17(タービン17a)、触媒装置22が設けられている。
An
燃料噴射装置11は、直噴式のインジェクタで構成され、後述するECU26からの命令に応じて筒内に燃料を噴射する。筒内圧センサ12は、例えば圧電素子を備えたピエゾ式圧力センサであり、筒内の燃焼圧力に応じた電圧信号を出力する。当該電圧信号は、ECU26に出力される。スロットルバルブ16は、運転者のアクセル操作に応じて開度を調整する弁体である。スロットルバルブ16の開度が調整されることで吸入空気の流量が調整される。
The
過給機17は、排気ガスの圧力でタービン17aを回してコンプレッサ17bを駆動するターボチャージャーであり、コンプレッサ17bで吸入空気を圧縮する。具体的に過給機17は、排気管20側に設けられるタービン17aと吸気管15側に設けられるコンプレッサ17bとがターボシャフト17cによって同軸に接続されている。インタークーラ18は、過給機17で圧縮された吸入空気を冷却する。
The supercharger 17 is a turbocharger that drives the
LAFセンサ21(Linear Air-fuel Ratio Sensor)は、排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出する。LAFセンサ21は、例えば、ジルコニア式酸素センサで構成され、酸素濃度に応じて変化する電流値から空燃比を検出する。当該空燃比は、ECU26に出力される。触媒装置22は、排気ガスを浄化するものであり、例えば、三元触媒で構成される。触媒装置22は、排気ガス内の汚染物質(一酸化炭素、炭化水素や窒素酸化物等)を無害な物質(二酸化炭素、水、窒素等)に変換する。
A LAF sensor 21 (Linear Air-fuel Ratio Sensor) detects the air-fuel ratio from the oxygen concentration in the exhaust gas. The
また、本実施の形態に係るエンジン1には、排気ガスの一部を吸気側に戻して再燃焼させるEGRシステム(Exhaust Gas Recirculation system)が採用されている。具体的には、触媒装置22の下流側の排気管20とスロットルバルブ16の下流側の吸気管15とが配管23によって接続されている。当該配管23には、排気側から順に、排気ガスを冷却するEGRクーラ24と、排気ガスの吸入量を調整するEGRバルブ25が設けられている。
Further, the engine 1 according to the present embodiment employs an EGR system (Exhaust Gas Recirculation system) in which a part of the exhaust gas is returned to the intake side and recombusted. Specifically, the
また、エンジン1は、上記構成の他、エンジン1内の各種動作を統括制御するECU26を備えている。ECU26は、エンジン1内の各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶媒体で構成される。メモリには、エンジン1の各部を制御する制御プログラム等が記憶されている。
In addition to the above configuration, the engine 1 includes an
特にECU26は、エンジン負荷やエンジン回転数に基づいた燃焼マップ(図2参照)をメモリに記憶している。この燃焼マップには、点火装置を用いた点火が可能な火花点火領域(後述するSI領域)と、予混合圧縮着火が可能な予混合圧縮着火領域(後述するHCCI領域)とが含まれている。詳細は後述するが、ECU26は、運転者のアクセル操作から要求されるエンジン負荷を算出し、図示しないクランクセンサから検出されるエンジン回転数と当該エンジン負荷に基づいて、上記した燃焼マップから火花点火と予混合圧縮着火とを切替えるようにエンジン1の各種動作を制御する。
In particular, the
このように構成されるエンジン1では、運転者のアクセル操作に応じてスロットルバルブ16の開度が調整され、エアクリーナ(不図示)を経由したクリーンな吸入空気が過給機17に導入される。過給機17では吸入空気が圧縮され、吸入空気は、インタークーラ18で冷却された後に筒内へ供給される。筒内では、所定のタイミングで燃料が噴射され、吸入空気と燃料とが混合される。このとき、点火装置による火花点火、又は予混合圧縮自己着火によって混合気が燃焼される。燃焼後の排気ガスは、エキゾーストマニホールド19から排気管20及び触媒装置22を通じて外に排出される。
In the engine 1 configured as described above, the opening degree of the throttle valve 16 is adjusted in accordance with the driver's accelerator operation, and clean intake air via an air cleaner (not shown) is introduced into the supercharger 17. In the supercharger 17, the intake air is compressed, and the intake air is cooled by the
ところで、従来より検討がなされている予混合圧縮着火式のエンジンにおいては、エンジン負荷の広範囲にわたってHCCI運転を実現するために、エンジン負荷に応じて燃料噴射のタイミングや燃料噴射の回数を変更するようにエンジンの動作が制御される。例えば、比較的エンジン負荷が低い領域においては、一段直噴により筒内に燃料を供給して混合気を自己着火させている。一方、比較的エンジン負荷が高い領域では、混合気が一気に燃焼することに起因した騒音や筒内の圧力増加がエンジンの強度に影響を与えるため、燃料を複数回にわたって噴射することで、燃焼の緩慢化を図っている。 By the way, in a premixed compression ignition type engine that has been studied conventionally, in order to realize HCCI operation over a wide range of engine loads, the timing of fuel injection and the number of fuel injections are changed according to the engine load. The operation of the engine is controlled. For example, in a region where the engine load is relatively low, fuel is supplied into the cylinder by one-stage direct injection and the air-fuel mixture is self-ignited. On the other hand, in a region where the engine load is relatively high, noise and the pressure increase in the cylinder caused by the air-fuel mixture burning all at once affect the engine strength. We are trying to slow down.
