JP2019039380A - Control device of engine - Google Patents

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Abstract

To detect both of SI knock and CI knock in a time of partial compression ignition combustion.SOLUTION: A control device of an engine includes a detection portion for detecting a parameter relating to noise generated by combustion in a cylinder, and a calculation portion for specifying a SI knock index value having a correlation to SI knock in which an unburnt gas outside of a region in which an air fuel mixture is SI burned, is quickly burnt by abnormal local self-ignition, and a CI knock index value having a correlation to CI knock in which noise of frequency lower than that in occurrence of SI knock generates during CI combustion on the basis of a detection value by the detection portion. The calculation portion specifies the SI knock index value on the basis of the value detected by the detection portion in both of the SI combustion period in which SI combustion occurs and the CI combustion period in which CI combustion occurs, and specifies the CI knock index value on the basis of the value detected by the detection portion during at least the CI combustion period.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行可能なエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control apparatus capable of performing partial compression ignition combustion in which a part of an air-fuel mixture in a cylinder is forcibly subjected to SI combustion by spark ignition and then the remaining air-fuel mixture in the cylinder is subjected to CI combustion by self-ignition. About.

近年、空気と混合されたガソリン燃料を十分に圧縮された気筒内で自着火により燃焼させるHCCI燃焼が注目されているが、このHCCI燃焼は、気温などの外部因子により混合気の着火時期(混合気が自着火する時期)が大きくずれるなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。   In recent years, attention has been paid to HCCI combustion in which gasoline fuel mixed with air is burned by self-ignition in a sufficiently compressed cylinder. This HCCI combustion is based on the ignition timing (mixing) of the mixture due to external factors such as temperature. There is also a problem that control during transient operation in which the load changes suddenly is difficult.

そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼(SI燃焼)させた後に、残りの混合気を自着火により燃焼(CI燃焼)させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。   Therefore, it has been proposed that not all of the air-fuel mixture is combusted by self-ignition, but a part of the air-fuel mixture is combusted by spark ignition using an ignition plug. That is, a part of the air-fuel mixture is forcibly burned by flame propagation (SI combustion) triggered by spark ignition, and the remaining air-fuel mixture is burned by self-ignition (CI combustion). Hereinafter, such combustion is referred to as partial compression ignition combustion.

ただし、部分圧縮着火燃焼では、気筒内でSI燃焼とCI燃焼との双方が行われるので、それぞれの燃焼に起因したノッキング(不快な騒音または振動を生じさせる現象)が起きることが懸念される。すなわち、部分圧縮着火燃焼による運転中は、SI燃焼に起因したノッキングであるSIノックと、CI燃焼に起因したノッキングであるCIノックとがそれぞれ起きる可能性があり、これらSI/CIノックがともに起きないように燃焼を適切に制御する必要がある。   However, in the partial compression ignition combustion, since both SI combustion and CI combustion are performed in the cylinder, there is a concern that knocking (a phenomenon causing unpleasant noise or vibration) due to each combustion may occur. That is, during operation by partial compression ignition combustion, there is a possibility that SI knock, which is knocking due to SI combustion, and CI knock, which is knocking due to CI combustion, respectively, and both these SI / CI knocks occur. It is necessary to control combustion appropriately so that there is no.

ここで、ノッキングを検出する技術の一例として、下記特許文献1のものが知られている。この特許文献1では、ノッキングによる振動が顕著になる特定の期間が含まれるようにノック検出ウィンドウが設定され、このノック検出ウィンドウ内に検出されたエンジンの振動データに基づいてノッキングの発生の有無が判定される。具体的には、上記ノック検出ウィンドウ内の振動データから所定のデジタル信号処理を経て特定周波数の振動レベルのピーク値が抽出され、抽出された当該ピーク値と所定の閾値(ノック判定閾値)とが比較されることによってノッキングの発生の有無が判定される。   Here, the thing of the following patent document 1 is known as an example of the technique which detects knocking. In Patent Document 1, a knock detection window is set so as to include a specific period in which vibration due to knocking is noticeable, and whether or not knocking has occurred is determined based on engine vibration data detected in the knock detection window. Determined. Specifically, a peak value of a vibration level at a specific frequency is extracted from vibration data in the knock detection window through predetermined digital signal processing, and the extracted peak value and a predetermined threshold (knock determination threshold) are obtained. The presence or absence of knocking is determined by comparison.

特許第5839972号公報Japanese Patent No. 5899972

しかしながら、上記特許文献1の技術は、通常の火花点火式エンジンを対象としたものであるため、監視の対象はSIノックだけでよく、これに加えてCIノックも監視することは不要であった。例えば、特許文献1には、振動データを分析するデジタル信号処理としてフィルタを用いるとともに、当該フィルタによって固有周波数(つまりSIノックに対応する周波数)の振動レベルを抽出する例が記載されているが、このような方法を部分圧縮着火燃焼が行われるエンジンに適用した場合には、SIノックを監視することはできても、CIノックを監視することはできない。   However, since the technique of the above-mentioned Patent Document 1 is intended for a normal spark ignition engine, it is only necessary to monitor the SI knock, and in addition to this, it is not necessary to monitor the CI knock. . For example, Patent Document 1 describes an example in which a filter is used as digital signal processing for analyzing vibration data, and a vibration level of a natural frequency (that is, a frequency corresponding to SI knock) is extracted by the filter. When such a method is applied to an engine in which partial compression ignition combustion is performed, the SI knock can be monitored, but the CI knock cannot be monitored.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、部分圧縮着火燃焼時に懸念されるSIノックおよびCIノックの双方を確実に検知することが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides an engine control device capable of reliably detecting both SI knock and CI knock that are concerned during partial compression ignition combustion. With the goal.

前記課題を解決するべく鋭意研究した結果、本願発明者は、SIノックとCIノックでは騒音の周波数が異なることを見出した。具体的には、CIノック発生時の騒音の方がSIノック発生時の騒音よりも周波数が低くなることを見出した。これは、SIノックおよびCIノックの発生原因の相違からくるものであり、エンジンの材質や構造にかかわらず共通に見られる現象である。さらに、本願発明者は、CIノックが起きるのはCI燃焼の期間に限定されるものの、SIノックについては、SI燃焼の期間だけでなくその後に続くCI燃焼の期間でも起き得ることを突き止めた。そして、以上のような知見を前提に、下記の発明を完成させた。   As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventor has found that the frequency of noise differs between SI knock and CI knock. Specifically, the present inventors have found that the noise when CI knock occurs has a lower frequency than the noise when SI knock occurs. This is due to the difference in the cause of the occurrence of SI knock and CI knock, and is a common phenomenon regardless of the engine material and structure. Further, the present inventor has found that although CI knock occurs only during the period of CI combustion, SI knock can occur not only during the SI combustion period but also during the subsequent CI combustion period. And based on the above knowledge, the following invention was completed.

すなわち、本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行されるエンジンの制御装置であって、前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、混合気がSI燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼するSIノックと相関のあるSIノック指標値と、前記SIノックの発生時よりも周波数の低い騒音がCI燃焼中に起きるCIノックと相関のあるCIノック指標値とを、前記検出部による検出値に基づいて特定する演算部とを備え、前記演算部は、SI燃焼が起きているSI燃焼期間およびCI燃焼が起きているCI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値を特定するとともに、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した値に基づいて前記CIノック指標値を特定する、ことを特徴とするものである(請求項1)。   That is, according to the present invention, partial compression ignition combustion in which part of the air-fuel mixture in the cylinder is forcibly SI-combusted by spark ignition and then the remaining air-fuel mixture in the cylinder is CI-combusted by self-ignition is performed at least in part. An engine control apparatus executed in a region, wherein a detection unit that detects a parameter related to noise generated by combustion in the cylinder, and unburned gas outside the region where the air-fuel mixture is SI-combusted are abnormal local self. The SI knock index value correlated with the SI knock that burns rapidly upon ignition, and the CI knock index value correlated with the CI knock generated during the CI combustion when noise having a frequency lower than that of the SI knock is generated. A calculation unit that identifies the detection unit based on a detection value by the unit, and the calculation unit is configured to perform a preceding operation in both an SI combustion period in which SI combustion occurs and a CI combustion period in which CI combustion occurs. The SI knock index value is specified based on a value detected by a detection unit, and the CI knock index value is specified based on a value detected by the detection unit at least during the CI combustion period. (Claim 1).

