JP2018025120A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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史嗣 都留
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PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration of fuel economy during warming-up.SOLUTION: A control device 200 for an internal combustion engine 100 performs flame propagation combustion of a premixed air-fuel mixture when a temperature of an engine body 1 is lower than a switching temperature that is lower than a warming-up completion temperature, and performs compression self-ignition combustion of the premixed air-fuel mixture when the temperature is equal to or higher than the switching temperature. The control device 200 controls an opening of a throttle valve 36 to a prescribed opening, and determines whether predicted self-ignition timing of the premixed air-fuel mixture when opening/closing timing of an exhaust valve 60 is controlled to prescribed opening/closing timing that enables prescribed amount of exhaust gas to be present in a combustion chamber 11 at intake valve closing timing is delayed compared to target self-ignition timing. In the case where the temperature of the engine body 1 is the switching temperature or the higher and is lower than the warming-up completion temperature, if determining that the predicted self-ignition timing is delayed compared to the target self-ignition timing, the control device controls the opening of the throttle valve 36 to an opening smaller than the prescribed opening, and controls the opening/closing timing of the exhaust valve to the prescribed opening/closing timing. When the temperature of the engine body 1 is the warming-up completion temperature or higher, the control device controls the opening of the throttle valve 36 to the prescribed opening.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

特許文献1には、従来の内燃機関の制御装置として、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うことが可能な運転領域において、暖機完了前は予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体の運転を行い、暖機完了後から予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うように構成されたものが開示されている。   In Patent Literature 1, as a control device for a conventional internal combustion engine, in an operation region where the premixed gas is subjected to compression auto-ignition combustion and the operation of the engine body can be performed, the premixed gas is propagated to flame before warm-up is completed. The engine body is operated by burning, and the engine body is operated by performing compression auto-ignition combustion of the premixed gas after the completion of warm-up.

特開2014−185623号公報JP 2014-185623 A

予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体の運転を行った場合は、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行った場合と比較して熱効率が低下するため、燃費が悪化する。そのため、前述した従来の内燃機関の制御装置のように、暖機完了後から予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行うようにすると、暖機中の燃費が悪化するという問題点がある。   When the engine body is operated by flame propagation combustion of the premixed gas, the fuel efficiency deteriorates because the thermal efficiency is lower than when the engine body is operated by compression autoignition combustion of the premixed gas. To do. Therefore, when the engine body is operated by compressing and igniting combustion of the premixed gas after the completion of warm-up as in the conventional control device for an internal combustion engine described above, the fuel consumption during warm-up deteriorates. There is a point.

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃焼形態を火炎伝播燃焼又は予混合圧縮自着火燃焼に選択的に切り替えて機関本体の運転を行う内燃機関の暖機中における燃費の悪化を抑制することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such problems, and during the warm-up of an internal combustion engine that selectively switches the combustion mode to flame propagation combustion or premixed compression self-ignition combustion and operates the engine body. The purpose is to suppress the deterioration of fuel consumption.

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、燃焼室内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁と、機関本体に設けられた排気弁の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置と、機関本体の温度を検出するための温度検出器と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域内にあるときに、機関本体の温度に基づいて、燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、自着火運転領域において、スロットル弁の開度を所定開度に制御し、かつ、排気弁の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が燃焼室に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、少なくともスロットル弁及び排気動弁装置を制御する吸気制御部と、を備える。燃焼制御部は、機関本体の温度が所定の暖機完了温度よりも低い所定の切替温度未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、切替温度以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成される。吸気制御部は、機関本体の温度が切替温度以上であって暖機完了温度未満の場合に、予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときはスロットル弁の開度を所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、排気弁の開閉時期を所定開閉時期に制御し、機関本体の温度が暖機完了温度以上の場合はスロットル弁の開度を前記所定開度に制御するように構成される。   In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, an engine body, a fuel supply device configured to be able to supply fuel to the combustion chamber of the engine body, and the combustion chamber face the combustion chamber. An ignition plug arranged, a throttle valve for adjusting the amount of air taken into the combustion chamber, an exhaust valve device configured to be able to change the opening and closing timing of an exhaust valve provided in the engine body, and the engine body An internal combustion engine control device for controlling the internal combustion engine comprising a temperature detector for detecting the temperature of the engine, wherein the engine operating state determined by the engine speed and the engine load compresses the premixed air in the combustion chamber. A combustion control unit for controlling the fuel supply device and controlling the ignition plug as necessary to burn the premixed gas based on the temperature of the engine body when in the self-ignition operation region for ignition and combustion; Ignition operation Pre-mixed gas when the throttle valve opening is controlled to a predetermined opening and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to a predetermined opening / closing timing when a predetermined amount of exhaust exists in the combustion chamber. A determination unit that determines whether the expected self-ignition timing is retarded from the target self-ignition timing, and an intake control unit that controls at least the throttle valve and the exhaust valve operating device based on the determination result of the determination unit . The combustion control unit causes the premixed gas to undergo flame propagation combustion when the temperature of the engine body is lower than a predetermined switching temperature lower than a predetermined warm-up completion temperature, and causes the premixed gas to undergo compression self-ignition combustion when the temperature is equal to or higher than the switching temperature. Configured. When it is determined that the expected auto-ignition timing is retarded from the target auto-ignition timing when the temperature of the engine body is equal to or higher than the switching temperature and lower than the warm-up completion temperature, the intake control unit adjusts the throttle valve opening. The exhaust valve is controlled to an opening smaller than the predetermined opening, and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to a predetermined opening / closing timing. Configured to control.

本発明のこの態様によれば、燃焼形態を火炎伝播燃焼又は予混合圧縮自着火燃焼に選択的に切り替えて機関本体の運転を行う内燃機関の暖機中における燃費の悪化を抑制することができる。   According to this aspect of the present invention, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption during warm-up of an internal combustion engine that selectively operates the combustion mode to flame propagation combustion or premixed compression self-ignition combustion and operates the engine body. .

図1は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine and an electronic control unit that controls the internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the engine body of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態による吸気動弁装置の概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of an intake valve operating device according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態による可変吸気位相機構の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a variable intake phase mechanism according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態による排気動弁装置の概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of an exhaust valve operating apparatus according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施形態によるリフト特性切替機構の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a lift characteristic switching mechanism according to an embodiment of the present invention. 図7は、機関本体の運転領域を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an operation region of the engine body. 図8Aは、SIモード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。FIG. 8A is a diagram illustrating an example of opening operation of the intake valve and the exhaust valve during the SI mode. 図8Bは、通常CIモード及び冷間CIモード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。FIG. 8B is a diagram illustrating an example of the opening operation of the intake valve and the exhaust valve during the normal CI mode and the cold CI mode. 図9は、吸気行程中に排気弁が開弁する時期を、吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合における内部EGRガス量と圧縮端温度とをそれぞれ比較して示した図である。FIG. 9 is a diagram comparing the internal EGR gas amount and the compression end temperature when the timing at which the exhaust valve opens during the intake stroke is controlled in the initial, middle, and late stages of the intake stroke. . 図10は、可変排気位相機構によって排気位相を基準位相から進角又は遅角させて、吸気行程中に排気弁が開弁する時期を、吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合の例を示した図である。FIG. 10 shows a case where the exhaust phase is advanced or retarded from the reference phase by the variable exhaust phase mechanism, and the timing at which the exhaust valve opens during the intake stroke is controlled in the initial, middle, and late stages of the intake stroke. It is the figure which showed the example. 図11は、本発明の一実施形態による運転モード切替制御について説明するフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation mode switching control according to the embodiment of the present invention. 図12は、運転モードが通常CIモードに設定されたときに実施される本発明の一実施形態による吸気制御について説明するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating the intake control according to the embodiment of the present invention that is performed when the operation mode is set to the normal CI mode. 図13は、運転モードが冷間CIモードに設定されたときに実施される本発明の一実施形態による吸気制御について説明するフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart for describing intake control according to an embodiment of the present invention that is performed when the operation mode is set to the cold CI mode. 図14は、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標スロットル開度を設定するためのテーブルである。FIG. 14 is a table for setting the target throttle opening based on the absolute value of the temperature difference ΔT2. 図15は、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標排気位相を設定するためのテーブルである。FIG. 15 is a table for setting the target exhaust phase based on the absolute value of the temperature difference ΔT2. 図16は、本発明の一実施形態による吸気制御の動作について説明するタイムチャートである。FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of intake control according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図1は、本発明の一実施形態による内燃機関100及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。図2は、内燃機関100の機関本体1の断面図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 100 and an electronic control unit 200 that controls the internal combustion engine 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the engine body 1 of the internal combustion engine 100.

内燃機関100は、複数の気筒10を備える機関本体1と、燃料供給装置2と、吸気装置3と、排気装置4と、吸気動弁装置5と、排気動弁装置6と、を備える。   The internal combustion engine 100 includes an engine body 1 having a plurality of cylinders 10, a fuel supply device 2, an intake device 3, an exhaust device 4, an intake valve device 5, and an exhaust valve device 6.

機関本体1は、各気筒10に形成される燃焼室11内(図2参照)で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体1には、気筒毎に1つの点火プラグ16が、各気筒10の燃焼室11に臨むように設けられる。また機関本体1には、気筒毎に一対の吸気弁50と一対の排気弁60とが設けられる。図2に示すように、各気筒10の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒10の内部を往復運動するピストン12が収められる。ピストン12は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン12の往復運動が回転運動に変換される。   The engine body 1 burns fuel in a combustion chamber 11 (see FIG. 2) formed in each cylinder 10 to generate power for driving a vehicle, for example. The engine body 1 is provided with one spark plug 16 for each cylinder so as to face the combustion chamber 11 of each cylinder 10. The engine body 1 is provided with a pair of intake valves 50 and a pair of exhaust valves 60 for each cylinder. As shown in FIG. 2, pistons 12 that reciprocate within the cylinders 10 are received inside the cylinders 10 by receiving combustion pressure. The piston 12 is connected to a crankshaft via a connecting rod, and the reciprocating motion of the piston 12 is converted into rotational motion by the crankshaft.

燃料供給装置2は、電子制御式の燃料噴射弁20と、デリバリパイプ21と、サプライポンプ22と、燃料タンク23と、圧送パイプ24と、を備える。   The fuel supply device 2 includes an electronically controlled fuel injection valve 20, a delivery pipe 21, a supply pump 22, a fuel tank 23, and a pressure feed pipe 24.

燃料噴射弁20は、燃焼室11の中央頂部に配置され、各気筒10の燃焼室11に臨むように各気筒10に1つ設けられる。図2に示すように本実施形態では、点火プラグ16の電極部16aが、燃料噴射弁20の燃料噴射領域R内又は燃料噴射領域Rの近傍に位置するように、点火プラグ16に隣接して燃料噴射弁20が配置される。燃料噴射弁20の開弁時間(噴射量)及び開弁時期(噴射時期)は電子制御ユニット200からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁20が開弁されると燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接燃料が噴射される。   The fuel injection valve 20 is disposed at the center top of the combustion chamber 11, and one fuel injection valve 20 is provided in each cylinder 10 so as to face the combustion chamber 11 of each cylinder 10. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the electrode portion 16 a of the spark plug 16 is adjacent to the spark plug 16 so as to be located in the fuel injection region R of the fuel injection valve 20 or in the vicinity of the fuel injection region R. A fuel injection valve 20 is arranged. The valve opening time (injection amount) and valve opening timing (injection timing) of the fuel injection valve 20 are changed by a control signal from the electronic control unit 200. When the fuel injection valve 20 is opened, the fuel injection valve 20 changes to the combustion chamber. The fuel is directly injected into 11.