しかしながら、上記した低負荷領域では、エンジン負荷が低くなるほど筒内温度が下がるため、混合気の自己着火に必要な温度が確保されずに失火してしまうという問題がある。また、高負荷領域では、1回目に噴射された燃料が、燃焼に至るまでの間に新気と混合して均一化してしまう。このため、所望の成層度が得られず、混合気の燃焼を適切に緩慢化することが難しいという問題がある。さらに、2回目以降に噴射された燃料が十分に蒸発しないまま燃焼されることで、PM(Particulate Matter)排出量増加の要因ともなり得る。 However, in the above-described low load region, the in-cylinder temperature decreases as the engine load decreases, and there is a problem that the temperature necessary for self-ignition of the air-fuel mixture is not ensured and misfire occurs. Further, in the high load region, the fuel injected for the first time is mixed with fresh air until it reaches combustion and becomes uniform. For this reason, there is a problem that a desired stratification degree cannot be obtained and it is difficult to appropriately slow down the combustion of the air-fuel mixture. Further, the fuel injected after the second time is burned without being sufficiently evaporated, which may cause an increase in PM (Particulate Matter) emission.
そこで、本実施の形態に係るエンジン1は、HCCI運転が可能な領域(後述する領域H)をエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて複数(本実施の形態では3つ)の領域H1〜H3に分割し(図2参照)、各領域H1〜H3毎に燃料の噴射タイミングや噴射回数を変更するように制御している。 Therefore, the engine 1 according to the present embodiment includes a plurality of (three in the present embodiment) regions H 1 to H based on the engine load and the engine speed based on the region in which HCCI operation can be performed (region H described later). The fuel is divided into three (see FIG. 2), and control is performed to change the fuel injection timing and the number of injections for each of the regions H 1 to H 3 .
例えば、比較的エンジン負荷の小さい領域H1では、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉じた負のバルブオーバラップ期間TN(図3参照)に燃料を噴射する。これにより、前サイクルにおける燃焼熱に加えて筒内温度を上昇させることができる。よって、混合気の自己着火に必要な温度を確保することができ、失火させることなく、適切に混合気を自己着火させることが可能になった。 For example, in the region H 1 where the engine load is relatively small, fuel is injected during the negative valve overlap period T N (see FIG. 3) in which both the intake valve and the exhaust valve are closed. Thereby, in addition to the combustion heat in the previous cycle, the in-cylinder temperature can be raised. Therefore, the temperature required for the self-ignition of the air-fuel mixture can be secured, and the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited without causing misfire.
また、比較的エンジン負荷の大きい領域H3では、圧縮行程中の燃焼開始前までに少なくとも2回以上燃料を噴射する。このように、複数回に分けて燃料を噴射することで混合気にムラができ、成層燃焼を行うことが可能になった。この結果、燃焼を緩慢化させることができると共に、排ガス性能の低下を防止することができる。 Also, the larger area H 3 relatively engine load, to inject fuel at least two times before the combustion before the start of the compression stroke. As described above, by injecting the fuel into a plurality of times, the air-fuel mixture becomes uneven, and stratified combustion can be performed. As a result, combustion can be slowed and deterioration of exhaust gas performance can be prevented.
次に、図2を参照して、本実施の形態に係るエンジンの燃焼マップについて説明する。図2は、本実施の形態に係るエンジンの燃焼マップを示す図である。 Next, a combustion map of the engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a combustion map of the engine according to the present embodiment.
図2に示すように、燃焼マップでは、横軸がエンジン回転数を表し、縦軸がエンジン負荷を表している。この燃焼マップでは、所定のエンジン回転数N(以下、単に回転数Nと記す)及びエンジン負荷L(以下、単に負荷Lと記す)を境界にして、点火装置を用いた点火が可能な火花点火領域S(SI領域、以下、単に領域Sと記す)と、予混合圧縮着火が可能な予混合圧縮着火領域H(HCCI領域、以下、単に領域Hと記す)とが設定されている。 As shown in FIG. 2, in the combustion map, the horizontal axis represents the engine speed and the vertical axis represents the engine load. In this combustion map, a spark ignition that can be ignited using an ignition device with a predetermined engine speed N (hereinafter simply referred to as the speed N) and engine load L (hereinafter simply referred to as the load L) as boundaries. Region S (SI region, hereinafter simply referred to as region S) and premixed compression ignition region H (HCCI region, hereinafter simply referred to as region H) capable of premixed compression ignition are set.
具体的には、エンジン回転数が所定の回転数N以下で且つエンジン負荷が所定の負荷L以下の領域が領域Hである。領域Hでは、点火装置を用いず、混合気を圧縮自己着火させて燃焼させる予混合圧縮着火が行われる。一方、エンジン回転数が所定の回転数Nより大きい又はエンジン負荷が所定の負荷Lより大きい領域が領域Sである。領域Sでは、点火装置を用いた通常の火花点火により、混合気の着火が行われる。これらの領域H、Sは更に細かく領域が分けられている。 Specifically, a region where the engine speed is equal to or lower than a predetermined speed N and the engine load is equal to or lower than the predetermined load L is a region H. In the region H, premixed compression ignition is performed in which the air-fuel mixture is compressed and ignited for combustion without using an ignition device. On the other hand, the region S is an area where the engine speed is larger than the predetermined speed N or the engine load is larger than the predetermined load L. In the region S, the air-fuel mixture is ignited by normal spark ignition using an ignition device. These regions H and S are further divided into regions.