本発明によれば、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼の実行時、つまり、SI燃焼に起因したSIノックとCI燃焼に起因したCIノックとの双方が懸念される運転時に、SIノックと相関のあるSIノック指標値とCIノックと相関のあるCIノック指標値とが、それぞれ検出部による検出値(騒音に関連するパラメータ)に基づいて特定されるので、これらSIノック指標値およびCIノック指標値を用いた判定によりSIノックおよびCIノックの双方を確実に検知することができる。特に、本発明では、SIノック指標値の特定にあたって、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の双方での検出値が考慮されるので、SIノックがSI燃焼期間およびCI燃焼期間のいずれで起きたとしても、これを見逃すことがない。一方、CIノック指標値を特定する際には少なくともCI燃焼期間中の検出値が考慮されるが、CIノックはCI燃焼期間中にしか起きないので、仮にCI燃焼期間中の検出値のみを考慮したとしても(SI燃焼期間中の検出値を無視したとしても)、やはりCIノックを見逃すことはない。このようにして、本発明によれば、部分圧縮着火燃焼の実行時にSIノックおよびCIノックの双方を見逃すことなく確実に検知することができる。   According to the present invention, at the time of execution of partial compression ignition combustion in which SI combustion and CI combustion are mixed, that is, during an operation in which both SI knock caused by SI combustion and CI knock caused by CI combustion are concerned. Since the SI knock index value correlated with the SI knock and the CI knock index value correlated with the CI knock are specified based on the detection values (parameters related to noise) by the detection unit, these SI knock index values. Both SI knock and CI knock can be reliably detected by the determination using the CI knock index value. In particular, in the present invention, since the detected value in both the SI combustion period and the CI combustion period is taken into account in specifying the SI knock index value, whether SI knock occurs in either the SI combustion period or the CI combustion period. , Never miss this. On the other hand, when the CI knock index value is specified, at least the detection value during the CI combustion period is considered, but since CI knock occurs only during the CI combustion period, only the detection value during the CI combustion period is considered. Even if the detection value during the SI combustion period is ignored, the CI knock will not be missed. In this way, according to the present invention, it is possible to reliably detect both SI knock and CI knock without overlooking when performing partial compression ignition combustion.

好ましくは、前記演算部は、前記SIノック指標値として、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した値に基づいて所定の第1周波数成分の強度を特定するとともに、前記CIノック指標値として、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した値に基づいて前記第1周波数成分よりも周波数の低い第2周波数成分の強度を特定する(請求項2)。   Preferably, the calculation unit specifies the intensity of a predetermined first frequency component based on values detected by the detection unit in both the SI combustion period and the CI combustion period as the SI knock index value, As the CI knock index value, the intensity of the second frequency component having a frequency lower than that of the first frequency component is specified based on at least the value detected by the detection unit during the CI combustion period (claim 2).

この構成によれば、発生原因の異なるSIノックおよびCIノックの程度を、各ノックに対応する異なる周波数成分の強度として精度よく捉えることができる。   According to this configuration, the degree of SI knock and CI knock with different generation causes can be accurately grasped as the intensity of different frequency components corresponding to each knock.

前記構成において、より好ましくは、前記演算部は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより前記第1周波数成分の強度を算出するとともに、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより前記第2周波数成分の強度を算出する(請求項3)。   In the above configuration, more preferably, the calculation unit calculates the intensity of the first frequency component by performing Fourier analysis on the waveform of the detection value detected by the detection unit in both the SI combustion period and the CI combustion period. In addition, the intensity of the second frequency component is calculated by performing Fourier analysis on the waveform of the detection value detected by the detection unit at least during the CI combustion period.

この構成によれば、フーリエ解析を用いて精度よく前記各周波数成分の強度を算出することができる。   According to this configuration, the intensity of each frequency component can be accurately calculated using Fourier analysis.

前記構成において、より好ましくは、前記演算部は、前記検出部が検出した検出値の波形に対し、前記火花点火に起因して生じる点火ノイズを除去するための窓関数を適用し、この窓関数適用後の波形をフーリエ解析する(請求項4)。   In the above configuration, more preferably, the calculation unit applies a window function for removing ignition noise caused by the spark ignition to the waveform of the detection value detected by the detection unit, and this window function. The waveform after application is subjected to Fourier analysis.

この構成によれば、点火ノイズによる余計な周波数成分が抽出されるのを回避できるので、前記各周波数成分の強度をより精度よく算出することができる。   According to this configuration, it is possible to avoid extraction of extra frequency components due to ignition noise, so that the intensity of each frequency component can be calculated with higher accuracy.

好ましくは、前記演算部は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の各々の少なくとも一部と重複しかつ前記気筒への供給燃料の50%質量分が燃焼した時点である燃焼重心を含む所定期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値を特定するとともに、前記所定期間の全部または一部であって前記CI燃焼期間の少なくとも一部と重複する期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記CIノック指標値を特定する(請求項5)。   Preferably, the calculation unit includes a predetermined period including a combustion center of gravity which is a time point that overlaps at least a part of each of the SI combustion period and the CI combustion period and is combusted by 50% mass of fuel supplied to the cylinder. The SI knock index value is specified based on the value detected by the detection unit over a period of time, and the entire period of the predetermined period overlaps at least a part of the CI combustion period. The CI knock index value is specified based on the value detected by the detection unit (Claim 5).

この構成によれば、前段のSI燃焼期間と後段のCI燃焼期間との双方に跨る期間において検出部が検出した値に基づいてSIノック指標値を適正に算出できるとともに、少なくとも後段のCI燃焼期間に重複する期間において検出部が検出した値に基づいてCIノック指標値を適正に算出することができる。   According to this configuration, the SI knock index value can be appropriately calculated based on the value detected by the detection unit in the period spanning both the preceding SI combustion period and the subsequent CI combustion period, and at least the subsequent CI combustion period. It is possible to appropriately calculate the CI knock index value based on the value detected by the detection unit in the period overlapping with.

さらに、前記所定期間は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方と重複する有限かつ一連の期間であってもよく、前記演算部は、前記所定期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値および前記CIノック指標値の双方を特定するものであってもよい(請求項6)。   Further, the predetermined period may be a finite and series of periods overlapping both the SI combustion period and the CI combustion period, and the calculation unit is a value detected by the detection unit over the predetermined period. Both the SI knock index value and the CI knock index value may be specified based on the above (claim 6).

この構成によれば、SIノック指標値およびCIノック指標値の算出にかかる負担を軽減しつつ、SIノックおよびCIノックをそれぞれ確実に検知することができる。   According to this configuration, it is possible to reliably detect the SI knock and the CI knock while reducing the burden on the calculation of the SI knock index value and the CI knock index value.

前記制御装置は、好ましくは、前記演算部により特定された前記SIノック指標値およびCIノック指標値に基づいて少なくとも前記火花点火の時期を調整する燃焼制御部をさらに備える(請求項7)。   Preferably, the control device further includes a combustion control unit that adjusts at least the timing of the spark ignition based on the SI knock index value and the CI knock index value specified by the calculation unit.

この構成によれば、SIノックおよびCIノックのいずれが発生した場合でも、点火時期の調整によってこれを直ちに収束させることができる。   According to this configuration, regardless of whether SI knock or CI knock occurs, it can be immediately converged by adjusting the ignition timing.

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、部分圧縮着火燃焼時に懸念されるSIノックおよびCIノックの双方を確実に検知することができる。   As described above, according to the engine control apparatus of the present invention, it is possible to reliably detect both SI knock and CI knock that are a concern during partial compression ignition combustion.