デリバリパイプ21は、圧送パイプ24を介して燃料タンク23に接続される。圧送パイプ24の途中には、燃料タンク23に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ21に供給するためのサプライポンプ22が設けられる。デリバリパイプ21は、サプライポンプ22から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁20が開弁されると、デリバリパイプ21に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁20から燃焼室11内に直接噴射される。デリバリパイプ21には、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20から気筒内に噴射される燃料の圧力(噴射圧)を検出するための燃圧センサ211が設けられる。   The delivery pipe 21 is connected to the fuel tank 23 via a pressure feed pipe 24. A supply pump 22 for pressurizing the fuel stored in the fuel tank 23 and supplying it to the delivery pipe 21 is provided in the middle of the pressure feeding pipe 24. The delivery pipe 21 temporarily stores the high-pressure fuel pumped from the supply pump 22. When the fuel injection valve 20 is opened, the high-pressure fuel stored in the delivery pipe 21 is directly injected into the combustion chamber 11 from the fuel injection valve 20. The delivery pipe 21 is provided with a fuel pressure sensor 211 for detecting the fuel pressure in the delivery pipe 21, that is, the pressure (injection pressure) of the fuel injected from the fuel injection valve 20 into the cylinder.

サプライポンプ22は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ22の吐出量は、電子制御ユニット200からの制御信号によって変更される。サプライポンプ22の吐出量を制御することで、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20の噴射圧が制御される。   The supply pump 22 is configured to be able to change the discharge amount, and the discharge amount of the supply pump 22 is changed by a control signal from the electronic control unit 200. By controlling the discharge amount of the supply pump 22, the fuel pressure in the delivery pipe 21, that is, the injection pressure of the fuel injection valve 20 is controlled.

吸気装置3は、燃焼室11内に吸気を導くための装置であって、燃焼室11内に吸入される吸気の状態(吸気圧、吸気温、外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス量)を変更することができるように構成されている。吸気装置3は、吸気通路30と、吸気マニホールド31と、EGR通路32と、を備える。   The intake device 3 is a device for introducing intake air into the combustion chamber 11 and changes the state of intake air (intake pressure, intake air temperature, external EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas amount) sucked into the combustion chamber 11. It is configured to be able to. The intake device 3 includes an intake passage 30, an intake manifold 31, and an EGR passage 32.

吸気通路30は、一端がエアクリーナ34に接続され、他端が吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aに接続される。吸気通路30には、上流から順にエアフローメータ212、排気ターボチャージャ7のコンプレッサ71、インタクーラ35及びスロットル弁36が設けられる。   One end of the intake passage 30 is connected to the air cleaner 34, and the other end is connected to the intake collector 31 a of the intake manifold 31. In the intake passage 30, an air flow meter 212, a compressor 71 of the exhaust turbocharger 7, an intercooler 35, and a throttle valve 36 are provided in order from the upstream.

エアフローメータ212は、吸気通路30内を流れて最終的に各気筒10内に吸入される空気の流量(以下「実吸入空気量」という。)を検出する。   The air flow meter 212 detects the flow rate of air that flows through the intake passage 30 and is finally sucked into each cylinder 10 (hereinafter referred to as “actual intake air amount”).

コンプレッサ71は、コンプレッサハウジング71aと、コンプレッサハウジング71a内に配置されたコンプレッサホイール71bと、を備える。コンプレッサホイール71bは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ7のタービンホイール72bによって回転駆動され、コンプレッサハウジング71a内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。   The compressor 71 includes a compressor housing 71a and a compressor wheel 71b disposed in the compressor housing 71a. The compressor wheel 71b is rotationally driven by the turbine wheel 72b of the exhaust turbocharger 7 mounted on the same axis, and compresses and discharges the intake air flowing into the compressor housing 71a.

インタクーラ35は、コンプレッサ71によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。   The intercooler 35 is a heat exchanger for cooling the intake air that has been compressed by the compressor 71 to a high temperature with, for example, traveling wind or cooling water.

スロットル弁36は、吸気通路30の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド31に導入される空気の流量を調整する。スロットル弁36は、スロットルアクチュエータ36aによって開閉駆動され、スロットルセンサ213によってその開度(スロットル開度)が検出される。   The throttle valve 36 adjusts the flow rate of air introduced into the intake manifold 31 by changing the cross-sectional area of the intake passage 30. The throttle valve 36 is driven to open and close by a throttle actuator 36a, and its opening (throttle opening) is detected by a throttle sensor 213.

吸気マニホールド31は、機関本体1に形成された吸気ポート14(図2参照)に接続されており、吸気通路30から流入してきた吸気を、吸気ポート14を介して各気筒10に均等に分配する。吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aには、筒内に吸入される吸気の圧力(吸気圧)を検出するための吸気圧センサ214と、筒内に吸入される吸気の温度(吸気温)を検出するための吸気温センサ215と、が設けられる。   The intake manifold 31 is connected to an intake port 14 (see FIG. 2) formed in the engine body 1, and distributes the intake air flowing in from the intake passage 30 to each cylinder 10 evenly through the intake port 14. . An intake collector 31a of the intake manifold 31 detects an intake pressure sensor 214 for detecting the pressure of intake air (intake pressure) sucked into the cylinder and a temperature of intake air (intake air temperature) sucked into the cylinder. An intake air temperature sensor 215 is provided.

EGR通路32は、排気マニホールド41と吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aを連通し、各気筒10から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ31aに戻すための通路である。以下、EGR通路32に流入した排気のことを「外部EGRガス」という。外部EGRガスを吸気コレクタ31a、ひいては各気筒10に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物(NOx)の排出を抑えることができる。EGR通路32には、上流から順にEGRクーラ37と、EGR弁38と、が設けられる。   The EGR passage 32 communicates the exhaust manifold 41 and the intake collector 31a of the intake manifold 31, and is a passage for returning a part of the exhaust discharged from each cylinder 10 to the intake collector 31a by a pressure difference. Hereinafter, the exhaust gas flowing into the EGR passage 32 is referred to as “external EGR gas”. By recirculating the external EGR gas to the intake collector 31a and thus to each cylinder 10, it is possible to reduce the combustion temperature and suppress the emission of nitrogen oxides (NOx). The EGR passage 32 is provided with an EGR cooler 37 and an EGR valve 38 in order from the upstream.

EGRクーラ37は、外部EGRガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。   The EGR cooler 37 is a heat exchanger for cooling the external EGR gas with, for example, traveling wind or cooling water.

EGR弁38は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット200によって制御される。EGR弁38の開度を制御することで、吸気コレクタ31aに還流させる外部EGRガスの流量が調節される。   The EGR valve 38 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200 according to the engine operating state. By controlling the opening degree of the EGR valve 38, the flow rate of the external EGR gas to be recirculated to the intake collector 31a is adjusted.

排気装置4は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド41と、排気通路42と、排気後処理装置43と、を備える。   The exhaust device 4 is a device for exhausting exhaust from the cylinder, and includes an exhaust manifold 41, an exhaust passage 42, and an exhaust post-treatment device 43.

排気マニホールド41は、機関本体1に形成された排気ポート15に接続されており、各気筒10から排出された排気を纏めて排気通路42に導入する。   The exhaust manifold 41 is connected to an exhaust port 15 formed in the engine body 1, and exhausts exhausted from the cylinders 10 are collectively introduced into the exhaust passage 42.

排気通路42には、上流から順に排気ターボチャージャ7のタービン72と、排気後処理装置43と、が設けられる。   The exhaust passage 42 is provided with a turbine 72 of the exhaust turbocharger 7 and an exhaust aftertreatment device 43 in order from the upstream.

タービン72は、タービンハウジング72aと、タービンハウジング72a内に配置されたタービンホイール72bと、を備える。タービンホイール72bは、タービンハウジング72a内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール71bを駆動する。   The turbine 72 includes a turbine housing 72a and a turbine wheel 72b disposed in the turbine housing 72a. The turbine wheel 72b is rotationally driven by the energy of the exhaust gas flowing into the turbine housing 72a, and drives the compressor wheel 71b mounted coaxially.

タービンホイール72bの外側には、前述した可変ノズル72cが設けられている。可変ノズル72cは絞り弁として機能し、可変ノズル72cのノズル開度(弁開度)は電子制御ユニット200によって制御される。可変ノズル72cのノズル開度を変化させることでタービンホイール72bを駆動する排気の流速をタービンハウジング72a内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル72cのノズル開度を変化させることで、タービンホイール72bの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル72cのノズル開度を小さくする(可変ノズル72cを絞る)と、排気の流速が上がってタービンホイール72bの回転速度が増大し、過給圧が増大する。   The variable nozzle 72c described above is provided outside the turbine wheel 72b. The variable nozzle 72 c functions as a throttle valve, and the nozzle opening (valve opening) of the variable nozzle 72 c is controlled by the electronic control unit 200. By changing the nozzle opening degree of the variable nozzle 72c, the flow rate of the exhaust for driving the turbine wheel 72b can be changed in the turbine housing 72a. That is, by changing the nozzle opening degree of the variable nozzle 72c, the supercharging pressure can be changed by changing the rotational speed of the turbine wheel 72b. Specifically, when the nozzle opening of the variable nozzle 72c is reduced (the variable nozzle 72c is throttled), the exhaust flow rate increases, the rotational speed of the turbine wheel 72b increases, and the supercharging pressure increases.

排気後処理装置43は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。   The exhaust aftertreatment device 43 is a device for purifying exhaust gas and discharging it to the outside air, and includes various exhaust purification catalysts for purifying harmful substances, filters for collecting harmful substances, and the like.

吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を吸気行程中に開弁させることができるように構成される。吸気動弁装置5の詳細な構成については、図3及び図4を参照して後述する。   The intake valve operating device 5 is a device for opening and closing the intake valve 50 of each cylinder 10 and is provided in the engine body 1. The intake valve operating device 5 according to the present embodiment is configured such that the intake valve 50 of each cylinder 10 can be opened during the intake stroke. A detailed configuration of the intake valve operating device 5 will be described later with reference to FIGS. 3 and 4.

排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。排気動弁装置6の詳細な構成については、図5及び図6を参照して後述する。   The exhaust valve device 6 is a device for opening and closing the exhaust valve 60 of each cylinder 10 and is provided in the engine body 1. The exhaust valve operating device 6 according to the present embodiment is configured so that the exhaust valve 60 of each cylinder 10 can be opened during the exhaust stroke, and can also be opened during the intake stroke as necessary. The detailed configuration of the exhaust valve device 6 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.

電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。   The electronic control unit 200 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bi-directional bus 201. 206.

入力ポート205には、前述した燃圧センサ211などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ217の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ218の出力信号が入力される。さらに入力ポート205には、機関本体1の温度を検出するための信号として、機関本体1を冷却する冷却水の温度(以下「冷却水温」という。)を検出する水温センサ219の出力信号が、対応するAD変換器207を介して入力される。なお、機関本体1の温度を検出するための信号としては、水温センサ219の出力信号に限らず、例えば機関本体1の摩擦摺動部を潤滑する潤滑油の温度を検出する油温センサを備える場合には、当該油温センサの出力信号を用いても良い。このように入力ポート205には、内燃機関100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。   An output signal from the above-described fuel pressure sensor 211 or the like is input to the input port 205 via each corresponding AD converter 207. Also, the output voltage of the load sensor 217 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 220 (hereinafter referred to as “accelerator depression amount”) as a signal for detecting the engine load corresponds to the input port 205. Is input via the AD converter 207. The input port 205 is supplied with an output signal of a crank angle sensor 218 that generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 °, as a signal for calculating the engine rotational speed and the like. Further, an output signal of a water temperature sensor 219 for detecting a temperature of cooling water for cooling the engine body 1 (hereinafter referred to as “cooling water temperature”) is detected at the input port 205 as a signal for detecting the temperature of the engine body 1. Input via the corresponding AD converter 207. The signal for detecting the temperature of the engine body 1 is not limited to the output signal of the water temperature sensor 219. For example, an oil temperature sensor that detects the temperature of the lubricating oil that lubricates the friction sliding portion of the engine body 1 is provided. In that case, the output signal of the oil temperature sensor may be used. As described above, output signals of various sensors necessary for controlling the internal combustion engine 100 are input to the input port 205.

出力ポート206は、対応する駆動回路208を介して、燃料噴射弁20などの各制御部品に接続される。   The output port 206 is connected to each control component such as the fuel injection valve 20 via a corresponding drive circuit 208.

電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。   The electronic control unit 200 controls the internal combustion engine 100 by outputting a control signal for controlling each control component from the output port 206 based on the output signals of various sensors input to the input port 205.