領域Hは、エンジン負荷ごとに3つの領域H1〜H3に分けられており、エンジン負荷の低い方から順番に、領域H1(第1HCCI領域)、領域H2(第2HCCI領域)、領域H3(第3HCCI領域)となっている。ここで、燃焼マップ上の各領域H1〜H3の境界値となるエンジン回転数及びエンジン負荷を、それぞれ回転数N1、負荷L1、L2とする。回転数N1は、所定の回転数Nより小さく設定されている。負荷L1は、所定の負荷L及び負荷L2より小さく設定されており、負荷L2は、所定の負荷Lより小さく設定されている。 The region H is divided into three regions H 1 to H 3 for each engine load, and the region H 1 (first HCCI region), region H 2 (second HCCI region), region, in order from the lowest engine load. H 3 (third HCCI region). Here, the engine speed and the engine load, which are the boundary values of the regions H 1 to H 3 on the combustion map, are referred to as a speed N 1 and loads L 1 and L 2 , respectively. Rotational speed N 1 is set to be smaller than the predetermined rotational speed N. Load L 1 is set smaller than the predetermined load L and the load L 2, the load L 2 is smaller than the predetermined load L.
領域H1は、燃焼マップ上において、エンジン回転数が回転数N1以下でエンジン負荷が所定の負荷L1以下の領域を示している。この領域H1では、後述する負のバルブオーバラップ期間TN(図4参照)と吸気行程時に、燃料が噴射される。領域H2は、燃焼マップ上において、領域H1より上で、エンジン回転数が所定の回転数N以下で且つエンジン負荷が負荷L2以下の領域を示している。この領域H2では、吸気行程時に一度だけ燃料が噴射される。領域H3は、燃焼マップ上において、領域H2より高負荷で、エンジン回転数が所定の回転数N以下で且つエンジン負荷が所定の負荷L以下の領域を示している。この領域H3では、圧縮行程中の燃焼開始前までに少なくとも2回以上燃料が噴射される。 Region H 1 is on the combustion map, engine speed engine load below the rotation speed N 1 indicates a predetermined load L 1 following areas. In the area H 1, and during the intake stroke negative valve overlap period T N (see FIG. 4) described later, the fuel is injected. Region H 2, in the combustion map, above the area H 1, and the engine load the engine speed is below a predetermined rotational speed N indicates the load L 2 following areas. In the region H 2, fuel is injected once during an intake stroke. Region H 3, in the combustion maps, a high load than the region H 2, engine speed and engine load below a predetermined rotational speed N indicates the following areas predetermined load L. In the region H 3, at least twice the fuel is injected to the combustion before the start of the compression stroke.
領域Sは、混合気の濃度に応じて3つの領域SS、SL、SRに分けられている。領域SSは、理論空燃比に基づいた混合気の燃焼が行われるストイキSI領域である。領域SSは、エンジン負荷が所定の負荷Lより大きい領域に設定されている。領域SLは、理論空燃比より薄い濃度で混合気の燃焼が行われるリーンSI領域である。領域SLは、エンジン回転数が所定の回転数Nより大きい領域に設定されている。領域SRは、理論空燃比より濃い濃度で混合気の燃焼が行われるリッチSI領域である。領域SRは、領域SSより高負荷高回転側の領域に設定されている。 The region S is divided into three regions S S , S L and S R according to the concentration of the air-fuel mixture. Region S S is a stoichiometric SI region combustion of the mixture based on the stoichiometric air-fuel ratio is performed. Region S S, the engine load is set to a predetermined load L larger area. Area S L is a lean SI region combustion of the mixture at a density lower than the stoichiometric air-fuel ratio is performed. The region SL is set to a region where the engine speed is greater than the predetermined speed N. Region S R is a rich SI region combustion of the mixture at a high grayscale level than the stoichiometric air-fuel ratio is performed. Region S R is set from the region S S in a region of high load and high rotation side.
本実施の形態では、この燃焼マップに基づいて、燃料の噴射タイミングや噴射回数、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング等が制御される。このように、燃焼マップを複数の領域に分割したことで、エンジンの状態に応じて適宜燃焼方式を切替えることが可能になっている。各領域における燃料の噴射タイミング等の制御については後述する。 In the present embodiment, the fuel injection timing, the number of injections, the opening / closing timings of the intake valve and the exhaust valve, and the like are controlled based on this combustion map. Thus, by dividing the combustion map into a plurality of regions, it is possible to switch the combustion method as appropriate according to the state of the engine. Control of fuel injection timing and the like in each region will be described later.
次に、図3を参照して、エンジン負荷に対する吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングについて説明する。図3は、本実施の形態に係るエンジンにおいて、エンジン負荷に対する吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを示す図である。図3においては、横軸がエンジン負荷を示し、縦軸が時間を示している。また、図3の縦軸におけるBDCはクランクシャフトの下死点(Bottom Dead Center)を示し、TDCはクランクシャフトの上死点(Top Dead Center)を示している。 Next, the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve with respect to the engine load will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing opening / closing timings of the intake valve and the exhaust valve with respect to the engine load in the engine according to the present embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the engine load, and the vertical axis indicates time. Further, BDC on the vertical axis in FIG. 3 indicates the bottom dead center of the crankshaft, and TDC indicates the top dead center of the crankshaft.
上記したように、本実施の形態では、動弁装置13(図1参照)が、エンジン負荷やエンジン回転数に応じて吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを調整するように構成されている。図3では、実線で示す部分が吸気バルブの開閉タイミングを示し、一点鎖線で示す部分が排気バルブの開閉タイミングを示している。 As described above, in the present embodiment, the valve gear 13 (see FIG. 1) is configured to adjust the opening / closing timings of the intake valve and the exhaust valve according to the engine load and the engine speed. In FIG. 3, the portion indicated by the solid line indicates the opening / closing timing of the intake valve, and the portion indicated by the alternate long and short dash line indicates the opening / closing timing of the exhaust valve.