本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。1 is a system diagram schematically showing an overall configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。It is the figure which showed together sectional drawing of an engine main body, and the top view of a piston. 気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the structure of a cylinder and an intake / exhaust system in the vicinity thereof. エンジンの制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of an engine. エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。It is the map figure which divided the operation area | region of the engine with the difference in the combustion form. エンジンの各運転領域で行われる燃焼制御を概略的に説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating roughly the combustion control performed in each operation area | region of an engine. SPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)時の熱発生率の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the heat release rate at the time of SPCCI combustion (partial compression ignition combustion). SPCCI燃焼時に実行される制御の具体的手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the control performed at the time of SPCCI combustion. 図8のステップS7の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows the specific procedure of control of FIG.8 S7. 図8のステップS3において点火時期を決定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to determine ignition timing in FIG.8 S3. 筒内圧センサにより検出された筒内圧力の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor. 図11の圧力波形に対し適用される窓関数を示すグラフである。It is a graph which shows the window function applied with respect to the pressure waveform of FIG. 図12の窓関数を適用した後に得られる筒内圧力の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the cylinder pressure obtained after applying the window function of FIG. 図13の圧力波形をフーリエ解析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having carried out the Fourier analysis of the pressure waveform of FIG. 図14の周波数スペクトルを1/3オクターブバンド化処理した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having processed the frequency spectrum of FIG. 14 into 1/3 octave band. SI率の種々の定義方法を説明するための図7相当図である。FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 7 for describing various methods of defining the SI rate.

(1)エンジンの全体構成
図1および図2は、本発明の制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流するEGR装置50を備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are views showing a preferred embodiment of an engine to which the control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a four-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a driving power source. The engine body 1, an intake passage 30 through which intake air introduced into the engine body 1 circulates, An exhaust passage 40 through which exhaust gas discharged from the engine body 1 flows and an EGR device 50 that recirculates part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40 to the intake passage 30 are provided.

エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、気筒2を上から閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。エンジン本体1は、典型的には複数の(例えば4つの)気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、1つの気筒2のみに着目して説明を進める。   The engine body 1 is inserted into a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, a cylinder head 4 attached to the upper surface of the cylinder block 3 so as to close the cylinder 2 from above, and a reciprocating slide in the cylinder 2 And a piston 5 which is made. The engine main body 1 is typically of a multi-cylinder type having a plurality of (for example, four) cylinders, but here, for the sake of simplification, the description will be focused on only one cylinder 2.

ピストン5の上方には燃焼室6が画成されており、この燃焼室6には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ15からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室6で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室6に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。   A combustion chamber 6 is defined above the piston 5, and fuel mainly composed of gasoline is supplied to the combustion chamber 6 by injection from an injector 15 described later. The supplied fuel burns while being mixed with air in the combustion chamber 6, and the piston 5 pushed down by the expansion force due to the combustion reciprocates in the vertical direction. In addition, the fuel injected into the combustion chamber 6 should just contain gasoline as a main component, for example, in addition to gasoline, it may contain subcomponents, such as bioethanol.

ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転駆動される。   Below the piston 5, a crankshaft 7 that is an output shaft of the engine body 1 is provided. The crankshaft 7 is connected to the piston 5 via a connecting rod 8 and is rotationally driven around the central axis according to the reciprocating motion (vertical motion) of the piston 5.

気筒2の幾何学的圧縮比、つまりピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するSPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)に好適な値として、13以上30以下に設定される。より詳しくは、気筒2の幾何学的圧縮比は、オクタン価が91程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に14以上17以下に設定し、オクタン価が96程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に15以上18以下に設定するのが好ましい。   The geometric compression ratio of the cylinder 2, that is, the ratio between the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center and the volume of the combustion chamber when the piston 5 is at the bottom dead center is the SPCCI combustion (described later) A value suitable for partial compression ignition combustion) is set to 13 or more and 30 or less. More specifically, the geometric compression ratio of the cylinder 2 is set to 14 or more and 17 or less in the case of a regular specification using a gasoline fuel having an octane number of about 91, and a high-octane specification using a gasoline fuel having an octane number of about 96. In some cases, it is preferably set to 15 or more and 18 or less.

シリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転速度(エンジン回転速度)を検出するクランク角センサSN1が設けられている。   The cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7 and the rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft 7.

シリンダヘッド4には、燃焼室6に開口する吸気ポート9および排気ポート10と、吸気ポート9を開閉する吸気弁11と、排気ポート10を開閉する排気弁12とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図2に示すように、吸気2バルブ×排気2バルブの4バルブ形式である。すなわち、吸気ポート9は、第1吸気ポート9Aおよび第2吸気ポート9Bを有しており、排気ポート10は、第1排気ポート10Aおよび第2排気ポート10Bを有している。吸気弁11は、第1吸気ポート9Aおよび第2吸気ポート9Bをそれぞれ開閉するように合計2つ設けられ、排気弁12は、第1排気ポート10Aおよび第2排気ポート10Bをそれぞれ開閉するように合計2つ設けられている。   The cylinder head 4 is provided with an intake port 9 and an exhaust port 10 that open to the combustion chamber 6, an intake valve 11 that opens and closes the intake port 9, and an exhaust valve 12 that opens and closes the exhaust port 10. The valve type of the engine of this embodiment is a four-valve type of 2 intake valves × 2 exhaust valves as shown in FIG. That is, the intake port 9 has a first intake port 9A and a second intake port 9B, and the exhaust port 10 has a first exhaust port 10A and a second exhaust port 10B. A total of two intake valves 11 are provided so as to open and close the first intake port 9A and the second intake port 9B, respectively, and the exhaust valve 12 opens and closes the first exhaust port 10A and the second exhaust port 10B, respectively. A total of two are provided.

図3に示すように、第2吸気ポート9Bには開閉可能なスワール弁18が設けられている。スワール弁18は、第2吸気ポート9Bにのみ設けられており、第1吸気ポート9Aには設けられていない。このようなスワール弁18が閉方向に駆動されると、スワール弁18が設けられていない第1吸気ポート9Aから燃焼室6に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線の回りを旋回する旋回流(スワール流)を強化することができる。逆に、スワール弁18を開方向に駆動すれば当該旋回流を弱めることができる。   As shown in FIG. 3, a swirl valve 18 that can be opened and closed is provided in the second intake port 9B. The swirl valve 18 is provided only in the second intake port 9B, and is not provided in the first intake port 9A. When such a swirl valve 18 is driven in the closing direction, the ratio of the intake air flowing into the combustion chamber 6 from the first intake port 9A where the swirl valve 18 is not provided increases, and thus the swirl valve 18 turns around the cylinder axis. The swirl flow (swirl flow) can be strengthened. Conversely, the swirl flow can be weakened by driving the swirl valve 18 in the opening direction.

吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構13,14により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts and the like disposed in the cylinder head 4.

吸気弁11用の動弁機構13には、吸気弁11の少なくとも開時期を変更可能な吸気VVT13aが内蔵されている。同様に、排気弁12用の動弁機構14には、排気弁12の少なくとも閉時期を変更可能な排気VVT14aが内蔵されている。これら吸気VVT13aおよび排気VVT14aの制御により、当実施形態では、吸気弁11および排気弁12の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室6に残留する既燃ガス(内部EGRガス)の量を調整することが可能である。なお、吸気VVT13a(排気VVT14a)は、吸気弁11(排気弁12)の開時期(閉時期)を固定したまま閉時期(開時期)のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁11(排気弁12)の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。   The valve operating mechanism 13 for the intake valve 11 incorporates an intake VVT 13a that can change at least the opening timing of the intake valve 11. Similarly, the valve mechanism 14 for the exhaust valve 12 incorporates an exhaust VVT 14a that can change at least the closing timing of the exhaust valve 12. By controlling the intake VVT 13a and the exhaust VVT 14a, in this embodiment, it is possible to adjust the valve overlap period in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are opened across the exhaust top dead center. By adjusting the valve overlap period, the amount of burned gas (internal EGR gas) remaining in the combustion chamber 6 can be adjusted. The intake VVT 13a (exhaust VVT 14a) may be a variable mechanism that changes only the closing timing (opening timing) while fixing the opening timing (closing timing) of the intake valve 11 (exhaust valve 12). A phase-type variable mechanism that simultaneously changes the opening timing and closing timing of the intake valve 11 (exhaust valve 12) may be used.

シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料(主にガソリン)を噴射するインジェクタ15と、インジェクタ15から燃焼室6に噴射された燃料と燃焼室6に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ16とが設けられている。シリンダヘッド4には、さらに、燃焼室6の圧力(以下、筒内圧力ともいう)を検出する筒内圧センサSN2が設けられている。なお、筒内圧センサSN2は請求項にいう「検出部」に相当する。   The cylinder head 4 ignites a mixture of an injector 15 that injects fuel (mainly gasoline) into the combustion chamber 6, and fuel that is injected from the injector 15 into the combustion chamber 6 and air that is introduced into the combustion chamber 6. A spark plug 16 is provided. The cylinder head 4 is further provided with an in-cylinder pressure sensor SN2 that detects the pressure in the combustion chamber 6 (hereinafter also referred to as in-cylinder pressure). The in-cylinder pressure sensor SN2 corresponds to a “detection unit” in the claims.

図2に示すように、ピストン5の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹陥させたキャビティ20が形成されている。キャビティ20の中心部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部20aが形成されており、この隆起部20aを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部とされている。言い換えると、キャビティ20は、隆起部20aを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。また、ピストン5の冠面のうちキャビティ20よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部21とされている。   As shown in FIG. 2, a cavity 20 is formed on the crown surface of the piston 5, in which a relatively wide region including the central portion is recessed on the opposite side (downward) from the cylinder head 4. A substantially conical bulge 20a is formed at the center of the cavity 20 so as to bulge relatively upward, and both sides in the radial direction sandwiching the bulge 20a are recesses each having a bowl-like cross section. . In other words, the cavity 20 is a donut-shaped concave portion in plan view formed so as to surround the raised portion 20a. A region on the outer side in the radial direction from the cavity 20 in the crown surface of the piston 5 is a squish portion 21 formed of an annular flat surface.

インジェクタ15は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である(図2中のFは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している)。インジェクタ15は、その先端部がピストン5の冠面の中心部(隆起部20a)と対向するように設けられている。   The injector 15 is a multi-hole type injector having a plurality of injection holes at the tip thereof, and can inject fuel radially from the plurality of injection holes (F in FIG. Represents the spray of fuel injected from the hole). The injector 15 is provided so that the tip thereof faces the central portion (the raised portion 20 a) of the crown surface of the piston 5.

点火プラグ16は、インジェクタ15に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ16の先端部(電極部)は、キャビティ20と平面視で重複する位置に設定されている。   The spark plug 16 is disposed at a position somewhat shifted to the intake side with respect to the injector 15. The tip (electrode part) of the spark plug 16 is set at a position overlapping the cavity 20 in plan view.

図1に示すように、吸気通路30は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路30の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路30および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。   As shown in FIG. 1, the intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 9. Air (fresh air) taken from the upstream end of the intake passage 30 is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 and the intake port 9.

吸気通路30には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ31と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁32と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機33と、過給機33により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ35と、サージタンク36とが設けられている。   In the intake passage 30, in order from the upstream side thereof, an air cleaner 31 that removes foreign matters in the intake air, an openable / closable throttle valve 32 that adjusts the flow rate of intake air, a supercharger 33 that sends out compressed air, An intercooler 35 that cools the intake air compressed by the feeder 33 and a surge tank 36 are provided.

吸気通路30の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサSN3と、吸気の温度を検出する第1・第2吸気温センサSN4,SN6と、吸気の圧力を検出する第1・第2吸気圧センサSN5,SN7とが設けられている。エアフローセンサSN3および第1吸気温センサSN4は、吸気通路30におけるエアクリーナ31とスロットル弁32との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第1吸気圧センサSN5は、吸気通路30におけるスロットル弁32と過給機33との間(後述するEGR通路51の接続口よりも下流側)の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の圧力を検出する。第2吸気温センサSN6は、吸気通路30における過給機33とインタークーラ35との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。第2吸気圧センサSN7は、サージタンク36に設けられ、当該サージタンク36内の吸気の圧力を検出する。   Each part of the intake passage 30 includes an air flow sensor SN3 that detects the flow rate of intake air, first and second intake air temperature sensors SN4 and SN6 that detect the temperature of intake air, and first and second intake air that detect the pressure of intake air. Barometric pressure sensors SN5 and SN7 are provided. The air flow sensor SN3 and the first intake air temperature sensor SN4 are provided in a portion of the intake passage 30 between the air cleaner 31 and the throttle valve 32, and detect the flow rate and temperature of the intake air passing through the portion. The first intake pressure sensor SN5 is provided in a portion of the intake passage 30 between the throttle valve 32 and the supercharger 33 (downstream from a connection port of an EGR passage 51 described later), and the intake air pressure passing through the portion is reduced. Detect pressure. The second intake air temperature sensor SN6 is provided in a portion of the intake passage 30 between the supercharger 33 and the intercooler 35, and detects the temperature of intake air that passes through the portion. The second intake pressure sensor SN7 is provided in the surge tank 36 and detects the pressure of intake air in the surge tank 36.

過給機33は、エンジン本体1と機械的に連係された機械式の過給機(スーパーチャージャ)である。過給機33の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機33として用いることができる。   The supercharger 33 is a mechanical supercharger (supercharger) mechanically linked to the engine body 1. Although the specific form of the supercharger 33 is not particularly limited, for example, any of the known superchargers such as a Rishorum type, a roots type, or a centrifugal type can be used as the supercharger 33.

過給機33とエンジン本体1との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ34が介設されている。電磁クラッチ34が締結されると、エンジン本体1から過給機33に駆動力が伝達されて、過給機33による過給が行われる。一方、電磁クラッチ34が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機33による過給が停止される。   Between the supercharger 33 and the engine main body 1, an electromagnetic clutch 34 capable of electrically switching between fastening and releasing is interposed. When the electromagnetic clutch 34 is engaged, driving force is transmitted from the engine body 1 to the supercharger 33, and supercharging by the supercharger 33 is performed. On the other hand, when the electromagnetic clutch 34 is released, the transmission of the driving force is interrupted and the supercharging by the supercharger 33 is stopped.

吸気通路30には、過給機33をバイパスするためのバイパス通路38が設けられている。バイパス通路38は、サージタンク36と後述するEGR通路51とを互いに接続している。バイパス通路38には開閉可能なバイパス弁39が設けられている。   The intake passage 30 is provided with a bypass passage 38 for bypassing the supercharger 33. The bypass passage 38 connects the surge tank 36 and an EGR passage 51 described later to each other. A bypass valve 39 that can be opened and closed is provided in the bypass passage 38.

排気通路40は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続されている。燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)は、排気ポート10および排気通路40を通じて外部に排出される。   The exhaust passage 40 is connected to the other side of the cylinder head 4 so as to communicate with the exhaust port 10. Burned gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust port 10 and the exhaust passage 40.

排気通路40には触媒コンバータ41が設けられている。触媒コンバータ41には、排気通路40を流通する排気ガス中に含まれる有害成分(HC、CO、NOx)を浄化するための三元触媒41aと、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するためのGPF(ガソリン・パティキュレート・フィルタ)41bとが内蔵されている。なお、触媒コンバータ41の下流側に、三元触媒やNOx触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。   A catalytic converter 41 is provided in the exhaust passage 40. The catalytic converter 41 includes a three-way catalyst 41a for purifying harmful components (HC, CO, NOx) contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40, and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. And a GPF (gasoline particulate filter) 41b for collecting the gas. Note that another catalytic converter incorporating an appropriate catalyst such as a three-way catalyst or a NOx catalyst may be added downstream of the catalytic converter 41.

EGR装置50は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路51と、EGR通路51に設けられたEGRクーラ52およびEGR弁53とを有している。EGR通路51は、排気通路40における触媒コンバータ41よりも下流側の部分と、吸気通路30におけるスロットル弁32と過給機33との間の部分とを互いに接続している。EGRクーラ52は、EGR通路51を通じて排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(外部EGRガス)を熱交換により冷却する。EGR弁53は、EGRクーラ52よりも下流側(吸気通路30に近い側)のEGR通路51に開閉可能に設けられ、EGR通路51を流通する排気ガスの流量を調整する。   The EGR device 50 includes an EGR passage 51 that connects the exhaust passage 40 and the intake passage 30, and an EGR cooler 52 and an EGR valve 53 that are provided in the EGR passage 51. The EGR passage 51 connects a portion of the exhaust passage 40 downstream of the catalytic converter 41 and a portion of the intake passage 30 between the throttle valve 32 and the supercharger 33. The EGR cooler 52 cools the exhaust gas (external EGR gas) recirculated from the exhaust passage 40 to the intake passage 30 through the EGR passage 51 by heat exchange. The EGR valve 53 is provided so as to be openable and closable in the EGR passage 51 on the downstream side (closer to the intake passage 30) than the EGR cooler 52, and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 51.