図3は、本実施形態による吸気動弁装置5の概略斜視図である。   FIG. 3 is a schematic perspective view of the intake valve operating device 5 according to the present embodiment.

吸気動弁装置5は、気筒列方向に延びる吸気カムシャフト51と、吸気弁50を駆動するための吸気弁駆動機構52と、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト51の位相(以下「吸気位相」という。)を変化させるための可変吸気位相機構53と、を備える。   The intake valve operating device 5 includes an intake camshaft 51 extending in the cylinder row direction, an intake valve drive mechanism 52 for driving the intake valve 50, and a phase of the intake camshaft 51 with respect to the crankshaft (hereinafter referred to as "intake phase"). And a variable intake phase mechanism 53 for changing.

吸気カムシャフト51は、機関本体1に対して自由に回転できるように、機関本体1に取り付けられる。吸気カムシャフト51は、その一端部に設けられたスプロケット55を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。吸気カムシャフト51には、吸気カムシャフト51と一体となって回転する吸気カム54が、気筒毎に1つ固定されている。   The intake camshaft 51 is attached to the engine body 1 so that it can freely rotate with respect to the engine body 1. The intake camshaft 51 is linked to the crankshaft by a belt or chain via a sprocket 55 provided at one end thereof, and rotates around the axis in conjunction with the crankshaft. An intake cam 54 that rotates integrally with the intake camshaft 51 is fixed to the intake camshaft 51 for each cylinder.

吸気弁駆動機構52は、吸気支持シャフト521と、Y字型ロッカアーム522と、を備える。   The intake valve drive mechanism 52 includes an intake support shaft 521 and a Y-shaped rocker arm 522.

吸気支持シャフト521は、吸気カムシャフト51の下方に配置されると共に吸気カムシャフト51と平行に気筒列方向に延びており、機関本体1に固定支持されている。   The intake support shaft 521 is disposed below the intake camshaft 51 and extends in the cylinder row direction in parallel with the intake camshaft 51 and is fixedly supported by the engine body 1.

Y字型ロッカアーム522は、その先端側が二股に分かれており、吸気支持シャフト521の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動(上下動)させることができるように、その基端側に吸気支持シャフト521が挿入されている。そして、二股に分かれたY字型ロッカアーム522の先端部に、吸気弁50のステム部50aが固定されている。またY字型ロッカアーム522は、その中央部に吸気カム54が摺接するニードルローラ522aを備えており、吸気カムシャフト51がクランクシャフトと連動して回転すると、ニードルローラ522aが吸気カム54によって押し下げられる。これにより、Y字型ロッカアーム522が吸気支持シャフト521の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、吸気弁50が開弁する。   The Y-shaped rocker arm 522 has a bifurcated front end side, and intake air is provided at the base end side so that the Y-shaped rocker arm 522 can be swung (moved up and down) within a predetermined rotation range around the axis of the intake support shaft 521. A support shaft 521 is inserted. The stem portion 50a of the intake valve 50 is fixed to the tip of the Y-shaped rocker arm 522 divided into two branches. Further, the Y-shaped rocker arm 522 includes a needle roller 522a with which the intake cam 54 is slidably contacted at the center thereof. When the intake camshaft 51 rotates in conjunction with the crankshaft, the needle roller 522a is pushed down by the intake cam 54. . As a result, the Y-shaped rocker arm 522 swings within a predetermined rotation range about the axis of the intake support shaft 521, and the intake valve 50 is opened.

可変吸気位相機構53は、吸気カムシャフト51の一端部に設けられる。可変吸気位相機構53については、さらに図4を参照して説明する。   The variable intake phase mechanism 53 is provided at one end of the intake camshaft 51. The variable intake phase mechanism 53 will be further described with reference to FIG.

図4は、可変吸気位相機構53の概略断面図である。   FIG. 4 is a schematic sectional view of the variable intake phase mechanism 53.

図4に示すように、可変吸気位相機構53は、スプロケット55と一緒に回転する円筒状ハウジング531と、吸気カムシャフト51と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング531に対して相対回転可能な回転軸532と、円筒状ハウジング531の内周面から回転軸532の外周面まで延びる複数個の仕切壁533と、各仕切壁533の間で回転軸532の外周面から円筒状ハウジング531の内周面まで延びるベーン534と、各ベーン534の両側にそれぞれ形成された進角用油圧室535と遅角用油圧室536と、進角用油圧室535及び遅角用油圧室536に対して作動油の給排制御を行うための作動油供給制御弁56と、を備える。   As shown in FIG. 4, the variable intake phase mechanism 53 includes a cylindrical housing 531 that rotates together with the sprocket 55, and a rotation shaft that rotates together with the intake camshaft 51 and can rotate relative to the cylindrical housing 531. 532, a plurality of partition walls 533 extending from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 531 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 532, and the inner peripheral surface of the cylindrical housing 531 from the outer peripheral surface of the rotating shaft 532 between the partition walls 533 The hydraulic oil chamber 535 and the retard hydraulic chamber 536 formed on both sides of each vane 534, and the hydraulic oil is supplied to the advance hydraulic chamber 535 and the retard hydraulic chamber 536. And a hydraulic oil supply control valve 56 for performing supply / discharge control.

作動油供給制御弁56は、進角用油圧室535に連結された進角用油圧ポート561と、遅角用油圧室536に連結された遅角用油圧ポート562と、油圧ポンプ57から吐出された作動油が供給される供給ポート563と、第1ドレンポート564と、第2ドレンポート565と、各ポート(進角用油圧ポート561、遅角用油圧ポート562、供給ポート563、第1ドレンポート564、及び第2ドレンポート565)間の連通遮断制御を行うスプール弁566と、を備える。   The hydraulic oil supply control valve 56 is discharged from an advance hydraulic port 561 connected to the advance hydraulic chamber 535, a retard hydraulic port 562 connected to the retard hydraulic chamber 536, and the hydraulic pump 57. Supply port 563 to which hydraulic fluid is supplied, first drain port 564, second drain port 565, and each port (advance hydraulic port 561, retard hydraulic port 562, supply port 563, first drain) And a spool valve 566 that performs communication cutoff control between the port 564 and the second drain port 565).

吸気位相を進角すべきときは、図4においてスプール弁566が右方に移動させられ、供給ポート563から供給された作動油が進角用油圧ポート561を介して進角用油圧室535に供給されると共に、遅角用油圧室536内の作動油が第2ドレンポート565から排出される。このとき回転軸532は円筒状ハウジング531に対して矢印方向に相対回転させられる。   When the intake phase should be advanced, the spool valve 566 is moved to the right in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 563 enters the advance angle hydraulic chamber 535 via the advance angle hydraulic port 561. The hydraulic oil in the retarding hydraulic chamber 536 is discharged from the second drain port 565 while being supplied. At this time, the rotation shaft 532 is rotated relative to the cylindrical housing 531 in the arrow direction.

これに対し、吸気位相を遅角すべきときは、図4においてスプール弁566が左方に移動させられ、供給ポート563から供給された作動油が遅角用油圧ポート562を介して遅角用油圧室536に供給されると共に、進角用油圧室535内の作動油が第1ドレンポート564から排出される。このとき回転軸532は円筒状ハウジング531に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。   On the other hand, when the intake phase should be retarded, the spool valve 566 is moved to the left in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 563 is used for retarding via the retarding hydraulic port 562. While being supplied to the hydraulic chamber 536, the hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 535 is discharged from the first drain port 564. At this time, the rotation shaft 532 is rotated relative to the cylindrical housing 531 in the direction opposite to the arrow.

回転軸532が円筒状ハウジング531に対して相対回転させられているときにスプール弁566が図4に示される中立位置に戻されると回転軸532の相対回転動作は停止させられ、回転軸532はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変吸気位相機構53によって吸気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。   If the spool valve 566 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 532 is rotated relative to the cylindrical housing 531, the relative rotation operation of the rotation shaft 532 is stopped, and the rotation shaft 532 is The relative rotation position at that time is held. In this way, the intake phase can be advanced or retarded by a desired amount by the variable intake phase mechanism 53.

図5は、本実施形態による排気動弁装置6の概略斜視図である。   FIG. 5 is a schematic perspective view of the exhaust valve device 6 according to the present embodiment.

排気動弁装置6は、気筒列方向に延びる排気カムシャフト61と、排気弁60を駆動するための排気弁駆動機構62と、クランクシャフトに対する排気カムシャフト61の位相(以下「排気位相」という。)を変化させるための可変排気位相機構63と、排気弁60のリフト特性を、排気弁60を排気行程で開弁させる第1リフト特性と、排気弁60を排気行程及び吸気行程で開弁させる第2リフト特性と、に切り替え可能なリフト特性切替機構64と、備える。   The exhaust valve device 6 has an exhaust camshaft 61 extending in the cylinder row direction, an exhaust valve drive mechanism 62 for driving the exhaust valve 60, and a phase of the exhaust camshaft 61 with respect to the crankshaft (hereinafter referred to as "exhaust phase"). ), The lift characteristic of the exhaust valve 60, the first lift characteristic that opens the exhaust valve 60 in the exhaust stroke, and the exhaust valve 60 is opened in the exhaust stroke and the intake stroke. A lift characteristic switching mechanism 64 that can be switched to the second lift characteristic is provided.

排気カムシャフト61は、機関本体1に対して自由に回転できるように、機関本体1に取り付けられる。排気カムシャフト61は、その一端部に設けられたスプロケット67を介して、ベルトやチェーンでクランクシャフトと連係されており、クランクシャフトと連動して軸周りに回転する。   The exhaust camshaft 61 is attached to the engine body 1 so as to be freely rotatable with respect to the engine body 1. The exhaust camshaft 61 is linked to the crankshaft by a belt or chain via a sprocket 67 provided at one end thereof, and rotates around the axis in conjunction with the crankshaft.

排気カムシャフト61には、排気カムシャフト61と一体となって回転する第1排気カム65及び第2排気カム66が、気筒毎に1組固定されている。第1排気カム65は、各気筒10の排気弁60を排気行程で開弁させるためのカムである。第2排気カム66は、各気筒10の排気弁60を排気行程及び吸気行程で開弁させるためのカムである。第2排気カム66は、排気弁60を排気行程に開弁するためのカム山66aと、排気弁60を吸気行程に開弁するためのカム山66bと、を備える。第2排気カム66のカム山66aとカム山66bとは、排気行程における排気弁60のリフト量に対して、吸気行程における排気弁60のリフト量が小さくなるように形成されている。   A set of a first exhaust cam 65 and a second exhaust cam 66 that rotate integrally with the exhaust camshaft 61 are fixed to the exhaust camshaft 61 for each cylinder. The first exhaust cam 65 is a cam for opening the exhaust valve 60 of each cylinder 10 in the exhaust stroke. The second exhaust cam 66 is a cam for opening the exhaust valve 60 of each cylinder 10 in the exhaust stroke and the intake stroke. The second exhaust cam 66 includes a cam crest 66a for opening the exhaust valve 60 in the exhaust stroke, and a cam crest 66b for opening the exhaust valve 60 in the intake stroke. The cam crest 66a and the cam crest 66b of the second exhaust cam 66 are formed so that the lift amount of the exhaust valve 60 in the intake stroke is smaller than the lift amount of the exhaust valve 60 in the exhaust stroke.

排気弁駆動機構62は、排気支持シャフト621と、Y字型ロッカアーム622と、を備える。   The exhaust valve drive mechanism 62 includes an exhaust support shaft 621 and a Y-shaped rocker arm 622.

排気支持シャフト621は、排気カムシャフト61の下方に配置されると共に排気カムシャフト61と平行に気筒列方向に延びており、機関本体1に固定支持されている。   The exhaust support shaft 621 is disposed below the exhaust camshaft 61 and extends in the cylinder row direction in parallel with the exhaust camshaft 61 and is fixedly supported by the engine body 1.