具体的には、IVO(Intake Valve Open)が吸気バルブの開くタイミングを示し、IVC(Intake Valve Close)が吸気バルブの閉まるタイミングを示している。一方、EVO(Exhaust Valve Open)が排気バルブの開くタイミングを示し、EVC(Exhaust Valve Close)が排気バルブの閉まるタイミングを示している。 Specifically, IVO (Intake Valve Open) indicates the opening timing of the intake valve, and IVC (Intake Valve Close) indicates the timing of closing the intake valve. On the other hand, EVO (Exhaust Valve Open) indicates the timing for opening the exhaust valve, and EVC (Exhaust Valve Close) indicates the timing for closing the exhaust valve.
特に、排気行程から吸気行程に至るTDCの前後においては、吸気バルブ及び排気バルブが共に開いた状態を示す正のバルブオーバラップ期間TP、又は、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉じた状態を示す負のバルブオーバラップ期間TNが設定されている。なお、図3では説明の便宜上、これらのバルブオーバラップ期間TP、TNを斜線のハッチングで示している。 In particular, before and after TDC from the exhaust stroke to the intake stroke, a positive valve overlap period T P indicating a state in which both the intake valve and the exhaust valve are opened, or a state in which both the intake valve and the exhaust valve are closed is illustrated. A negative valve overlap period TN is set. In FIG. 3, for convenience of explanation, these valve overlap periods T P and T N are indicated by hatching.
通常、点火装置によるSI燃焼では、吸気の充填効率を高めるために、上記した正のバルブオーバラップ期間を設けている。しかしながら、HCCI燃焼では、吸気バルブ及び排気バルブが共に開いてしまうと筒内温度の低下が起きてしまうため、負のバルブオーバラップ期間を設けることで筒内温度の低下を防止している。 Normally, in the SI combustion by the ignition device, the positive valve overlap period described above is provided in order to increase the charging efficiency of the intake air. However, in HCCI combustion, if both the intake valve and the exhaust valve are opened, the in-cylinder temperature is lowered. Therefore, a negative valve overlap period is provided to prevent the in-cylinder temperature from being lowered.
具体的に本実施の形態では、エンジン負荷に応じて各バルブオーバラップ期間TP、TNを変更するように構成されている。図3に示すように、領域H1から領域H3に向かってエンジン負荷が高くなるに従って、負のバルブオーバラップ期間TNが短くなるようにバルブタイミングが調整される。そして、領域H(領域H3)から領域Sに移行する境界部分では、負のバルブオーバラップ期間TNがゼロになる。さらにエンジン負荷が高くなると、徐々に正のバルブオーバラップ期間TPが長くなるようにバルブタイミングが調整される。 Specifically, the present embodiment is configured to change the valve overlap periods T P and T N according to the engine load. As shown in FIG. 3, as the engine load becomes higher toward the area H 1 in the region H 3, the valve timing is adjusted so negative valve overlap period T N becomes shorter. Then, in the boundary portion of the transition from region H (region H 3) in the region S, the negative valve overlap period T N becomes zero. Further the engine load is high, the valve timing so as to gradually positive valve overlap period T P becomes longer be adjusted.
次に、図4を参照して、燃焼マップの各領域における燃料の噴射タイミング等について説明する。図4は、本実施の形態に係るエンジンにおいて、エンジン負荷に対する燃料噴射タイミングを示すグラフである。なお、図4における横軸及び縦軸は、図3と同様であるため、説明を省略する。また、図4では説明の便宜上、燃料噴射を実施している時間をドットのハッチングで示している。 Next, the fuel injection timing and the like in each region of the combustion map will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing the fuel injection timing with respect to the engine load in the engine according to the present embodiment. Note that the horizontal and vertical axes in FIG. 4 are the same as those in FIG. Further, in FIG. 4, for the convenience of explanation, the time during which fuel injection is performed is indicated by dot hatching.
図4に示すように、領域H1においては、負のバルブオーバラップ期間TNで一回燃料が噴射された後、吸気行程時のBDCの手前において、もう一回燃料が噴射される。このように、負のバルブオーバラップ期間TNで燃料が噴射されることにより、前サイクルの燃焼熱に加えて燃焼前の筒内温度を上昇させることができる。この結果、混合気の自己着火に必要な温度を確保することができ、失火を防止しつつ自己着火を促進することが可能になる。 As shown in FIG. 4, in the area H 1, after being once fuel injection in negative valve overlap period T N, in front of the BDC during the intake stroke, once again fuel is injected. Thus, by injecting fuel in the negative valve overlap period TN , the in-cylinder temperature before combustion can be increased in addition to the combustion heat of the previous cycle. As a result, the temperature necessary for the self-ignition of the air-fuel mixture can be secured, and self-ignition can be promoted while preventing misfire.
特に、エンジン負荷の低い領域H1は、混合気が自己着火し難い領域であり、負のオーバラップ期間TNで燃料を噴射して自己着火をし易くすることにより、全体としてHCCI運転が可能な領域Hを拡大することができる。この結果、更なる燃費の向上を実現することができる。なお、負のバルブオーバラップ期間TNにおける燃料噴射量は、次の燃焼までに噴射される燃料のうち、50%以下に調整されることが好ましい。 In particular, the region H 1 where the engine load is low is a region in which the air-fuel mixture is difficult to self-ignite, and the fuel can be easily injected during the negative overlap period TN to facilitate self-ignition, so that the HCCI operation can be performed as a whole. The region H can be enlarged. As a result, further improvement in fuel consumption can be realized. The fuel injection amount in the negative valve overlap period TN is preferably adjusted to 50% or less of the fuel injected before the next combustion.