EGR通路51には、EGR弁53の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサSN8が設けられている。   The EGR passage 51 is provided with a differential pressure sensor SN8 for detecting a difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the EGR valve 53.

(2)制御系統
図4は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるECU100は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(2) Control System FIG. 4 is a block diagram showing an engine control system. The ECU 100 shown in the figure is a microprocessor for comprehensively controlling the engine, and includes a known CPU, ROM, RAM, and the like.

ECU100には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ECU100は、上述したクランク角センサSN1、筒内圧センサSN2、エアフローセンサSN3、第1・第2吸気温センサSN4,SN6、第1・第2吸気圧センサSN5,SN7、および差圧センサSN8と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報(つまりクランク角、エンジン回転速度、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、EGR弁53の前後差圧等)がECU100に逐次入力されるようになっている。   The ECU 100 receives detection signals from various sensors. For example, the ECU 100 includes the crank angle sensor SN1, the in-cylinder pressure sensor SN2, the air flow sensor SN3, the first / second intake temperature sensors SN4, SN6, the first / second intake pressure sensors SN5, SN7, and the differential pressure sensor SN8. Information detected by these sensors (ie, crank angle, engine speed, in-cylinder pressure, intake air flow rate, intake air temperature, intake air pressure, differential pressure before and after the EGR valve 53, etc.) is detected by the ECU 100. Are input sequentially.

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサSN9が設けられており、このアクセルセンサSN9による検出信号もECU100に入力される。   Further, the vehicle is provided with an accelerator sensor SN9 that detects an opening degree of an accelerator pedal operated by a driver driving the vehicle, and a detection signal from the accelerator sensor SN9 is also input to the ECU 100.

ECU100は、上記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ECU100は、吸気VVT13a、排気VVT14a、インジェクタ15、点火プラグ16、スロットル弁32、電磁クラッチ34、バイパス弁39、およびEGR弁53等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。   The ECU 100 controls each part of the engine while executing various determinations and calculations based on the input signals from the sensors. That is, the ECU 100 is electrically connected to the intake VVT 13a, the exhaust VVT 14a, the injector 15, the spark plug 16, the throttle valve 32, the electromagnetic clutch 34, the bypass valve 39, the EGR valve 53, and the like. Based on this, a control signal is output to each of these devices.

なお、上記のようなECU100は、請求項にいう「演算部」および「燃焼制御部」に相当する。   The ECU 100 as described above corresponds to a “calculation unit” and a “combustion control unit” in the claims.

(3)運転状態に応じた制御
図5は、エンジンの回転速度/負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって4つの運転領域A1〜A4に大別される。それぞれ第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3、第4運転領域A4とすると、第1運転領域A1は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第3運転領域A3は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第4運転領域A4は、回転速度が高い高速領域であり、第2運転領域A2は、第1、第3、第4運転領域A1,A3,A4を除いた残余の領域(言い換えると低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域)である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。
(3) Control According to Operating State FIG. 5 is a map for explaining the difference in control according to the engine speed / load. As shown in the figure, the engine operating region is roughly divided into four operating regions A1 to A4 depending on the combustion mode. Assuming that the first operation region A1, the second operation region A2, the third operation region A3, and the fourth operation region A4, respectively, the first operation region A1 is a low speed / low load region in which both the rotational speed and the load are low. The third operation region A3 is a low speed / high load region where the rotation speed is low and the load is high, the fourth operation region A4 is a high speed region where the rotation speed is high, and the second operation region A2 is the first operation region. The remaining regions excluding the third and fourth operation regions A1, A3, and A4 (in other words, the region combining the low speed / medium load region and the medium speed region). Hereinafter, the combustion mode selected in each operation region will be described in order.

(a)第1運転領域
低速・低負荷の第1運転領域A1では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。具体的に、第1運転領域A1では、過給機33による過給が停止された状態(自然吸気の状態)で、SPCCI燃焼が実行される。なお、SPCCI燃焼における「SPCCI」とは、「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
(A) First operation region In the first operation region A1 of low speed and low load, partial compression ignition combustion (hereinafter referred to as SPCCI combustion) in which SI combustion and CI combustion are mixed is executed. Specifically, in the first operation region A1, SPCCI combustion is performed in a state where supercharging by the supercharger 33 is stopped (a state of natural intake). Note that “SPCCI” in SPCCI combustion is an abbreviation of “Spark Controlled Compression Ignition”.

ここで、SI燃焼とは、点火プラグ16により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、CI燃焼とは、ピストン5の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらSI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。   Here, SI combustion is a mode in which the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 16 and the air-fuel mixture is forcibly burned by flame propagation that expands the combustion region from the ignition point to the surroundings. This is a form in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition in an environment where the temperature of the piston 5 is increased and the pressure is increased. The SPCCI combustion, which is a mixture of SI combustion and CI combustion, SI burns a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 by spark ignition performed in an environment just before the air-fuel mixture self-ignites. This is a combustion mode in which the remaining air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is subjected to CI combustion by self-ignition after combustion (by further increase in temperature and pressure accompanying SI combustion).

SPCCI燃焼では、SI燃焼時の熱発生がCI燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、SPCCI燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、後述する図6または図7に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室6における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時はCI燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、SPCCI燃焼時の熱発生率の波形は、SI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第1熱発生率部と、CI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第2熱発生部とが、この順に連続するように形成される。   In SPCCI combustion, heat generation during SI combustion is gentler than heat generation during CI combustion. For example, in the waveform of the heat generation rate when SPCCI combustion is performed, the rising slope is relatively small as shown in FIG. Further, the pressure fluctuation (dp / dθ) in the combustion chamber 6 is also gentler during SI combustion than during CI combustion. In other words, the waveform of the heat generation rate at the time of SPCCI combustion has a first heat generation rate portion formed by SI combustion with a relatively small rising gradient and a relatively large rising gradient formed by CI combustion. The second heat generation part is formed to be continuous in this order.

SI燃焼によって、燃焼室6内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、CI燃焼が開始される。後述する図6または図7に例示するように、この自着火のタイミング(つまりCI燃焼が開始するタイミング)で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点(図7のX)を有している。   When the temperature and pressure in the combustion chamber 6 are increased by the SI combustion, the unburned mixture is self-ignited and CI combustion is started. As illustrated in FIG. 6 or FIG. 7 described later, the slope of the heat generation rate waveform changes from small to large at the timing of this self-ignition (that is, the timing at which CI combustion starts). That is, the waveform of the heat generation rate in SPCCI combustion has an inflection point (X in FIG. 7) that appears at the timing when CI combustion starts.

CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、CI燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン5の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、CI燃焼時のdp/dθが過大になることが回避される。このように、SPCCI燃焼では、SI燃焼の後にCI燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるdp/dθが過大になり難く、単純なCI燃焼(全ての燃料をCI燃焼させた場合)に比べて燃焼騒音を抑制することができる。   After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. Since CI combustion generates more heat than SI combustion, the heat generation rate is relatively large. However, since CI combustion is performed after the compression top dead center, the slope of the heat generation rate waveform does not become excessive. That is, when the compression top dead center is passed, the motoring pressure is lowered due to the lowering of the piston 5, and as a result, the increase in the heat generation rate is suppressed, so that it is avoided that dp / dθ during CI combustion becomes excessive. The Thus, in SPCCI combustion, due to the nature that CI combustion is performed after SI combustion, dp / dθ, which is an indicator of combustion noise, is unlikely to be excessive, and simple CI combustion (when all fuels are subjected to CI combustion) ), Combustion noise can be suppressed.