Y字型ロッカアーム622は、その先端側が二股に分かれており、排気支持シャフト621の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動させることができるように、その基端側に排気支持シャフト621が挿入されている。そして、二股に分かれたY字型ロッカアーム622の先端部に、排気弁60のステム部60aが固定されている。またY字型ロッカアーム622は、その中央部に、リフト特性切替機構64の切替状態に応じて第1排気カム65及び第2排気カム66のいずれか一方が摺接するニードルローラ622aを備えており、排気カムシャフト61がクランクシャフトと連動して回転すると、リフト特性切替機構64の切替状態に応じてニードルローラ522aが第1排気カム65及び第2排気カム66のいずれか一方によって押し下げられる。これにより、Y字型ロッカアーム622が排気支持シャフト621の軸心を中心として所定の回転範囲で揺動し、排気弁60が開弁する。   The Y-shaped rocker arm 622 is bifurcated at the tip end, and the exhaust support shaft 621 is located at the base end side so that the Y-shaped rocker arm 622 can be swung within a predetermined rotation range about the axis of the exhaust support shaft 621. Has been inserted. The stem portion 60a of the exhaust valve 60 is fixed to the tip of the Y-shaped rocker arm 622 divided into two branches. The Y-shaped rocker arm 622 is provided with a needle roller 622a at the center of which one of the first exhaust cam 65 and the second exhaust cam 66 slides in accordance with the switching state of the lift characteristic switching mechanism 64. When the exhaust camshaft 61 rotates in conjunction with the crankshaft, the needle roller 522a is pushed down by either the first exhaust cam 65 or the second exhaust cam 66 in accordance with the switching state of the lift characteristic switching mechanism 64. As a result, the Y-shaped rocker arm 622 swings within a predetermined rotation range about the axis of the exhaust support shaft 621, and the exhaust valve 60 opens.

可変排気位相機構63は、排気カムシャフト61の一端部に設けられる。可変排気位相機構63の構成は、可変吸気位相機構53と同様の構成なので、ここでは説明を省略する。可変排気位相機構63によって排気位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。   The variable exhaust phase mechanism 63 is provided at one end of the exhaust camshaft 61. Since the configuration of the variable exhaust phase mechanism 63 is the same as that of the variable intake phase mechanism 53, the description thereof is omitted here. The variable exhaust phase mechanism 63 can advance or retard the exhaust phase by a desired amount.

リフト特性切替機構64は、排気カムシャフト61の他端部に設けられる。リフト特性切替機構64については、さらに図6を参照して説明する。   The lift characteristic switching mechanism 64 is provided at the other end of the exhaust camshaft 61. The lift characteristic switching mechanism 64 will be further described with reference to FIG.

図6は、リフト特性切替機構64の概略断面図である。   FIG. 6 is a schematic sectional view of the lift characteristic switching mechanism 64.

リフト特性切替機構64は、円筒状ハウジング641と、スライダ642と、電磁石643と、コイルスプリング644と、を備える。   The lift characteristic switching mechanism 64 includes a cylindrical housing 641, a slider 642, an electromagnet 643, and a coil spring 644.

円筒状ハウジング641は、排気カムシャフト61の他端側に設けられて、その内部にスライダ642、電磁石643、コイルスプリング644、及び排気カムシャフト61の一部を収めるための筐体である。   The cylindrical housing 641 is a housing that is provided on the other end side of the exhaust camshaft 61 and accommodates the slider 642, the electromagnet 643, the coil spring 644, and a part of the exhaust camshaft 61 therein.

スライダ642は、排気カムシャフト61の他端部に設けられて、排気カムシャフト61と一体となって回転する。またスライダ642は、磁性体で構成されており、電磁石643に励磁電流を流したときに、コイルスプリング644のバネ力に抗して排気カムシャフト61と共に排気カムシャフト61の軸方向一端側(図中右側)に向かって移動できるように、円筒状ハウジング641の内部に収められている。   The slider 642 is provided at the other end of the exhaust camshaft 61 and rotates integrally with the exhaust camshaft 61. The slider 642 is made of a magnetic material. When an excitation current is passed through the electromagnet 643, the slider 642 resists the spring force of the coil spring 644 and is connected to the exhaust camshaft 61 along one axial end of the exhaust camshaft 61 (see FIG. It is housed inside the cylindrical housing 641 so that it can move toward the middle right).

電磁石643は、スライダ642の周囲に配置される。電磁石643に対する励磁電流の制御は、電子制御ユニット200によって行われる。   The electromagnet 643 is disposed around the slider 642. Control of the excitation current for the electromagnet 643 is performed by the electronic control unit 200.

コイルスプリング644は、自然長よりも短くした状態で円筒状ハウジング641の内部に配置され、スライダ642を排気カムシャフト61の軸方向他端側(図中左側)に向かって常に押圧する。   The coil spring 644 is disposed inside the cylindrical housing 641 in a state shorter than the natural length, and always presses the slider 642 toward the other axial end side (left side in the figure) of the exhaust camshaft 61.

以下、電子制御ユニット200が実施する内燃機関100の制御について説明する。   Hereinafter, control of the internal combustion engine 100 performed by the electronic control unit 200 will be described.

電子制御ユニット200は、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が、図7において実線で囲まれた自着火運転領域RR内にあるときには、機関本体1の温度(本実施形態では冷却水温Tw)に応じて、機関本体1の運転モードを火花点火運転モード(以下「SIモード」という。)、通常圧縮自着火運転モード(以下「通常CIモード」という。)、又は冷間圧縮自着火運転モード(以下「冷間CIモード」という。)のいずれかに切り替える。また電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあるときには、機関本体1の温度にかかわらず、機関本体1の運転モードをSI運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット200は、各運転モードに応じた燃焼制御、すなわち燃料供給装置2を制御すると共に必要に応じて点火プラグ16を制御して予混合気を燃焼させる制御を実施する。   When the engine operation state determined by the engine rotation speed and the engine load is within the self-ignition operation region RR surrounded by the solid line in FIG. 7, the electronic control unit 200 performs the temperature of the engine body 1 (in this embodiment, the cooling water temperature). In accordance with Tw), the operation mode of the engine body 1 is set to a spark ignition operation mode (hereinafter referred to as “SI mode”), a normal compression auto-ignition operation mode (hereinafter referred to as “normal CI mode”), or a cold compression auto-ignition. Switch to one of the operation modes (hereinafter referred to as “cold CI mode”). Electronic control unit 200 switches the operation mode of engine body 1 to the SI operation mode regardless of the temperature of engine body 1 when the engine operation state is outside the self-ignition operation region RR. The electronic control unit 200 performs combustion control corresponding to each operation mode, that is, control of the fuel supply device 2 and control of the spark plug 16 as necessary to burn the premixed gas.

電子制御ユニット200は、運転モードがSIモードのときには、基本的に吸気行程に燃料を噴射することで燃焼室11内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質な予混合気を形成して点火プラグ16による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体1の運転を行う。   When the operation mode is the SI mode, the electronic control unit 200 basically ignites by injecting fuel in the intake stroke to form a homogeneous premixed gas in the combustion chamber 11 or near the stoichiometric air / fuel ratio. Ignition by the plug 16 is performed, and the premixed gas is burnt and burned to operate the engine body 1.

また電子制御ユニット200は、運転モードが通常CIモード、又は冷間CIモードのときには、基本的に圧縮行程に燃料を噴射して燃焼室11内に理論空燃比よりもリーンな空燃比(例えば30〜40程度)の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行う。   In addition, when the operation mode is the normal CI mode or the cold CI mode, the electronic control unit 200 basically injects fuel in the compression stroke and has an air-fuel ratio (for example, 30) leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber 11. The engine main body 1 is operated by performing compression auto-ignition combustion of the pre-mixed gas.

予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、NOxの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃HCの発生も抑制することができる。   Premixed compression auto-ignition combustion can be performed even when the air-fuel ratio is lean as compared with flame propagation combustion, and can be performed even when the compression ratio is increased. Therefore, by performing premixed compression auto-ignition combustion, fuel efficiency can be improved and thermal efficiency can be improved. In addition, since premixed compression self-ignition combustion has a lower combustion temperature than flame propagation combustion, generation of NOx can be suppressed. Furthermore, since there is sufficient oxygen around the fuel, the generation of unburned HC can be suppressed.

なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、SIモード中のように予混合気を燃焼室11内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。   In order to perform the premixed compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the in-cylinder temperature to a temperature at which the premixed gas can be self-ignited. It is necessary to make the in-cylinder temperature higher than in the case where all the flame propagation combustion is performed.

そこで本実施形態では、図8Aに示すように、SIモード中は、リフト特性切替機構64によって排気弁60のリフト特性を第1リフト特性に切り替えて、排気弁60が排気行程だけ開弁するようにしている。また図8Bに示すように、通常CIモード中、及び冷間CIモード中は、リフト特性切替機構64によって排気弁60のリフト特性を第2リフト特性に切り替えて、排気弁60が排気行程の他に吸気行程でも開弁するようにしている。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8A, during the SI mode, the lift characteristic of the exhaust valve 60 is switched to the first lift characteristic by the lift characteristic switching mechanism 64 so that the exhaust valve 60 opens only for the exhaust stroke. I have to. Further, as shown in FIG. 8B, during the normal CI mode and during the cold CI mode, the lift characteristic switching mechanism 64 switches the lift characteristic of the exhaust valve 60 to the second lift characteristic, so that the exhaust valve 60 is switched to the other of the exhaust stroke. The valve is also opened during the intake stroke.

図8Bに示すように、排気弁60を吸気行程中に再度開弁する排気弁2度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。通常CIモード中、及び冷間CIモード中は、この排気弁2度開き動作を実施することで筒内温度を上昇させて、各気筒10の筒内温度を予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。以下の説明では、外部EGRガスと区別するために、この排気弁2度開き動作によって自気筒に吸い戻された排気のことを「内部EGRガス」という。   As shown in FIG. 8B, the exhaust valve 60 is opened twice during the intake stroke, so that the high-temperature exhaust exhausted from the cylinder during the exhaust stroke can be removed immediately after the intake stroke. It can be sucked back into its own cylinder. During normal CI mode and during cold CI mode, the exhaust valve is opened twice to increase the in-cylinder temperature, and the in-cylinder temperature of each cylinder 10 can be subjected to premixed compression auto-ignition combustion. Maintained at an appropriate temperature. In the following description, in order to distinguish from the external EGR gas, the exhaust sucked back into the cylinder by the opening operation of the exhaust valve twice is referred to as “internal EGR gas”.

図9は、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、図10に示すように可変排気位相機構63によって吸気行程の初期、中期、及び後期に制御した場合における内部EGRガス量と圧縮端温度とをそれぞれ比較して示した図である。   FIG. 9 shows the amount of internal EGR gas and the compression when the exhaust valve 60 is opened during the intake stroke in the initial, middle, and late stages of the intake stroke by the variable exhaust phase mechanism 63 as shown in FIG. It is the figure which compared and showed end temperature, respectively.

図9に示すように、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の中期に制御した方が、吸気行程の初期及び後期に制御した場合よりも内部EGRガス量が多くなり、その結果として圧縮端温度(筒内温度)を高くすることができる。   As shown in FIG. 9, the amount of internal EGR gas increases when the exhaust valve 60 is opened during the intake stroke in the middle of the intake stroke, compared to when it is controlled in the early and late stages of the intake stroke. As a result, the compression end temperature (in-cylinder temperature) can be increased.

ピストン12は各気筒10の内部で往復運転をしているため、各行程におけるピストンの移動速度は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に速くなる。すなわち、各行程における燃焼室11の容積変化率は、各行程の初期及び後期と比較して中期の方が相対的に大きくなる。   Since the piston 12 reciprocates inside each cylinder 10, the moving speed of the piston in each stroke is relatively faster in the middle period than in the early and late stages of each stroke. That is, the rate of change in the volume of the combustion chamber 11 in each stroke is relatively greater in the middle period than in the early and late stages of each stroke.