領域H2においては、吸気行程時に一回だけ燃料が噴射される。具体的に領域H2では、エンジン負荷が高くなるにつれて燃料の噴射時間が長くなると共に、燃料の噴射タイミングが圧縮行程の開始直前(IVC)に近づくように調整される。このように、領域H2では、吸気行程時に燃料を噴射することで、混合気が燃焼開始するまでの間に、空気と燃料が混合するまでの時間を確保することができる。この結果、筒内で均質化された混合気を燃焼させることができ、燃焼効率の高い燃焼を行うことが可能になる。 In the region H 2, fuel is injected once during an intake stroke. Specifically, in regions H 2, along with the injection time of the fuel as the engine load becomes higher becomes longer, the fuel injection timing is adjusted so as to approach just before (IVC) beginning of the compression stroke. Thus, in the region H 2, by injecting fuel during the intake stroke, until the air-fuel mixture starts combustion, it is possible to secure the time until the mixed air and fuel. As a result, the air-fuel mixture homogenized in the cylinder can be combusted, and combustion with high combustion efficiency can be performed.
領域H3では、圧縮行程中の燃焼開始前までに少なくとも2回以上(図4では2回)燃料が噴射される。具体的に領域H3では、エンジン負荷が高くなるにつれて、燃料の噴射タイミングが遅らされる。領域H3では、複数回に分けて燃料を噴射することで混合気にムラができる。この結果、成層燃焼を行うことができ、燃焼を緩慢化させることができる。よって、比較的エンジン負荷が高い領域H3においても、HCCI運転が可能となり、更なる燃費の向上が実現される。また、混合気が成層燃焼されることで、混合気を全体的に効率よく燃焼させることができ、排ガス性能の低下を防止することもできる。 In the region H 3, at least twice and before start of combustion during the compression stroke (FIG. 4, 2 times) the fuel is injected. Specifically, in the region H 3, as the engine load increases, the fuel injection timing is delayed. In the region H 3, it is uneven mixture by injecting fuel a plurality of times. As a result, stratified combustion can be performed and combustion can be slowed down. Therefore, relatively the engine load even at high region H 3, it is possible to HCCI operation, further improvement in fuel efficiency is achieved. In addition, by stratified combustion of the air-fuel mixture, the air-fuel mixture can be combusted as a whole efficiently, and deterioration of exhaust gas performance can be prevented.
領域Sでは、IVCのタイミングの前後において、領域Hに比べて比較的長い期間で燃料噴射が実施される。また、エンジン負荷が高くなるにつれてIVCのタイミングが徐々に早まるのに合わせ、燃料噴射のタイミングが徐々に早められる。領域Sでは、燃料噴射の後に点火装置(不図示)による点火が行われる。 In the region S, fuel injection is performed in a relatively longer period than in the region H before and after the IVC timing. Further, the timing of fuel injection is gradually advanced as the IVC timing is gradually advanced as the engine load increases. In the region S, ignition is performed by an ignition device (not shown) after fuel injection.
上記のように、本実施の形態では、エンジン負荷に応じて燃料の噴射タイミングや噴射回数を調整することにより、エンジンの状態に応じて燃焼方式(領域H1〜H3、領域Hから領域S)を切替えることが可能になっている。 As described above, in the present embodiment, by adjusting the fuel injection timing and the number of injections according to the engine load, the combustion system (regions H 1 to H 3 , region H to region S is adjusted according to the state of the engine. ) Can be switched.
特に、予混合圧縮着火から火花点火に切替わる際、すなわち、領域H(領域H3)から領域Sに移行する際には、負のバルブオーバラップ期間TNをゼロにすると共に、点火装置による火花点火を開始する。このように、負のバルブオーバラップ期間TNを無くすことで、エンジン負荷を高めることなく急激なトルク変動を防止することができ、予混合圧縮着火から火花点火へスムーズに切替えることが可能になる。 In particular, when switching from premixed compression ignition to spark ignition, that is, when shifting from the region H (region H 3 ) to the region S, the negative valve overlap period TN is set to zero and the ignition device is used. Start spark ignition. Thus, by eliminating the negative valve overlap period TN , it is possible to prevent sudden torque fluctuations without increasing the engine load, and it is possible to smoothly switch from premixed compression ignition to spark ignition. .
また、領域H1から領域Sに移行する場合には、直接領域Sに移行するのではなく、領域H2、H3を経由してから領域Sに移行することが好ましい。同様に、領域H2から領域Sに移行する場合には、直接領域Sに移行するのではなく、領域H3を経由してから領域Sに移行することが好ましい。これらの場合には、エンジン負荷が段階的に大きくなると共に、負のバルブオーバラップ期間TNが段階的に短くなる。このため、上記と同様に、急激なトルク変動を防止することができ、予混合圧縮着火から火花点火へスムーズに切替えることが可能になる。 Also, when moving from the region H 1 in the region S, instead of the flow directly goes to area S, it is preferable that the transition from through the region H2, H3 in the area S. Similarly, when moving from the region H 2 in the region S, instead of the flow directly goes to area S, it is preferable that the transition from through the region H3 to the area S. In these cases, the engine load increases stepwise, and the negative valve overlap period TN decreases stepwise. For this reason, similar to the above, rapid torque fluctuation can be prevented, and it is possible to smoothly switch from premixed compression ignition to spark ignition.