CI燃焼の終了に伴いSPCCI燃焼も終了する。CI燃焼はSI燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なSI燃焼(全ての燃料をSI燃焼させた場合)に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、SPCCI燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、SPCCI燃焼では、単純なSI燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。   As the CI combustion ends, the SPCCI combustion also ends. Since CI combustion has a higher combustion speed than SI combustion, the combustion end timing can be advanced compared to simple SI combustion (when all fuels are subjected to SI combustion). In other words, in SPCCI combustion, the combustion end timing can be brought close to the compression top dead center in the expansion stroke. Thereby, in SPCCI combustion, fuel consumption performance can be improved compared with simple SI combustion.

上記のようなSPCCI燃焼を実現するため、第1運転領域A1では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。   In order to realize the SPCCI combustion as described above, in the first operation region A1, each part of the engine is controlled by the ECU 100 as follows.

インジェクタ15は、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第1運転領域A1に含まれる運転ポイントP1において、インジェクタ15は、図6のチャート(a)に示すように、圧縮行程の中期から後期にかけた2回に分けて燃料を噴射する。   The injector 15 injects all or most of the fuel to be injected during one cycle during the compression stroke. For example, at the operation point P1 included in the first operation region A1, the injector 15 injects fuel in two parts from the middle stage to the latter stage of the compression stroke as shown in the chart (a) of FIG.

点火プラグ16は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントP1において、点火プラグ16は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSPCCI燃焼が開始され、燃焼室6内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼(SI燃焼)し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する。   The spark plug 16 ignites the air-fuel mixture in the vicinity of the compression top dead center. For example, at the operating point P1, the spark plug 16 ignites the air-fuel mixture at a timing slightly ahead of the compression top dead center. Then, SPCCI combustion is triggered by this ignition, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is combusted by flame propagation (SI combustion), and then the remaining air-fuel mixture is combusted by self-ignition (CI combustion). .

過給機33はOFF状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が解放されて過給機33とエンジン本体1との連結が解除されるとともに、バイパス弁39が全開とされることにより、過給機33による過給が停止される。   The supercharger 33 is turned off. That is, the electromagnetic clutch 34 is released, the connection between the supercharger 33 and the engine body 1 is released, and the bypass valve 39 is fully opened, whereby the supercharging by the supercharger 33 is stopped.

吸気VVT13aおよび排気VVT14aは、吸気弁11および排気弁12のバルブタイミングを内部EGRを行うためのタイミング、つまり、吸・排気弁11,12の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室6に既燃ガスを残留させる内部EGRが実現され、燃焼室6の温度(圧縮前の初期温度)が高められる。   The intake VVT 13a and the exhaust VVT 14a are valve timings of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 for performing internal EGR, that is, valves that both the intake and exhaust valves 11 and 12 are opened across the exhaust top dead center. The timing is set so that the overlap period is sufficiently formed. Thereby, internal EGR which makes burned gas remain in the combustion chamber 6 is implement | achieved, and the temperature (initial temperature before compression) of the combustion chamber 6 is raised.

スロットル弁32は全開とされる。   The throttle valve 32 is fully opened.

EGR弁53は、燃焼室6内の空気(新気)と燃料との重量比である空燃比(A/F)が予め定められた目標空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第1運転領域A1での目標空燃比は、図5に示される負荷ラインLよりも低負荷側で理論空燃比よりもリーン(λ>1)に、負荷ラインLよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍(λ≒1)に設定される。なお、λとは空気過剰率のことであり、空燃比が理論空燃比(14.7)のときにλ=1となり、理論空燃比よりもリーンなときにλ>1となる。EGR弁53は、上述した目標空燃比に相当する空気(新気)量が燃焼室6に導入されるように、EGR通路51を通じて還流される排気ガス(外部EGRガス)の量を調整する。言い換えると、EGR弁53は、スロットル弁32が全開の場合に燃焼室6に導入される全ガス量から、上記目標空燃比相当の空気量と、内部EGRにより燃焼室6に残留させられる既燃ガスの量とを除いた分のガスが、外部EGRガスとしてEGR通路51から燃焼室6に還流されるように、EGR通路51内の流量を調整する。第1運転領域A1では、上記のように空燃比(A/F)が理論空燃比もしくはこれよりリーンに設定される上に、燃焼室6にEGRガス(外部EGRガスおよび内部EGRガス)が導入されるので、燃焼室6内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比(G/F)は、第1運転領域A1内のいずれにおいてもリーンとなる。   The opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the air-fuel ratio (A / F), which is the weight ratio between the air (fresh air) in the combustion chamber 6 and the fuel, becomes a predetermined target air-fuel ratio. . Specifically, the target air-fuel ratio in the first operation region A1 is leaner (λ> 1) than the stoichiometric air-fuel ratio on the lower load side than the load line L shown in FIG. On the side, the stoichiometric air-fuel ratio or the vicinity thereof (λ≈1) is set. Note that λ is an excess air ratio, λ = 1 when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio (14.7), and λ> 1 when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The EGR valve 53 adjusts the amount of exhaust gas (external EGR gas) recirculated through the EGR passage 51 so that the amount of air (fresh air) corresponding to the target air-fuel ratio described above is introduced into the combustion chamber 6. In other words, the EGR valve 53 uses the amount of air equivalent to the target air-fuel ratio from the total amount of gas introduced into the combustion chamber 6 when the throttle valve 32 is fully open, and the burned fuel that is left in the combustion chamber 6 by the internal EGR. The flow rate in the EGR passage 51 is adjusted so that the amount of gas excluding the amount of gas is recirculated from the EGR passage 51 to the combustion chamber 6 as external EGR gas. In the first operation region A1, the air-fuel ratio (A / F) is set to the stoichiometric air-fuel ratio or leaner as described above, and EGR gas (external EGR gas and internal EGR gas) is introduced into the combustion chamber 6. Therefore, the gas air-fuel ratio (G / F), which is the weight ratio of the total gas in the combustion chamber 6 to the fuel, becomes lean in any of the first operation region A1.

スワール弁18は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室6に導入される吸気は、その全部もしくは大部分が第1吸気ポート9A(スワール弁18が設けられていない側の吸気ポート)からの吸気となるので、燃焼室6内に強いスワール流が形成される。このスワール流は、吸気行程中に成長して、圧縮行程の途中まで残存する。このため、例えば上述した運転ポイントP1のように圧縮行程中に燃料を噴射した場合には、スワール流の作用によって燃料の成層化が実現される。すなわち、スワール流が存在する状況下で圧縮行程の中期以降に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、スワール流が比較的弱い燃焼室6の中央部に集められる。これにより、燃焼室6の中央部の燃料濃度がその外側の領域(外周部)に比べて濃くなるという濃度差が生じ、燃料の成層化が実現される。例えば、燃焼室6の中央部の空燃比が20以上30以下に、燃焼室6の外周部の空燃比が35以上に設定される。   The swirl valve 18 is fully closed or closed to a low opening degree close to full closing. As a result, all or most of the intake air introduced into the combustion chamber 6 becomes intake air from the first intake port 9A (the intake port on the side where the swirl valve 18 is not provided). A strong swirl flow is formed. This swirl flow grows during the intake stroke and remains halfway through the compression stroke. For this reason, for example, when fuel is injected during the compression stroke as in the operation point P1 described above, stratification of the fuel is realized by the action of the swirl flow. That is, when fuel is injected after the middle stage of the compression stroke in a situation where a swirl flow exists, the injected fuel is collected at the center of the combustion chamber 6 where the swirl flow is relatively weak. As a result, a difference in concentration occurs in which the fuel concentration in the central portion of the combustion chamber 6 is higher than that in the outer region (outer peripheral portion), thereby realizing fuel stratification. For example, the air-fuel ratio in the central portion of the combustion chamber 6 is set to 20 or more and 30 or less, and the air-fuel ratio in the outer peripheral portion of the combustion chamber 6 is set to 35 or more.