そして吸気行程中であれば、燃焼室11の容積変化率が大きいときほど、単位時間当たりに燃焼室11内に吸い込まれる気体の流量も多くなる。そのため、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を、燃焼室11の容積変化率が相対的に大きくなる吸気行程の中期時期に制御することで、燃焼室11の容積変化率が相対的に小さくなる吸気行程の初期及び後期に制御する場合よりも、吸気行程中に排気ポート15を介して燃焼室11内に吸い戻される排気の量を増大させることができる。その結果、内部EGRガス量を増大させて、圧縮端温度(筒内温度)を高くすることができるのである。   If the volume change rate of the combustion chamber 11 is larger during the intake stroke, the flow rate of the gas sucked into the combustion chamber 11 per unit time increases. Therefore, by controlling the valve opening timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke to the middle period of the intake stroke where the volume change rate of the combustion chamber 11 is relatively large, the volume change rate of the combustion chamber 11 is relatively The amount of exhaust gas sucked back into the combustion chamber 11 through the exhaust port 15 during the intake stroke can be increased as compared with the case where the control is performed in the early and late stages of the intake stroke that becomes smaller. As a result, the amount of internal EGR gas can be increased to increase the compression end temperature (in-cylinder temperature).

一方、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の初期及び後期に制御すると、中期に制御した場合よりも内部EGRガス量及び圧縮端温度(筒内温度)のそれぞれが低減する。   On the other hand, when the timing at which the exhaust valve 60 opens during the intake stroke is controlled in the early and late stages of the intake stroke, the internal EGR gas amount and the compression end temperature (in-cylinder temperature) are reduced as compared with the case where the exhaust valve 60 is controlled in the middle. To do.

このとき内部EGRガス量に関しては、吸気行程中に排気弁60が開弁する時期を、吸気行程の後期に制御した方が、初期に制御にした場合よりも減少させることができる。これは、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を吸気行程の後期に制御した場合には、ある程度の空気(新気)が筒内に吸入された後に排気が吸い戻されることになるためである。   At this time, the internal EGR gas amount can be reduced when the timing at which the exhaust valve 60 opens during the intake stroke is controlled in the later stage of the intake stroke, compared to when the control is performed initially. This is because, when the valve opening timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke is controlled in the later stage of the intake stroke, exhaust is sucked back after a certain amount of air (fresh air) is sucked into the cylinder. It is.

圧縮端温度に関しては、これとは逆に、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を、吸気行程の初期に制御した方が、後期に制御にした場合よりも低下させることができる。これは、吸気行程中における排気弁60の開弁時期を吸気行程の初期に制御した場合には、後期に制御した場合よりも内部EGRガス量自体は多くなるものの、吸気行程中において筒内ガスが気筒10の内壁面との熱交換によって冷却される期間が長くなるためである。   Contrary to this, with respect to the compression end temperature, it is possible to lower the valve opening timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke at the initial stage of the intake stroke than when it is controlled at the later stage. This is because when the valve opening timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke is controlled at the beginning of the intake stroke, the amount of internal EGR gas itself is larger than when it is controlled later, but the in-cylinder gas during the intake stroke is increased. This is because the period during which the air is cooled by heat exchange with the inner wall surface of the cylinder 10 becomes longer.

このように、排気弁2度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。   In this way, the increase range of the in-cylinder temperature can be controlled according to the timing at which the exhaust valve opening operation is performed twice.

図11は、本実施形態による運転モード切替制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。   FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation mode switching control according to the present embodiment. The electronic control unit 200 repeatedly executes this routine at a predetermined calculation cycle.

ステップS1において、電子制御ユニット200は、クランク角センサ218の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ217によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。   In step S1, the electronic control unit 200 reads the engine rotational speed calculated based on the output signal of the crank angle sensor 218 and the engine load detected by the load sensor 217, and detects the engine operating state.

ステップS2において、電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR外にあればステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、機関運転状態が自着火運転領域RR内にあればステップS4の処理に進む。   In step S2, the electronic control unit 200 determines whether or not the engine operation state is outside the self-ignition operation region RR. The electronic control unit 200 proceeds to the process of step S3 if the engine operating state is outside the self-ignition operation region RR. On the other hand, if the engine operation state is within the self-ignition operation region RR, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S4.

ステップS3において、電子制御ユニット200は、運転モードをSIモードに設定して機関本体1の運転を行う。運転モードがSIモードに設定されているときは、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第1リフト特性となるようにリフト特性切替機構64を制御すると共に、機関運転状態に応じた目標スロットル開度、目標吸気位相、及び目標排気位相となるように、スロットル弁、可変吸気位相機構、及び可変排気位相機構を制御する。   In step S3, the electronic control unit 200 operates the engine body 1 with the operation mode set to the SI mode. When the operation mode is set to the SI mode, the electronic control unit 200 controls the lift characteristic switching mechanism 64 so that the lift characteristic of the exhaust valve 60 becomes the first lift characteristic, and also according to the engine operating state. The throttle valve, the variable intake phase mechanism, and the variable exhaust phase mechanism are controlled so that the target throttle opening, the target intake phase, and the target exhaust phase are obtained.

ステップS4において、電子制御ユニット200は、冷却水温Twが所定の切替温度Tw1未満か否かを判定する。切替温度Tw1は、後述する暖機完了温度Tw2よりも低い温度であって、自着火運転領域RR内で予混合気を火花点火燃焼させて機関本体1の運転を行うか、又は予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うかを判断するための閾値である。電子制御ユニット200は、冷却水温Twが切替温度Tw1未満であればステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、冷却水温Twが切替温度Tw1以上であればステップS5の処理に進む。   In step S4, the electronic control unit 200 determines whether or not the coolant temperature Tw is lower than a predetermined switching temperature Tw1. The switching temperature Tw1 is a temperature lower than a warm-up completion temperature Tw2, which will be described later, and the engine body 1 is operated by spark ignition combustion in the self-ignition operation region RR, or the premixed gas is used. It is a threshold value for determining whether to perform the operation of the engine body 1 by performing compression self-ignition combustion. If the cooling water temperature Tw is lower than the switching temperature Tw1, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S3. On the other hand, if the cooling water temperature Tw is equal to or higher than the switching temperature Tw1, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S5.

ステップS5において、電子制御ユニット200は、冷却水温が暖機完了温度Tw2以上か否かを判定する。暖機完了温度Tw2は、機関本体1の暖機が完了したことを判定するための閾値である。電子制御ユニット200は、冷却水温Twが暖機完了温度Tw2以上であればステップS6の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、冷却水温が暖機完了温度Tw2未満である場合、すなわち冷却水温Twが切替温度Tw1から暖機完了温度Tw2までの範囲内にある場合は、ステップS7の処理に進む。   In step S5, the electronic control unit 200 determines whether or not the coolant temperature is equal to or higher than the warm-up completion temperature Tw2. The warm-up completion temperature Tw2 is a threshold value for determining that the warm-up of the engine body 1 has been completed. If the coolant temperature Tw is equal to or higher than the warm-up completion temperature Tw2, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S6. On the other hand, when the cooling water temperature is lower than the warm-up completion temperature Tw2, that is, when the cooling water temperature Tw is within the range from the switching temperature Tw1 to the warm-up completion temperature Tw2, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S7. .

ステップS6において、電子制御ユニット200は、運転モードを通常CIモードに設定して機関本体1の運転を行う。   In step S6, the electronic control unit 200 operates the engine body 1 with the operation mode set to the normal CI mode.

ステップS7において、電子制御ユニット200は、運転モードを冷間CIモードに設定して機関本体1の運転を行う。   In step S7, the electronic control unit 200 operates the engine body 1 with the operation mode set to the cold CI mode.

図12は、運転モードが通常CIモードに設定されているときに実施されるスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御(吸気制御)について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、運転モードが通常CIモードに設定されているときに本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the control (intake control) of the throttle valve 36 and the exhaust valve operating device 6 that is performed when the operation mode is set to the normal CI mode. The electronic control unit 200 repeatedly executes this routine at a predetermined calculation cycle when the operation mode is set to the normal CI mode.

ステップS11において、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第2リフト特性となるように、リフト特性切替機構64を制御する。   In step S11, the electronic control unit 200 controls the lift characteristic switching mechanism 64 so that the lift characteristic of the exhaust valve 60 becomes the second lift characteristic.

ステップS12において、電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、通常CIモード時用の目標スロットル開度、及び目標排気位相をそれぞれ算出する。なお本実施形態では、機関運転状態に応じた通常CIモード時の目標スロットル開度は、基本的に最大開度(本実施形態では全開)となる。また機関運転状態に応じた通常CIモード時の目標排気位相は、基本的に吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相となる。   In step S <b> 12, the electronic control unit 200 refers to a map created in advance through experiments or the like, and calculates the target throttle opening and the target exhaust phase for the normal CI mode based on the engine operating state. In the present embodiment, the target throttle opening degree in the normal CI mode according to the engine operating state is basically the maximum opening degree (fully opened in the present embodiment). Further, the target exhaust phase in the normal CI mode according to the engine operating state is basically an exhaust phase in which the opening / closing timing of the exhaust valve during the intake stroke is the latter stage of the intake stroke.

ステップS13において、電子制御ユニット200は、機関運転状態に応じた目標自着火時期(最適自着火時期)に予混合気を自着火させることができる目標自着火時期における筒内温度の要求値(以下「要求筒内温度」という。)Tignを算出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、機関運転状態と要求筒内温度Tignとを関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態に基づいて要求筒内温度Tignを算出している。要求筒内温度Tignは、機関回転速度が同じであれば、基本的に機関負荷が高いときほど高くなる傾向にあり、機関負荷が同じであれば、基本的に機関回転速度が高いときほど高くなる傾向にある。 In step S13, the electronic control unit 200 requires the in-cylinder temperature required value (hereinafter referred to as the target self-ignition time) at which the premixed gas can be self-ignited at the target self-ignition time (optimum self-ignition time) according to the engine operating state. It is referred to as “required in-cylinder temperature”.) T ign is calculated. The electronic control unit 200 in the present embodiment, by referring to a map that associates a request cylinder temperature T ign the engine operating state, and calculates a required cylinder temperature T ign based on the engine operating state. If the engine speed is the same, the required in-cylinder temperature Tign basically tends to increase as the engine load increases. If the engine load is the same, the required in-cylinder temperature Tign basically increases as the engine speed increases. It tends to be higher.

ステップS14において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相がそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御されているときの、吸気弁閉時期における筒内温度の推定値(以下「通常CIモード時の初期筒内温度」という。)Tivcを算出する。一般的に吸気弁閉時期における筒内温度は、スロットル開度、及び排気位相に応じて変化する実吸入空気量(新気量)、及び内部EGRガス量の他、吸気温によっても変化する。そこで本実施形態による電子制御ユニット200は、機関運転状態及び吸気温と、通常CIモード時の初期筒内温度Tivcと、を関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態及び吸気温に基づいて、通常CIモード時の初期筒内温度Tivcを算出している。 In step S14, the electronic control unit 200 determines the in-cylinder temperature at the intake valve closing timing when the throttle opening and the exhaust phase are respectively controlled to the target values for the normal CI mode corresponding to the engine operating state. Estimated value (hereinafter referred to as “initial in-cylinder temperature during normal CI mode”) T ivc is calculated. In general, the in-cylinder temperature at the intake valve closing timing varies depending on the intake air temperature as well as the actual intake air amount (new air amount) and the internal EGR gas amount that change according to the throttle opening and the exhaust phase. Therefore, the electronic control unit 200 according to the present embodiment is based on the engine operating state and the intake air temperature by referring to a map in which the engine operating state and the intake air temperature are associated with the initial in-cylinder temperature T ivc in the normal CI mode. Thus, the initial in-cylinder temperature T ivc in the normal CI mode is calculated.