次に、図5から図7を参照して、本実施の形態に係るエンジンの制御フローについて説明する。図5から図7は、本実施の形態に係るエンジンの制御フローを示す図である。具体的に、図5は火花点火か予混合圧縮着火かを選択するまでの制御フローを示し、図6は予混合圧縮着火の場合の制御フローを示し、図7は火花点火の場合の制御フローを示している。なお、以下に示す制御フローでは、特に明示が無い限り、動作(判定)の主体はECUとする。 Next, an engine control flow according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7 are diagrams showing a control flow of the engine according to the present embodiment. Specifically, FIG. 5 shows a control flow until selecting spark ignition or premixed compression ignition, FIG. 6 shows a control flow in the case of premixed compression ignition, and FIG. 7 shows a control flow in the case of spark ignition. Is shown. In the control flow shown below, unless otherwise specified, the operation (determination) subject is the ECU.
図5に示すように、制御が開始されると、先ず、要求エンジン負荷及びエンジン回転数が算出される(ステップST101)。エンジン1(図1参照)では、アクセル開度に応じて筒内に供給される吸入空気の量が調整され、筒内圧力が変化すると共に、エンジン回転数も変化する。この場合、アクセル開度から要求エンジン負荷が算出され、クランクセンサ(不図示)の出力値からエンジン回転数が算出される。 As shown in FIG. 5, when the control is started, first, the required engine load and the engine speed are calculated (step ST101). In the engine 1 (see FIG. 1), the amount of intake air supplied into the cylinder is adjusted according to the accelerator opening, and the in-cylinder pressure changes and the engine speed also changes. In this case, the required engine load is calculated from the accelerator opening, and the engine speed is calculated from the output value of a crank sensor (not shown).
次に、エンジン水温が測定され(ステップST102)、燃焼マップが読み込まれる(ステップST103)。そして、エンジン水温が閾値以上であるか、且つエンジン1の状態がHCCI領域(領域H:図2参照)に属しているか否かが判定される(ステップST104)。 Next, the engine water temperature is measured (step ST102), and the combustion map is read (step ST103). Then, it is determined whether the engine water temperature is equal to or higher than the threshold and whether the state of the engine 1 belongs to the HCCI region (region H: see FIG. 2) (step ST104).
エンジン水温が閾値以上であり、エンジン1の状態が領域Hに属している場合(ステップST104:YES)、図6に示すように、第1HCCI領域(領域H1:図2参照)に属しているか否かが判定される(ステップST201)。領域H1に属している場合(ステップST201:YES)、負のバルブオーバラップ期間TNで燃料を噴射した後、吸気行程でもう一度燃料が噴射されて(ステップST202)、制御が終了する。 If the engine water temperature is equal to or higher than the threshold value and the state of the engine 1 belongs to the region H (step ST104: YES), as shown in FIG. 6, does it belong to the first HCCI region (region H 1 : see FIG. 2)? It is determined whether or not (step ST201). If you belong to the region H 1 (step ST201: YES), after injecting the fuel with a negative valve overlap period T N, are again fuel in the intake stroke is injected (step ST 202), the control is ended.
領域H1に属していない場合(ステップST201:NO)、第2HCCI領域(領域H2:図2参照)に属しているか否かが判定される(ステップST203)。領域H2に属している場合(ステップST203:YES)、吸気行程で燃料が噴射されて(ステップST204)、制御が終了する。 If it does not belong to the area H 1 (step ST 201: NO), the 2HCCI region: whether belongs to (region H 2 see FIG. 2) is determined (step ST 203). If you belong to the region H 2 (step ST203: YES), the fuel in the intake stroke is injected (step ST 204), the control is ended.
領域H2に属していない場合(ステップST203:NO)、第3HCCI領域(領域H3:図2参照)に属していると判定され、圧縮行程中の燃焼開始までに少なくとも2回燃料が噴射される(ステップST205)。そして、最後の燃料噴射が混合気の燃焼開始前までに終了したか否かが判定される(ステップST206)。 If it does not belong to the region H 2 (step ST 203: NO), the 3HCCI area: is determined to belong to (region H 3 see Figure 2), at least two times fuel is injected before the start of combustion during the compression stroke (Step ST205). Then, it is determined whether or not the last fuel injection has been completed before the start of combustion of the air-fuel mixture (step ST206).
最後の燃料噴射が混合気の燃焼開始前までに終了した場合(ステップST206:YES)、制御は終了する。一方、最後の燃料噴射が混合気の燃焼開始前までに終了しない場合(ステップST206:NO)、次サイクルの燃料噴射のタイミングを進角するフラグが立てられ(ステップST207)、制御が終了する。 When the last fuel injection is finished before the start of combustion of the air-fuel mixture (step ST206: YES), the control is finished. On the other hand, when the last fuel injection is not completed before the start of combustion of the air-fuel mixture (step ST206: NO), a flag for advancing the fuel injection timing of the next cycle is set (step ST207), and the control ends.