(b)第2運転領域
第2運転領域A2(低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域)では、過給機33による過給を行いつつ混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。具体的に、このような過給を伴ったSPCCI燃焼を実現するため、第2運転領域A2では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
(B) Second operation region In the second operation region A2 (region combining the low-speed / medium load region and the medium-speed region), control for performing the SPCCI combustion of the air-fuel mixture while supercharging by the supercharger 33 is executed. The Specifically, in order to realize such SPCCI combustion with supercharging, each part of the engine is controlled by the ECU 100 as follows in the second operation region A2.

インジェクタ15は、1サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第2運転領域A2に含まれる運転ポイントP2において、インジェクタ15は、図6のチャート(b)に示すように、比較的多量の燃料を噴射する1回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該1回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する2回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。また、運転ポイントP2よりも高負荷かつ高回転側の運転ポイントP3において、インジェクタ15は、図6のチャート(c)に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。   The injector 15 injects a part of the fuel to be injected during one cycle during the intake stroke and injects the remaining fuel during the compression stroke. For example, at the operation point P2 included in the second operation region A2, the injector 15 performs the first fuel injection during the intake stroke, as shown in the chart (b) of FIG. 6, during the intake stroke. At the same time, the second fuel injection for injecting a smaller amount of fuel than the first fuel injection is performed during the compression stroke. Further, at the operation point P3 at a higher load and higher rotation side than the operation point P2, the injector 15 injects fuel over a series of periods from the intake stroke to the compression stroke as shown in the chart (c) of FIG. .

点火プラグ16は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ16は、上記運転ポイントP2では圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火し(図6のチャート(b))、上記運転ポイントP3では圧縮上死点よりもやや遅角側のタイミングで混合気に点火する(図6のチャート(c))。そして、この点火をきっかけにSPCCI燃焼が開始され、燃焼室6内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼(SI燃焼)し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する。   The spark plug 16 ignites the air-fuel mixture in the vicinity of the compression top dead center. For example, the spark plug 16 ignites the air-fuel mixture at a timing slightly ahead of the compression top dead center at the operating point P2 (chart (b) in FIG. 6), and from the compression top dead center at the operating point P3. The air-fuel mixture is ignited at a slightly retarded timing (chart (c) in FIG. 6). Then, SPCCI combustion is triggered by this ignition, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is combusted by flame propagation (SI combustion), and then the remaining air-fuel mixture is combusted by self-ignition (CI combustion). .

過給機33はON状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が締結されて過給機33とエンジン本体1とが連結されることにより、過給機33による過給が行われる。このとき、第2吸気圧センサSN7により検出されるサージタンク36内の圧力(過給圧)が、運転条件(回転速度/負荷)ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁39の開度が制御される。例えば、バイパス弁39の開度が大きくなるほど、バイパス通路38を通じて過給機33の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、サージタンク36に導入される吸気の圧力つまり過給圧が低くなる。バイパス弁39は、このように吸気の逆流量を調整することにより、過給圧を目標圧力に制御する。   The supercharger 33 is turned on. That is, supercharging by the supercharger 33 is performed by engaging the electromagnetic clutch 34 and connecting the supercharger 33 and the engine body 1. At this time, the bypass valve is set so that the pressure (supercharging pressure) in the surge tank 36 detected by the second intake pressure sensor SN7 matches the target pressure predetermined for each operating condition (rotational speed / load). The opening of 39 is controlled. For example, as the opening degree of the bypass valve 39 increases, the flow rate of the intake air that flows backward to the upstream side of the supercharger 33 through the bypass passage 38 increases, and as a result, the pressure of the intake air introduced into the surge tank 36, that is, the supercharging pressure, becomes lower. Become. The bypass valve 39 controls the supercharging pressure to the target pressure by adjusting the reverse flow rate of the intake air in this way.

吸気VVT13aおよび排気VVT14aは、第2運転領域A2の低負荷側の一部においてのみ内部EGRが行われるように(言い換えると高負荷側では内部EGRが停止されるように)、吸気弁11および排気弁12のバルブタイミングを制御する。   The intake valve 11 and the exhaust VVT 13a and the exhaust VVT 14a are subjected to internal EGR only at a part of the low load side of the second operation region A2 (in other words, the internal EGR is stopped at the high load side). The valve timing of the valve 12 is controlled.

スロットル弁32は全開とされる。   The throttle valve 32 is fully opened.

EGR弁53は、燃焼室6内の空燃比(A/F)が予め定められた目標空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第2運転領域A2での目標空燃比は、負荷ラインL(図5)よりも低負荷側でリーン(λ>1)に、負荷ラインLよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍(λ≒1)に設定される。EGR弁53は、この目標空燃比に相当する空気(新気)量が燃焼室6に導入されるように、EGR通路51を通じて還流される排気ガス(外部EGRガス)の量を調整する。例えば、排気ガスの還流量は、高負荷側ほど少なくなるように調整され、エンジンの最高負荷の近傍においてほぼゼロとされる。言い換えると、燃焼室6内のガス空燃比(G/F)は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。   The opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the air-fuel ratio (A / F) in the combustion chamber 6 becomes a predetermined target air-fuel ratio. Specifically, the target air-fuel ratio in the second operation region A2 is leaner (λ> 1) on the lower load side than the load line L (FIG. 5), or the stoichiometric air-fuel ratio on the higher load side than the load line L or Its vicinity (λ≈1) is set. The EGR valve 53 adjusts the amount of exhaust gas (external EGR gas) recirculated through the EGR passage 51 so that the amount of air (fresh air) corresponding to the target air-fuel ratio is introduced into the combustion chamber 6. For example, the recirculation amount of the exhaust gas is adjusted so as to decrease as the load increases, and is almost zero in the vicinity of the maximum load of the engine. In other words, the gas air-fuel ratio (G / F) in the combustion chamber 6 is all lean except in the vicinity of the maximum engine load.

スワール弁18は全閉とされるか、もしくは全閉/全開を除いた適宜の中間開度まで開かれる。具体的に、スワール弁18は、第2運転領域A2の低負荷側の一部で全閉とされ、残りの高負荷側の領域で中間開度とされる。なお、後者の領域におけるスワール弁18の開度は、負荷が高いほど大きくされる。   The swirl valve 18 is fully closed, or is opened to an appropriate intermediate opening degree other than full close / full open. Specifically, the swirl valve 18 is fully closed in a part on the low load side of the second operation region A2, and is set to an intermediate opening degree in the remaining region on the high load side. In addition, the opening degree of the swirl valve 18 in the latter area | region is enlarged, so that load is high.

(c)第3運転領域
低速・高負荷の第3運転領域A3では、過給機33による過給を行いつつ混合気をSI燃焼させる制御が実行される。具体的に、このような過給を伴ったSI燃焼を実現するため、第3運転領域A3では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
(C) Third operation region In the third operation region A3 of low speed and high load, control for performing SI combustion of the air-fuel mixture while supercharging by the supercharger 33 is executed. Specifically, in order to realize such SI combustion with supercharging, each part of the engine is controlled by the ECU 100 as follows in the third operation region A3.

インジェクタ15は、1サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第3運転領域A3に含まれる運転ポイントP4において、インジェクタ15は、図6のチャート(d)に示すように、比較的多量の燃料を噴射する1回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該1回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する2回目の燃料噴射を圧縮行程の後期(圧縮上死点の直前)に実行する。   The injector 15 injects a part of the fuel to be injected during one cycle during the intake stroke and injects the remaining fuel during the compression stroke. For example, at the operation point P4 included in the third operation region A3, the injector 15 performs the first fuel injection during the intake stroke, as shown in the chart (d) of FIG. 6, during the intake stroke. At the same time, the second fuel injection for injecting a smaller amount of fuel than the first fuel injection is executed in the latter half of the compression stroke (just before the compression top dead center).