ステップS15において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相がそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御されているときの、目標自着火時期における筒内温度の推定値(以下「通常CIモード時の基準推定筒内温度」という。)Tmbtを、下記の(1)から算出する。
mbt=Tivc×(Vivc/Vmbtk−1×α …(1)
In step S15, the electronic control unit 200 determines the in-cylinder temperature at the target self-ignition timing when the throttle opening degree and the exhaust phase are respectively controlled to the target values for the normal CI mode according to the engine operating state. An estimated value (hereinafter referred to as “reference estimated in-cylinder temperature in the normal CI mode”) T mbt is calculated from the following (1).
T mbt = T ivc × (V ivc / V mbt) k-1 × α ... (1)

(1)式は、吸気弁閉時期から断熱圧縮が行われたと仮定した場合の目標自着火時期における筒内温度の推定値に、水温センサ219で検出された現在の冷却水温Twに応じた補正係数α(<1)を乗じたものである。補正係数αは、冷却水温Twが低くなるほど小さい値に設定される。これは、冷却水温Twが低くなるほど冷却損失が大きくなるためである。   Equation (1) is a correction according to the current cooling water temperature Tw detected by the water temperature sensor 219 to the estimated value of the in-cylinder temperature at the target self-ignition timing when it is assumed that adiabatic compression is performed from the intake valve closing timing. Multiplication by coefficient α (<1). The correction coefficient α is set to a smaller value as the cooling water temperature Tw becomes lower. This is because the cooling loss increases as the cooling water temperature Tw decreases.

また(1)式において、Vivcは、吸気弁閉時期における燃焼室容積であり、Vmbtは、目標自着火時期における燃焼室容積であり、kは比熱比(ポリトロープ指数)である。燃焼室容積Vivcは、目標吸気位相(目標吸気弁閉時期)が定まれば機械的に定まる値であり、また同様に、燃焼室容積VW2も、目標自着火時期が定まれば機械的に定まる値である。したがって本実施形態では、通常CIモード時の基準推定筒内温度Tmbtを算出するにあたって、目標吸気位相と燃焼室容積Vivcとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標吸気位相に基づいて燃焼室容積Vivcを算出している。また同様に、目標自着火時期と燃焼室容積Vmbtとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標自着火時期に基づいて燃焼室容積Vmbtを算出している。 In the equation (1), V ivc is the combustion chamber volume at the intake valve closing timing, V mbt is the combustion chamber volume at the target self-ignition timing, and k is a specific heat ratio (polytropic index). The combustion chamber volume V ivc is a value that is mechanically determined when the target intake phase (target intake valve closing timing ) is determined. Similarly, the combustion chamber volume V W2 is mechanical when the target self-ignition timing is determined. It is a value determined by. Therefore, in this embodiment, when calculating the reference estimated in-cylinder temperature T mbt in the normal CI mode, a table in which the target intake phase and the combustion chamber volume V ivc are associated with each other is created in advance through experiments or the like. By referencing, the combustion chamber volume V ivc is calculated based on the target intake phase. Similarly, previously created in advance by experiments or the like a table associating the target ignition timing combustion chamber volume V mbt, by referring to the table, the combustion chamber volume V mbt based on the target ignition timing Calculated.

ステップS16において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相をそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になるか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット200は、要求筒内温度Tignから通常CIモード時の基準推定筒内温度Tmbtを減算した温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満か否かを判定し、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期になると判定する。電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、ステップ17の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq以上であればステップS18の処理に進む。 In step S16, the electronic control unit 200 determines that the expected self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode corresponding to the engine operating state is the target self-ignition timing. Determine whether it is time to ignite. The electronic control unit 200 in the present embodiment, the determination of the absolute value of the temperature difference ΔT1 obtained by subtracting the reference estimated in-cylinder temperature T mbt the normal CI mode from the required cylinder temperature T ign whether less than the allowable temperature difference T req If the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference T req , it is determined that the predicted self-ignition timing of the premixed gas becomes the target self-ignition timing. If the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference T req , the electronic control unit 200 proceeds to step 17. On the other hand, if the absolute value of the temperature difference ΔT1 is greater than or equal to the allowable temperature difference T req , the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S18.

ステップS17において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相が、それぞれステップS13で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度、及び目標排気位相となるように、スロットル弁36、及び可変排気位相機構63を制御する。   In step S17, the electronic control unit 200 determines that the throttle valve 36 and the exhaust phase become the target throttle opening and target exhaust phase for the normal CI mode calculated in step S13, respectively. And the variable exhaust phase mechanism 63 is controlled.

ステップS18において、電子制御ユニット200は、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも遅角するか否かを判定する。   In step S18, the electronic control unit 200 delays the expected self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening degree and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode from the target self-ignition timing. It is determined whether or not.

本実施形態では電子制御ユニット200は、温度差ΔT1が正の値であれば、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御したのでは、目標自着火時期に筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させることができずに予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定し、ステップS19の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT1が負の値であれば、スロットル開度、及び排気位相を通常CIモード時用の目標値に制御したのでは、目標自着火時期よりも早期に筒内温度が要求筒内温度Tignまで昇温してしまって予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角すると判定し、ステップS21の処理に進む。 In this embodiment, if the temperature difference ΔT1 is a positive value, the electronic control unit 200 controls the throttle opening and the exhaust phase to the target values for the normal CI mode. It is determined that the temperature cannot be raised to the required in-cylinder temperature Tign and the predicted autoignition timing of the premixed gas is retarded from the target autoignition timing, and the process proceeds to step S19. On the other hand, if the temperature difference ΔT1 is a negative value, the electronic control unit 200 controls the throttle opening and the exhaust phase to the target values for the normal CI mode. It is determined that the internal temperature has been raised to the required in-cylinder temperature Tign and the predicted autoignition timing of the premixed gas is advanced from the target autoignition timing, and the process proceeds to step S21.

ステップS19において、電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満となるように、通常CIモード時の目標排気位相を変更する。本実施形態では電子制御ユニット200は、筒内温度の上昇幅を大きくして温度差ΔT1が許容温度差Tcreq未満となるように、目標排気位相を、ステップS12で算出された目標排気位相(吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相)から、吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相に変更する。 In step S19, the electronic control unit 200 changes the target exhaust phase in the normal CI mode so that the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference T req . In the present embodiment, the electronic control unit 200 increases the target temperature in the cylinder so that the temperature difference ΔT1 becomes less than the allowable temperature difference Tc req so that the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference Tc req. The exhaust valve opening / closing timing during the intake stroke is changed to the exhaust phase where the exhaust valve opening / closing timing during the intake stroke is the middle of the intake stroke.

ステップS20において、電子制御ユニット200は、スロットル開度がステップS12で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度となるように、スロットル弁36を制御する。また電子制御ユニット200は、排気位相がステップS19で変更された目標排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。   In step S20, the electronic control unit 200 controls the throttle valve 36 so that the throttle opening becomes the target throttle opening for the normal CI mode calculated in step S12. Further, the electronic control unit 200 controls the variable exhaust phase mechanism 63 so that the exhaust phase becomes the target exhaust phase changed in step S19.

ステップS21において、電子制御ユニット200は、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq未満となるように、通常CIモード時の目標排気位相を変更する。本実施形態では電子制御ユニット200は、筒内温度の上昇幅を小さくして温度差ΔTの絶対値が許容温度差Treq未満となるように、目標排気位相を、ステップS12で算出された目標排気位相(吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相)から、吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の初期となる排気位相に変更する。 In step S21, the electronic control unit 200 changes the target exhaust phase in the normal CI mode so that the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference T req . In the present embodiment, the electronic control unit 200 reduces the increase range of the in-cylinder temperature so that the absolute value of the temperature difference ΔT is less than the allowable temperature difference T req and the target exhaust gas phase calculated in step S12. From the exhaust phase (exhaust phase in which the opening / closing timing of the exhaust valve during the intake stroke is the latter stage of the intake stroke), the opening / closing timing of the exhaust valve during the intake stroke is changed to the exhaust phase in which the opening / closing timing of the intake stroke is the initial stage.

ステップS22において、電子制御ユニット200は、スロットル開度がステップS12で算出された通常CIモード時用の目標スロットル開度となるように、スロットル弁を制御する。また電子制御ユニット200は、排気位相がステップS21で変更された目標排気位相となるように可変排気位相機構を制御する。   In step S22, the electronic control unit 200 controls the throttle valve so that the throttle opening becomes the target throttle opening for the normal CI mode calculated in step S12. Further, the electronic control unit 200 controls the variable exhaust phase mechanism so that the exhaust phase becomes the target exhaust phase changed in step S21.

このように通常CIモード時には、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Treq以上であれば、目標スロットル開度については変更せずに通常の目標値(最大開度)のままとし、目標排気位相だけを変更することで、温度差ΔT1の絶対値が許容温度差Tcreq未満となるように筒内温度が調節される。これにより、ポンピングロスの増加による燃費の悪化を抑制ししつつ、目標自着火時期に予混合気を自着火させることができる。 As described above, in the normal CI mode, if the absolute value of the temperature difference ΔT1 is equal to or larger than the allowable temperature difference T req , the target throttle opening is not changed and remains at the normal target value (maximum opening), and the target exhaust By changing only the phase, the in-cylinder temperature is adjusted so that the absolute value of the temperature difference ΔT1 is less than the allowable temperature difference Tc req . Thereby, the premixed gas can be self-ignited at the target self-ignition timing while suppressing deterioration of fuel consumption due to an increase in pumping loss.

図13は、運転モードが冷間CIモードに設定されているときに実施される吸気制御の内容について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、運転モードが冷間CIモードに設定されているときに本ルーチンを機関運転中に繰り返し実行する。   FIG. 13 is a flowchart for explaining the content of intake control that is performed when the operation mode is set to the cold CI mode. The electronic control unit 200 repeatedly executes this routine during engine operation when the operation mode is set to the cold CI mode.

ステップS31において、電子制御ユニット200は、排気弁60のリフト特性が第2リフト特性となるように、リフト特性切替機構64を制御する。   In step S31, the electronic control unit 200 controls the lift characteristic switching mechanism 64 so that the lift characteristic of the exhaust valve 60 becomes the second lift characteristic.

ステップS32において、電子制御ユニット200は、前述したステップS13と同様に機関運転状態と要求筒内温度Tignとを関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態に基づいて要求筒内温度Tignを算出する。 In step S32, the electronic control unit 200, by referring to a map which associates with similarly engine operating condition and the step S13 described above and the requested cylinder temperature T ign, requests cylinder temperature T ign based on the engine operating condition Is calculated.

ステップS33において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度(本実施形態では全開)とし、排気位相を内部EGRガス量(圧縮端温度)が最大となる排気位相(以下「基準位相」という。本実施形態では吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相)としたときの吸気弁閉時期における筒内温度の推定値(以下「冷間CIモード時の基準初期筒内温度」という。)Tivc_coolを算出する。具体的には電子制御ユニット200は、機関運転状態及び吸気温と、冷間CIモード時の基準初期筒内温度Tivc_coolと、を関連付けたマップを参照することによって、機関運転状態及び吸気温に基づいて、冷間CIモード時の基準初期筒内温度Tivc_coolを算出する。 In step S33, the electronic control unit 200 sets the throttle opening to the maximum opening (fully open in the present embodiment), and sets the exhaust phase to the exhaust phase (hereinafter referred to as “reference phase”) that maximizes the internal EGR gas amount (compression end temperature). In this embodiment, the estimated value of the in-cylinder temperature at the closing timing of the intake valve when the opening / closing timing of the exhaust valve during the intake stroke is the middle phase of the intake stroke (hereinafter referred to as “reference in cold CI mode”). It is referred to as “initial in-cylinder temperature.”) T ivc_cool is calculated. Specifically, the electronic control unit 200 refers to a map that associates the engine operating state and intake air temperature with the reference initial in-cylinder temperature T ivc_cool during the cold CI mode, thereby determining the engine operating state and intake air temperature. Based on this, the reference initial in-cylinder temperature T ivc_cool in the cold CI mode is calculated.