また、ステップST104において、エンジン水温が閾値より小さい、又はエンジン1の状態が領域Hに属していない場合(ステップST104:NO)、図7に示すように、触媒装置22(図1参照)又は過給機17(タービン17a:図1参照)の温度が閾値以下であるかどうかが判定される(ステップST301)。なお、触媒装置22、又はタービン17aの温度は図示しない温度計によって測定される。触媒装置22、タービン17aの温度は、ECU26に記憶させたマップデータからエンジン1の駆動状態(燃料噴射量等)に基づいて求めてもよい。
In step ST104, when the engine water temperature is lower than the threshold value or the state of the engine 1 does not belong to the region H (step ST104: NO), as shown in FIG. 7, as shown in FIG. It is determined whether or not the temperature of the feeder 17 (
触媒装置22又はタービン17aの温度が閾値以下である場合(ステップST301:YES)、排気ガス中のNOx濃度が閾値以下であるか、且つエンジン1の状態がリーンSI領域(領域SL:図2参照)に属しているか否かが判定される(ステップST302)。
When the temperature of the
なお、排気ガス中のNOx濃度(NOx排出量)は、エンジン1の下流に設けたNOxセンサ(不図示)を用いて検出することができる。また、エンジン1の駆動条件に基づいて予めNOx排出量を求めてマップデータとしてECU26に記憶させ、そのマップデータを参照するように構成してもよい。
Note that the NOx concentration (NOx emission amount) in the exhaust gas can be detected by using a NOx sensor (not shown) provided downstream of the engine 1. Further, the NOx emission amount may be obtained in advance based on the driving condition of the engine 1 and stored in the
排気ガス中のNOx濃度が閾値以下であり、エンジン1の状態が領域SLに属している場合(ステップST302:YES)、リーンSI領域の条件で、理論空燃比より薄い濃度の混合気を燃焼するように燃料噴射及び点火制御が実施され(ステップST303)、制御が終了する。 NOx concentration in the exhaust gas is equal to or less than the threshold value, if the state of the engine 1 belongs to the area S L (step ST 302: YES), the condition of the lean SI region, combust a mixture of thinner than the stoichiometric air-fuel ratio Concentration Thus, the fuel injection and ignition control is performed (step ST303), and the control ends.
排気ガス中のNOx濃度が閾値より大きい、又はエンジン1の状態が領域SLに属していない場合(ステップST302:NO)、エンジン1の状態がストイキSI領域(領域SS:図2参照)に属していると判定される。この場合、ストイキSI領域の条件で、理論空燃比の混合気を燃焼するように燃料噴射及び点火制御が実施され(ステップST304)、制御が終了する。 Greater than the NOx concentration in the exhaust gas threshold, or if the state of the engine 1 does not belong to the area S L (step ST 302: NO), the state of the engine 1 stoichiometric SI region: (a region S S see Figure 2) It is determined that it belongs. In this case, fuel injection and ignition control are performed so that the stoichiometric air-fuel ratio mixture is burned under the stoichiometric SI region conditions (step ST304), and the control ends.
また、ステップST301において、触媒装置22又はタービン17aの温度が閾値より大きい場合(ステップST301:NO)、エンジン負荷が大きいとして、エンジン1の状態がリッチSI領域(領域SR:図2参照)に属していると判定される。この場合、リッチSI領域の条件で、理論空燃比より濃い濃度で混合気を燃焼するように燃料噴射及び点火制御が実施され(ステップST305)、制御が終了する。
In step ST301, if the temperature of the
以上のように、本実施の形態によれば、負のバルブオーバラップ期間TNに燃料が噴射されることで、燃焼前の筒内温度を上昇させることができる。よって、混合気の自己着火に必要な温度を確保することができ、失火させることなく、適切に混合気を自己着火させることが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the in-cylinder temperature before combustion can be increased by injecting fuel during the negative valve overlap period TN . Therefore, the temperature necessary for the self-ignition of the air-fuel mixture can be secured, and the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited without causing misfire.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
また、上記した実施の形態においては、領域H3で、圧縮行程中の燃焼開始前までに2回燃料を噴射する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、圧縮行程中の燃焼開始前までに3回以上燃料を噴射してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the region H 3, it is configured to inject the two fuel before combustion starts during the compression stroke is not limited to this configuration. For example, the fuel may be injected three or more times before the start of combustion during the compression stroke.
また、上記した実施の形態においては、筒内圧力を筒内圧センサ12で検出する構成としたが、この構成に限定されない。筒内圧力の上昇量や筒内圧力を、エンジン1の駆動状態から算出するように構成してもよい。例えば、筒内圧力の上昇量を、時間やクランク角に対する筒内圧力の変化量として算出することが考えられる。
In the above-described embodiment, the in-cylinder pressure is detected by the in-
また、上記した実施の形態において、領域Hでは点火装置を用いないとしたが、この構成に限定されない。例えば、エンジン負荷が比較的小さい領域H1においては、点火装置による点火アシストを行ってもよい。 In the above-described embodiment, the ignition device is not used in the region H. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, in the engine load is relatively small area H 1, may be carried out ignition assist by the ignition device.
また、上記した実施の形態において、領域H2、H3及び領域Sでは、過給機17による過給及びEGRの導入を行うことが可能である。図8は、本実施の形態に係るエンジンにおいて、エンジン負荷に対する過給圧及びEGR弁開度を示す図である。図8Aはエンジン負荷に対する過給圧を示し、図8Bはエンジン負荷に対するEGR弁開度を示している。図8においては横軸がエンジン負荷を示し、図8Aの縦軸が過給圧を示し、図8Bの縦軸がEGR弁開度を示している。 In the above-described embodiment, in the regions H 2 , H 3 and the region S, it is possible to perform supercharging by the supercharger 17 and introduction of EGR. FIG. 8 is a diagram showing the supercharging pressure and the EGR valve opening with respect to the engine load in the engine according to the present embodiment. FIG. 8A shows the supercharging pressure with respect to the engine load, and FIG. 8B shows the EGR valve opening degree with respect to the engine load. In FIG. 8, the horizontal axis represents the engine load, the vertical axis in FIG. 8A represents the supercharging pressure, and the vertical axis in FIG. 8B represents the EGR valve opening.