ステップS34において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの、機関運転状態に応じた目標自着火時期における筒内温度の推定値(以下「冷間CIモード時の基準推定筒内温度」という。)Tmbt_coolを、下記の(2)から算出する。
mbt_cool=Tcivc_cool×(Vivc/Vmbtk−1×α …(2)
In step S34, the electronic control unit 200 estimates the in-cylinder temperature at the target self-ignition timing according to the engine operating state when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase (hereinafter, “ It is referred to as “reference estimated in-cylinder temperature in the cold CI mode.”) T mbt_cool is calculated from (2) below.
T mbt_cool = Tc ivc_cool × (V ivc / V mbt) k-1 × α ... (2)

ステップS35において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になるか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット200は、要求筒内温度Tignから冷間CIモード時の基準推定筒内温度Tmbt_coolを減算した温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満か否かを判定し、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期になると判定する。電子制御ユニット200は、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq未満であれば、ステップ36の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT2の絶対値が許容温度差Treq以上であればステップS37の処理に進む。 In step S35, the electronic control unit 200 determines whether or not the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is the target self-ignition timing. To do. The electronic control unit 200 in the present embodiment, the absolute value of the temperature difference ΔT2 from requesting cylinder temperature T ign by subtracting the reference estimated in-cylinder temperature T Mbt_cool cold CI mode is whether less than the allowable temperature difference T req If the absolute value of the temperature difference ΔT2 is less than the allowable temperature difference T req , it is determined that the predicted autoignition timing of the premixed gas becomes the target autoignition timing. If the absolute value of the temperature difference ΔT2 is less than the allowable temperature difference T req , the electronic control unit 200 proceeds to the process of step 36. On the other hand, if the absolute value of the temperature difference ΔT2 is greater than or equal to the allowable temperature difference T req , the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S37.

ステップS36において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度(本実施形態では全開)に制御すると共に、排気位相を基準排気位相(本実施形態では吸気行程中における排気弁の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相)に制御する。   In step S36, the electronic control unit 200 controls the throttle opening to the maximum opening (fully opened in the present embodiment) and sets the exhaust phase to the reference exhaust phase (in this embodiment, the opening / closing timing of the exhaust valve during the intake stroke). (Exhaust phase in the middle of the intake stroke).

ステップS37において、電子制御ユニット200は、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも遅角するか否かを判定する。   In step S37, the electronic control unit 200 determines whether or not the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is retarded from the target self-ignition timing. Determine whether.

本実施形態では電子制御ユニット200は、温度差ΔT2が正の値であれば、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたのでは、目標自着火時期に筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させることができずに予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定し、ステップS38の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、温度差ΔT2が負の値であれば、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたのでは、目標自着火時期よりも早期に筒内温度が要求筒内温度Tignまで昇温してしまって予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角すると判定し、ステップS40の処理に進む。 In this embodiment, if the temperature difference ΔT2 is a positive value, the electronic control unit 200 sets the in-cylinder temperature at the target self-ignition timing when the throttle opening is set to the maximum opening and the exhaust phase is set to the reference exhaust phase. It is determined that the temperature cannot be raised to the required in-cylinder temperature Tign and the predicted autoignition timing of the premixed gas is retarded from the target autoignition timing, and the process proceeds to step S38. On the other hand, if the temperature difference ΔT2 is a negative value, the electronic control unit 200 determines that the in-cylinder temperature is earlier than the target self-ignition timing when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase. There are accidentally heated to requests cylinder temperature T ign determines the expected ignition timing of the premixture is advanced from the target ignition timing, the process proceeds to step S40.

ステップS38において、電子制御ユニット200は、図14のテーブルを参照し、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標スロットル開度を設定する。   In step S38, the electronic control unit 200 refers to the table of FIG. 14 and sets the target throttle opening based on the absolute value of the temperature difference ΔT2.

図14のテーブルに示すように、目標スロットル開度は、基本的に温度差ΔT2の絶対値が大きくなるほど最大開度よりも小さくなる。   As shown in the table of FIG. 14, the target throttle opening basically becomes smaller than the maximum opening as the absolute value of the temperature difference ΔT2 increases.

これは、スロットル開度を小さくするほど、実吸入空気量(新気量)を減少させることができ、その分だけ筒内ガス中に占める内部EGRガス量の割合を高くすることができるので、筒内温度を上昇させることができるためである。特に本実施形態のように、吸気行程中に排気弁60を開くことで内部EGRガスを筒内に吸入している場合は、スロットル開度を小さくするほど、吸気行程中における筒内圧を小さく(負圧が大きく)することができるので、スロットル開度が最大開度のときと比較してより多くの内部EGRガスを筒内に吸入することができる。そのため、この場合は更に効果的に筒内温度を上昇させることができる。なお図14のテーブルに示すように、本実施形態では目標スロットル開度が所定の下限開度以下にならないようにしている。これは、内部EGRガス量が或る一定量を超えると燃焼安定性が急激に低下するためである。   As the throttle opening is reduced, the actual intake air amount (fresh air amount) can be reduced, and the proportion of the internal EGR gas amount in the in-cylinder gas can be increased accordingly. This is because the in-cylinder temperature can be increased. In particular, as in the present embodiment, when the internal EGR gas is sucked into the cylinder by opening the exhaust valve 60 during the intake stroke, the in-cylinder pressure during the intake stroke decreases as the throttle opening decreases ( Therefore, more internal EGR gas can be sucked into the cylinder than when the throttle opening is the maximum opening. Therefore, in this case, the in-cylinder temperature can be increased more effectively. As shown in the table of FIG. 14, in the present embodiment, the target throttle opening is set so as not to be less than a predetermined lower limit opening. This is because the combustion stability rapidly decreases when the internal EGR gas amount exceeds a certain amount.

ステップS39において、電子制御ユニット200は、ステップS38で設定された目標スロットル開度となるようにスロットル弁36を制御すると共に、基準排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。   In step S39, the electronic control unit 200 controls the throttle valve 36 so as to achieve the target throttle opening set in step S38, and also controls the variable exhaust phase mechanism 63 so as to become the reference exhaust phase.

ステップS40において、電子制御ユニット200は、図15のテーブルを参照し、温度差ΔT2の絶対値に基づいて目標排気位相を設定する。   In step S40, the electronic control unit 200 refers to the table of FIG. 15 and sets the target exhaust phase based on the absolute value of the temperature difference ΔT2.

図15のテーブルに示すように、目標排気位相は、基本的に温度差ΔT2の絶対値が大きくなるほど、内部EGRガス量(圧縮端温度)が最大となる基準排気位相、すなわち吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも遅角させた排気位相となる。これは、図9に示す通り、吸気行程中における排気弁60の開閉時期を吸気行程の中期から遅角させることで、内部EGRガス量を低減させて筒内温度を低下させることができるためである。   As shown in the table of FIG. 15, the target exhaust phase is basically a reference exhaust phase in which the internal EGR gas amount (compression end temperature) becomes maximum as the absolute value of the temperature difference ΔT2 increases, that is, exhaust during the intake stroke. The opening / closing timing of the valve 60 is an exhaust phase that is retarded from the exhaust phase that is the middle stage of the intake stroke. This is because, as shown in FIG. 9, the in-cylinder temperature can be lowered by reducing the internal EGR gas amount by retarding the opening / closing timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke from the middle of the intake stroke. is there.

なお目標排気位相を、吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも進角させた排気位相としても良いが、本実施形態では通常CIモード時用の目標排気位相が、基本的に吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の後期となる排気位相に設定されている。そのため、運転モードを冷間CIモードからスムーズに通常CIモードに切り替えることができるように、本実施形態では目標排気位相を、吸気行程中における排気弁60の開閉時期が吸気行程の中期となる排気位相よりも遅角させた排気位相としている。   The target exhaust phase may be an exhaust phase in which the opening / closing timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke is advanced from the exhaust phase in the middle of the intake stroke, but in the present embodiment, the target exhaust for the normal CI mode is used. The phase is basically set to an exhaust phase in which the opening / closing timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke is the latter stage of the intake stroke. Therefore, in the present embodiment, the target exhaust phase is set so that the opening / closing timing of the exhaust valve 60 during the intake stroke is the middle of the intake stroke so that the operation mode can be smoothly switched from the cold CI mode to the normal CI mode. The exhaust phase is retarded from the phase.

ステップS41において、電子制御ユニット200は、最大開度となるようにスロットル弁36を制御すると共に、ステップS40で設定された目標排気位相となるように可変排気位相機構63を制御する。   In step S41, the electronic control unit 200 controls the throttle valve 36 so that the maximum opening degree is obtained, and controls the variable exhaust phase mechanism 63 so that the target exhaust phase set in step S40 is obtained.

図16は、本実施形態による吸気制御の動作について説明するタイムチャートである。なお図16は、機関負荷が一定の場合の動作の一例を示している。   FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of intake control according to the present embodiment. FIG. 16 shows an example of the operation when the engine load is constant.

時刻t1で、冷却水温Twが切替温度Tw1以上になると、運転モードがSIモードから冷間CIモードに切り替えられる。運転モードが冷間CIモードに切り替えられると、冷間CIモード時用の吸気制御が実施される。   When the coolant temperature Tw becomes equal to or higher than the switching temperature Tw1 at time t1, the operation mode is switched from the SI mode to the cold CI mode. When the operation mode is switched to the cold CI mode, intake control for the cold CI mode is performed.

すなわち、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するか否かが判定され、その判定結果に基づいてスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御が実施される。   That is, it is determined whether or not the expected self-ignition timing of the premixed gas is retarded from the target self-ignition timing when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase. Based on this, control of the throttle valve 36 and the exhaust valve device 6 is performed.

図16に示す例では、時刻t1から時刻t2の期間において、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されている。   In the example shown in FIG. 16, in the period from time t1 to time t2, the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is higher than the target self-ignition timing. It is determined to be retarded.

そのため、排気位相が基準排気位相となるように可変排気位相機構63が制御され、スロットル開度が最大開度よりも小さい開度となるようにスロットル弁36が制御される。これにより、スロットル開度を最大開度に制御した場合と比較して内部EGRガス量を増大させて筒内温度の上昇幅を大きくすることができる。   Therefore, the variable exhaust phase mechanism 63 is controlled so that the exhaust phase becomes the reference exhaust phase, and the throttle valve 36 is controlled so that the throttle opening is smaller than the maximum opening. As a result, the amount of increase in the in-cylinder temperature can be increased by increasing the internal EGR gas amount as compared with the case where the throttle opening is controlled to the maximum opening.

そのため、冷却水温Twが暖機完了温度Tw2よりも低い温度のときから、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うことができるので、熱効率を向上させて燃費を向上させることができる。また、スロットル開度が最大開度よりも小さい開度となるようにスロットル弁36が制御されるものの、予混合気を火炎伝播燃焼させる場合よりはスロットル開度を大きくすることができる。そのため、ポンピングロスも低減することができる。   Therefore, since the engine body 1 can be operated by performing the compression auto-ignition combustion of the premixed gas from the time when the cooling water temperature Tw is lower than the warm-up completion temperature Tw2, the thermal efficiency is improved and the fuel efficiency is improved. be able to. Although the throttle valve 36 is controlled so that the throttle opening is smaller than the maximum opening, the throttle opening can be made larger than when the premixed gas is subjected to flame propagation combustion. Therefore, the pumping loss can be reduced.

時刻t1以降は、冷却水温Twの上昇に伴って、筒内温度を上昇させるために必要な内部EGRガス量が徐々に低下していくため、時刻t1から時刻t2の期間において、スロットル開度は徐々に最大開度に向かって大きくされる。   After the time t1, the amount of internal EGR gas necessary for increasing the in-cylinder temperature gradually decreases as the cooling water temperature Tw increases, so that the throttle opening is not increased during the period from the time t1 to the time t2. Gradually increase toward maximum opening.

時刻t2で、冷却水温Twが切替温度Tw1からある程度高くなると、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期となる。その結果、時刻t2からは、スロットル開度が最大開度となるようにスロットル弁36が制御される。また排気位相は、引き続き基準排気位相に維持される。   When the cooling water temperature Tw becomes somewhat higher than the switching temperature Tw1 at time t2, the expected self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase becomes the target self-ignition timing. . As a result, from time t2, the throttle valve 36 is controlled so that the throttle opening becomes the maximum opening. Further, the exhaust phase is continuously maintained at the reference exhaust phase.

そして冷却水温Twがさらに高くなると、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも進角する場合がある。図16に示す例では、時刻t3で、スロットル開度を最大開度とし、排気位相を基準排気位相としたときの予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期よりも進角すると判定されている。   When the coolant temperature Tw is further increased, the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is set to the maximum opening and the exhaust phase is set as the reference exhaust phase may be advanced from the target self-ignition timing. . In the example shown in FIG. 16, at time t3, it is determined that the predicted self-ignition timing of the premixed gas when the throttle opening is the maximum opening and the exhaust phase is the reference exhaust phase is advanced from the target self-ignition timing. Has been.