図8Aに示すように、過給圧は、領域H1においては比較的低く、領域H2から領域H3に至るにつれて高くなっている。また、領域Sでは過給圧が高い状態で維持されている。図8Bに示すように、EGR弁開度は、領域H1においては比較的小さく、領域H2から領域H3に至るにつれて大きくなっている。また、領域Sではエンジン負荷が大きくなるにつれてEGR弁開度が小さくなっている。この場合、特に領域H3では、圧縮行程中の複数回噴射による混合気の燃焼緩慢化に加え、過給機17による過給及びEGRの導入により、更なる混合気の燃焼緩慢化を図ることが可能である。 As shown in FIG. 8A, boost pressure is relatively low in the region H 1, is higher as the distance from the region H 2 in the region H 3. In the region S, the supercharging pressure is maintained at a high level. As shown in FIG. 8B, EGR valve opening is relatively small in area H 1, is larger as the distance from the region H 2 in the region H 3. In the region S, the EGR valve opening is reduced as the engine load increases. In this case, particularly in the region H 3 , in addition to slowing the combustion of the air-fuel mixture by multiple injections during the compression stroke, supercharging by the supercharger 17 and introduction of EGR will further slow down the combustion of the air-fuel mixture. Is possible.
以上説明したように、本発明は、筒内温度を低下させることなく、混合気を適切に自己着火させることができるという効果を有し、特に、予混合圧縮着火式のエンジン及びこれを備えた車両に有用である。 As described above, the present invention has the effect that the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited without lowering the in-cylinder temperature. In particular, the present invention includes a premixed compression ignition type engine and the same. Useful for vehicles.
1 エンジン
11 燃料噴射装置
26 ECU
H HCCI領域(予混合圧縮着火領域)
H1 第1HCCI領域(第1の予混合圧縮着火領域)
H2 第2HCCI領域(第2の予混合圧縮着火領域)
H3 第3HCCI領域(第3の予混合圧縮着火領域)
S SI領域(火花点火領域)
SS ストイキSI領域
SL リーンSI領域
SR リッチSI領域
TN 負のバルブオーバラップ期間
TP 正のバルブオーバラップ期間
1
H HCCI region (premixed compression ignition region)
H 1 first HCCI region (first premixed compression ignition region)
H2 second HCCI region (second premixed compression ignition region)
H 3 3rd HCCI region (third premixed compression ignition region)
S SI area (spark ignition area)
S S stoichiometric SI region S L lean SI range S R-rich SI region T N negative valve overlap period T P positive valve overlap period
Claims (6)
所定のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予混合圧縮着火が可能な予混合圧縮着火領域において、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉じた負のバルブオーバラップ期間に燃料を噴射することを特徴とするエンジン。 A premixed compression ignition type engine that includes a fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder, compresses the mixture of air and fuel in the cylinder, and self-ignites.
In a premixed compression ignition region where premixed compression ignition is possible based on a predetermined engine speed and engine load, fuel is injected during a negative valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed engine.
前記第2の予混合圧縮着火領域において、吸気行程時に燃料を噴射することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 The premixed compression ignition region includes a first premixed compression ignition region and a second premixed compression ignition region capable of premixed compression ignition in a region having a higher load than the first premixed compression ignition region. Have
The engine according to claim 1, wherein fuel is injected during an intake stroke in the second premixed compression ignition region.
前記第3の予混合圧縮着火領域において、圧縮行程中の燃焼開始前までに少なくとも2回以上燃料を噴射することを特徴とする請求項2に記載のエンジン。 The premixed compression ignition region further includes a third premixed compression ignition region capable of premixed compression ignition in a region having a higher load than the second premixed compression ignition region,
3. The engine according to claim 2, wherein in the third premixed compression ignition region, fuel is injected at least twice before the start of combustion during the compression stroke.
予混合圧縮着火から火花点火に切替える際に、負のバルブオーバラップ期間をゼロにすると共に、前記点火装置による火花点火を開始することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のエンジン。 It is configured to be able to switch between spark ignition of the air-fuel mixture using the spark of the ignition device and premixed compression ignition,
4. When switching from premix compression ignition to spark ignition, the negative valve overlap period is made zero and spark ignition by the ignition device is started. 5. Engine.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003201876A (en) * | 2002-01-09 | 2003-07-18 | Nissan Motor Co Ltd | Compressed self-ignition internal combustion engine |
JP2003293817A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Mazda Motor Corp | Control device for engine |
US20080283006A1 (en) * | 2006-11-16 | 2008-11-20 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Low-load operation extension of a homogeneous charge compression ignition engine |
JP2010196497A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Control device of compression self-ignition type internal combustion engine |
JP2012241589A (en) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Mazda Motor Corp | Gasoline engine |
-
2016
- 2016-02-26 JP JP2016035002A patent/JP6658084B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003201876A (en) * | 2002-01-09 | 2003-07-18 | Nissan Motor Co Ltd | Compressed self-ignition internal combustion engine |
JP2003293817A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Mazda Motor Corp | Control device for engine |
US20080283006A1 (en) * | 2006-11-16 | 2008-11-20 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Low-load operation extension of a homogeneous charge compression ignition engine |
JP2010196497A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Control device of compression self-ignition type internal combustion engine |
JP2012241589A (en) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Mazda Motor Corp | Gasoline engine |
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