この場合は、内部EGRガス量が過剰となっているため、スロットル開度を最大開度に維持しつつ、排気位相を基準排気位相から徐々に遅角させることで、内部EGRガス量を減少させて、筒内温度の上昇幅を抑制する。   In this case, since the internal EGR gas amount is excessive, the internal EGR gas amount is decreased by gradually retarding the exhaust phase from the reference exhaust phase while maintaining the throttle opening at the maximum opening. Thus, the rise in the in-cylinder temperature is suppressed.

時刻t4で冷却水温T2が暖機完了温度Tw2まで上昇すると、通常CIモード時用の吸気制御が実施される。   When the coolant temperature T2 rises to the warm-up completion temperature Tw2 at time t4, the intake control for the normal CI mode is performed.

すなわち、スロットル開度、及び排気位相をそれぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するか否かが判定され、その判定結果に基づいてスロットル弁36及び排気動弁装置6の制御が実施される。   That is, whether or not the predicted self-ignition timing of the premixed gas is retarded from the target self-ignition timing when the throttle opening and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode according to the engine operating state, respectively. And the throttle valve 36 and the exhaust valve gear 6 are controlled based on the determination result.

図16に示す例では、時刻t4以降は、機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が、目標自着火時期になると判定されている。そのため時刻t4以降は、スロットル開度、及び排気位相が、それぞれ機関運転状態に応じた通常CIモード時用の目標値に制御される。   In the example shown in FIG. 16, after time t4, it is determined that the predicted self-ignition timing of the premixed gas when controlled to the target value for the normal CI mode according to the engine operating state becomes the target self-ignition timing. Yes. Therefore, after time t4, the throttle opening and the exhaust phase are controlled to the target values for the normal CI mode according to the engine operating state.

以上説明した本実施形態によれば、機関本体1と、機関本体1の燃焼室11に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置2と、燃焼室11内に臨むように配置された点火プラグ16と、燃焼室11内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁36と、機関本体1に設けられた排気弁60の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置6と、機関本体1の温度を検出するための水温センサ219(温度検出器)と、を備える内燃機関100を制御するための電子制御ユニット200(制御装置)が、機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が燃焼室11内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域RR内にあるときに、機関本体1の温度に基づいて、燃料供給装置2を制御すると共に必要に応じて点火プラグ16を制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、自着火運転領域RRにおいて、スロットル弁36の開度を所定開度に制御し、かつ、排気弁60の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が燃焼室11内に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、少なくともスロットル弁36及び排気動弁装置6を制御する吸気制御部と、を備える。   According to the embodiment described above, the engine body 1, the fuel supply device 2 configured to be able to supply fuel to the combustion chamber 11 of the engine body 1, and the fuel supply device 2 arranged so as to face the combustion chamber 11. The spark plug 16, the throttle valve 36 for adjusting the amount of air taken into the combustion chamber 11, and the exhaust valve that is configured to change the opening / closing timing of the exhaust valve 60 provided in the engine body 1. An electronic control unit 200 (control device) for controlling the internal combustion engine 100 that includes the device 6 and a water temperature sensor 219 (temperature detector) for detecting the temperature of the engine body 1 includes an engine rotational speed and an engine load. And the fuel supply device 2 is controlled based on the temperature of the engine main body 1 when the engine operating state determined by the above is in the self-ignition operation region RR in which the premixed gas is compressed and self-ignited and combusted in the combustion chamber 11. In Next, in the combustion control unit for controlling the spark plug 16 to burn the premixed gas and the self-ignition operation region RR, the opening degree of the throttle valve 36 is controlled to a predetermined opening degree, and the opening / closing timing of the exhaust valve 60 is set. A determination unit that determines whether the expected self-ignition timing of the premixed gas is retarded from the target self-ignition timing when a predetermined amount of exhaust gas is controlled to a predetermined opening / closing timing in the combustion chamber 11 at the intake valve closing timing; And an intake control unit that controls at least the throttle valve 36 and the exhaust valve gear 6 based on the determination result of the determination unit.

そして燃焼制御部は、機関本体1の温度が所定の暖機完了温度Tw2よりも低い所定の切替温度Tw1未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、切替温度Tw1以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されている。また吸気制御部は、機関本体1の温度が切替温度Tw1以上であって暖機完了温度Tw2未満の場合に、予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときは、スロットル弁36の開度を所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、排気弁60の開閉時期を所定開閉時期に制御し、機関本体1の温度が暖機完了温度Tw2以上の場合は、スロットル弁36の開度を所定開度に制御するように構成されている。   The combustion control unit flame-combusts the premixed gas when the temperature of the engine body 1 is lower than the predetermined switching temperature Tw1 lower than the predetermined warm-up completion temperature Tw2, and compresses the premixed gas when the temperature is equal to or higher than the switching temperature Tw1. It is configured to self-ignite and burn. In addition, when the temperature of the engine body 1 is equal to or higher than the switching temperature Tw1 and lower than the warm-up completion temperature Tw2, the intake control unit determines that the predicted self-ignition timing is retarded from the target self-ignition timing. The opening of the valve 36 is controlled to an opening smaller than the predetermined opening, and the opening / closing timing of the exhaust valve 60 is controlled to the predetermined opening / closing timing, and when the temperature of the engine body 1 is equal to or higher than the warm-up completion temperature Tw2, the throttle The opening degree of the valve 36 is controlled to a predetermined opening degree.

これにより、機関本体1の温度が切替温度Tw1以上であって暖機完了温度Tw2未満であるときの暖機完了前において、スロットル開度を小さくすることで燃焼室11内に吸入される空気量を減らして筒内ガス中に占める内部EGRガスの割合を高くすることができる。その結果、筒内温度の上昇幅を大きくすることができるので、暖機完了前から筒内温度を要求筒内温度Tignまで昇温させて予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行うことが可能となり、暖機中における燃費の悪化を抑制することができる。 Thus, the amount of air taken into the combustion chamber 11 by reducing the throttle opening before the warm-up completion when the temperature of the engine body 1 is equal to or higher than the switching temperature Tw1 and lower than the warm-up completion temperature Tw2. It is possible to increase the ratio of the internal EGR gas in the in-cylinder gas. As a result, the increase range of the in-cylinder temperature can be increased, so that the in-cylinder temperature is raised to the required in-cylinder temperature Tign before the warming-up is completed, and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion to cause the engine body 1 Thus, it is possible to suppress the deterioration of fuel consumption during warm-up.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

例えば上記の実施形態では、リフト特性切替機構64によって排気弁2度開き動作を実施することで、内部EGRガスを燃焼室11に導入するようにしていたが、内部EGRガスの導入方法はこれに限られるものではない。例えば、リフト特性切替機構64を備えていない場合であっても、可変排気位相機構63によって排気弁閉時期を排気行程中に設定することで、燃焼室11内の排気の一部をそのまま燃焼室11内に残存させるようにしても良い。この場合は、排気弁閉時期を排気上死点から遅角させるほど内部EGRガス量を多くすることができる。   For example, in the above-described embodiment, the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 11 by performing the opening operation of the exhaust valve twice by the lift characteristic switching mechanism 64, but the internal EGR gas is introduced by this method. It is not limited. For example, even if the lift characteristic switching mechanism 64 is not provided, by setting the exhaust valve closing timing during the exhaust stroke by the variable exhaust phase mechanism 63, a part of the exhaust in the combustion chamber 11 is left as it is in the combustion chamber. 11 may be allowed to remain. In this case, the amount of internal EGR gas can be increased as the exhaust valve closing timing is retarded from the exhaust top dead center.

また上記の実施形態では、基本的にスロットル弁36を制御することで吸入空気量の調節を実施していたが、例えば吸気弁50の開閉時期を制御することで調節するようにしても良い。   In the above-described embodiment, the intake air amount is basically adjusted by controlling the throttle valve 36. However, the intake air amount may be adjusted by controlling the opening / closing timing of the intake valve 50, for example.

1 機関本体
2 燃料供給装置
11 燃焼室
16 点火プラグ
20 燃料噴射弁
36 スロットル弁
60 排気弁
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 2 Fuel supply apparatus 11 Combustion chamber 16 Spark plug 20 Fuel injection valve 36 Throttle valve 60 Exhaust valve 100 Internal combustion engine 200 Electronic control unit (control apparatus)

Claims (1)

機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に燃料を供給することができるように構成された燃料供給装置と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室内に吸入される空気量を調節するためのスロットル弁と、
前記機関本体に設けられた排気弁の開閉時期を変更可能に構成された排気動弁装置と、
前記機関本体の温度を検出するための温度検出器と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
機関回転速度と機関負荷とによって定まる機関運転状態が、前記燃焼室内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる自着火運転領域内にあるときに、前記機関本体の温度に基づいて、前記燃料供給装置を制御すると共に必要に応じて前記点火プラグを制御して予混合気を燃焼させる燃焼制御部と、
前記自着火運転領域において、前記スロットル弁の開度を所定開度に制御し、かつ、前記排気弁の開閉時期を吸気弁閉時期に所定量の排気が前記燃焼室に存在する所定開閉時期に制御した場合の予混合気の予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角するかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、少なくとも前記スロットル弁及び前記排気動弁装置を制御する吸気制御部と、
を備え、
前記燃焼制御部は、
前記機関本体の温度が所定の暖機完了温度よりも低い所定の切替温度未満のときには予混合気を火炎伝播燃焼させ、前記切替温度以上のときには予混合気を圧縮自着火燃焼させ、
前記吸気制御部は、
前記機関本体の温度が前記切替温度以上であって前記暖機完了温度未満の場合に、前記予想自着火時期が前記目標自着火時期よりも遅角すると判定されたときは、前記スロットル弁の開度を前記所定開度よりも小さい開度に制御すると共に、前記排気弁の開閉時期を前記所定開閉時期に制御し、
前記機関本体の温度が前記暖機完了温度以上の場合は、前記スロットル弁の開度を前記所定開度に制御する、
内燃機関の制御装置。
The engine body,
A fuel supply device configured to supply fuel to the combustion chamber of the engine body;
A spark plug disposed to face the combustion chamber;
A throttle valve for adjusting the amount of air sucked into the combustion chamber;
An exhaust valve device configured to be able to change the opening and closing timing of the exhaust valve provided in the engine body;
A temperature detector for detecting the temperature of the engine body;
An internal combustion engine control apparatus for controlling an internal combustion engine comprising:
The fuel supply device is based on the temperature of the engine body when the engine operating state determined by the engine speed and the engine load is in a self-ignition operation region in which the premixed gas is compressed and self-ignited and combusted in the combustion chamber. And a combustion control unit for controlling the spark plug as necessary and burning the premixed gas,
In the self-ignition operation region, the opening degree of the throttle valve is controlled to a predetermined opening degree, the opening / closing timing of the exhaust valve is set to the closing timing of the intake valve, and the predetermined opening / closing timing at which a predetermined amount of exhaust exists in the combustion chamber. A determination unit that determines whether or not the expected self-ignition timing of the premixed gas when controlled is retarded from the target self-ignition timing;
An intake control unit that controls at least the throttle valve and the exhaust valve operating device based on a determination result of the determination unit;
With
The combustion control unit
When the temperature of the engine body is lower than a predetermined switching temperature lower than a predetermined warm-up completion temperature, the premixed gas is subjected to flame propagation combustion, and when the temperature is equal to or higher than the switching temperature, the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion,
The intake control unit
When it is determined that the predicted autoignition timing is retarded from the target autoignition timing when the temperature of the engine body is equal to or higher than the switching temperature and lower than the warm-up completion temperature, the throttle valve is opened. The degree of opening is controlled to be smaller than the predetermined opening, and the opening / closing timing of the exhaust valve is controlled to the predetermined opening / closing timing,
When the temperature of the engine body is equal to or higher than the warm-up completion temperature, the opening of the throttle valve is controlled to the predetermined opening.
Control device for internal combustion engine.
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