点火プラグ16は、例えば圧縮上死点から5〜20°CA程度経過した比較的遅めのタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。なお、第3運転領域A3での点火時期が上記のように遅角されるのは、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を防止するためである。ただし、第3運転領域A3では、2回目の燃料噴射が圧縮行程の後期(圧縮上死点の直前)というかなり遅めのタイミングに設定されるので、点火時期が上記のように遅角されたとしても、点火後の燃焼速度(火炎伝播速度)は比較的速いものになる。すなわち、2回目の燃料噴射から点火までの期間が十分に短いことから、点火時点における燃焼室6内の流動(乱流エネルギー)が比較的強くなり、当該流動を利用して点火後の燃焼速度を速めることができる。これにより、異常燃焼を防止しつつ熱効率を高く維持することができる。   The spark plug 16 ignites the air-fuel mixture at a relatively late timing, for example, when about 5 to 20 ° CA has elapsed from the compression top dead center. Then, the SI combustion is started by this ignition, and all of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is combusted by flame propagation. The reason why the ignition timing in the third operation region A3 is retarded as described above is to prevent abnormal combustion such as knocking and pre-ignition. However, in the third operation region A3, the second fuel injection is set at a rather late timing in the latter half of the compression stroke (immediately before the compression top dead center), so the ignition timing is retarded as described above. Even so, the combustion speed (flame propagation speed) after ignition is relatively high. That is, since the period from the second fuel injection to ignition is sufficiently short, the flow (turbulent energy) in the combustion chamber 6 at the time of ignition becomes relatively strong, and the combustion speed after ignition using the flow is relatively high. Can speed up. Thereby, high thermal efficiency can be maintained while preventing abnormal combustion.

過給機33はON状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が締結されて過給機33とエンジン本体1とが連結されることにより、過給機33による過給が行われる。またこのとき、サージタンク36内の圧力(過給圧)が目標圧力に一致するようにバイパス弁39の開度が制御される。   The supercharger 33 is turned on. That is, supercharging by the supercharger 33 is performed by engaging the electromagnetic clutch 34 and connecting the supercharger 33 and the engine body 1. At this time, the opening degree of the bypass valve 39 is controlled so that the pressure in the surge tank 36 (supercharging pressure) matches the target pressure.

スロットル弁32は全開とされる。   The throttle valve 32 is fully opened.

EGR弁53は、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室6内のガス空燃比(G/F)は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。   The opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the air-fuel ratio (A / F) in the combustion chamber 6 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or slightly richer. On the other hand, the gas air-fuel ratio (G / F) in the combustion chamber 6 is lean except for the vicinity of the maximum engine load.

スワール弁18の開度は、所定の中間開度(例えば50%)またはその近傍値に設定される。   The opening degree of the swirl valve 18 is set to a predetermined intermediate opening degree (for example, 50%) or a value close thereto.

(d)第4運転領域
上記第1〜第3運転領域A1〜A3よりも高速側の第4運転領域A4では、比較的オーソドックスなSI燃焼が実行される。このSI燃焼の実現のために、第4運転領域A4では、ECU100によってエンジンの各部が次のように制御される。
(D) Fourth operation region In the fourth operation region A4 on the higher speed side than the first to third operation regions A1 to A3, relatively orthodox SI combustion is performed. In order to realize this SI combustion, in the fourth operation region A4, each part of the engine is controlled by the ECU 100 as follows.

インジェクタ15は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、第4運転領域A4に含まれる運転ポイントP5において、インジェクタ15は、図6のチャート(e)に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。なお、運転ポイントP5は、かなり高速かつ高負荷の条件であるため、1サイクル中に噴射すべき燃料の量がそもそも多い上に、所要量の燃料を噴射するのに要するクランク角期間が長期化する。運転ポイントP5における燃料の噴射期間が既述の他の運転ポイント(P1〜P4)のいずれよりも長いのはこのためである。   The injector 15 injects at least a predetermined period that overlaps with the intake stroke. For example, at the operation point P5 included in the fourth operation region A4, the injector 15 injects fuel over a series of periods from the intake stroke to the compression stroke, as shown in the chart (e) of FIG. Since the operating point P5 is a condition of a considerably high speed and a high load, the amount of fuel to be injected in one cycle is large in the first place, and the crank angle period required to inject the required amount of fuel is prolonged. To do. This is why the fuel injection period at the operation point P5 is longer than any of the other operation points (P1 to P4) described above.

点火プラグ16は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントP5において、点火プラグ16は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。   The spark plug 16 ignites the air-fuel mixture in the vicinity of the compression top dead center. For example, at the operating point P5, the spark plug 16 ignites the air-fuel mixture at a timing slightly ahead of the compression top dead center. Then, the SI combustion is started by this ignition, and all of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is combusted by flame propagation.

過給機33はON状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が締結されて過給機33とエンジン本体1とが連結されることにより、過給機33による過給が行われる。またこのとき、サージタンク36内の圧力(過給圧)が目標圧力に一致するようにバイパス弁39の開度が制御される。   The supercharger 33 is turned on. That is, supercharging by the supercharger 33 is performed by engaging the electromagnetic clutch 34 and connecting the supercharger 33 and the engine body 1. At this time, the opening degree of the bypass valve 39 is controlled so that the pressure in the surge tank 36 (supercharging pressure) matches the target pressure.

スロットル弁32は全開とされる。   The throttle valve 32 is fully opened.

EGR弁53は、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室6内のガス空燃比(G/F)は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。   The opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the air-fuel ratio (A / F) in the combustion chamber 6 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or slightly richer. On the other hand, the gas air-fuel ratio (G / F) in the combustion chamber 6 is lean except for the vicinity of the maximum engine load.

スワール弁18は全開とされる。これにより、第1吸気ポート9Aだけでなく第2吸気ポート9Bが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。   The swirl valve 18 is fully opened. Thereby, not only the first intake port 9A but also the second intake port 9B is completely opened, and the charging efficiency of the engine is increased.

(4)SI率について
上述したように、当実施形態では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼が第1運転領域A1および第2運転領域A2において実行されるが、このSPCCI燃焼では、SI燃焼とCI燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要になる。
(4) About SI rate As mentioned above, in this embodiment, SPCCI combustion which mixed SI combustion and CI combustion is performed in the 1st operation field A1 and the 2nd operation field A2, but in this SPCCI combustion, It is important to control the ratio of SI combustion and CI combustion according to operating conditions.

ここで、当実施形態では、上記比率として、SPCCI燃焼(SI燃焼およびCI燃焼)による全熱発生量に対するSI燃焼による熱発生量の割合であるSI率を用いる。図7は、このSI率を説明するための図であり、SPCCI燃焼が起きたときの熱発生率(J/deg)のクランク角による変化を示している。図7の波形における変曲点Xは、燃焼形態がSI燃焼からCI燃焼に切り替わるときに現れる変曲点であり、この変曲点Xに対応するクランク角θciを、CI燃焼の開始時期と定義することができる。そして、このθci(CI燃焼の開始時期)よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積Q1をSI燃焼による熱発生量とし、θciよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Q2をCI燃焼による熱発生率とする。これにより、(SI燃焼による熱発生量)/(SPCCI燃焼による熱発生量)で定義される上述したSI率は、上記各面積Q1,Q2を用いて、Q1/(Q1+Q2)で表すことができる。つまり、当実施形態では、SI率=Q1/(Q1+Q2)である。   Here, in the present embodiment, the SI ratio that is the ratio of the heat generation amount by SI combustion to the total heat generation amount by SPCCI combustion (SI combustion and CI combustion) is used as the ratio. FIG. 7 is a diagram for explaining the SI rate, and shows a change in the heat generation rate (J / deg) depending on the crank angle when the SPCCI combustion occurs. The inflection point X in the waveform of FIG. 7 is an inflection point that appears when the combustion mode is switched from SI combustion to CI combustion, and the crank angle θci corresponding to this inflection point X is defined as the start timing of CI combustion. can do. Then, the area Q1 of the waveform of the heat generation rate located on the advance side with respect to θci (CI combustion start timing) is defined as the heat generation amount by SI combustion, and the waveform of the heat generation rate located on the retard side with respect to θci. Is defined as the heat generation rate by CI combustion. Thereby, the above-mentioned SI rate defined by (heat generation amount by SI combustion) / (heat generation amount by SPCCI combustion) can be expressed by Q1 / (Q1 + Q2) using the areas Q1 and Q2. . That is, in this embodiment, the SI rate = Q1 / (Q1 + Q2).

CI燃焼の場合は混合気が自着火により同時多発的に燃焼するため、火炎伝播によるSI燃焼と比べて熱発生率が高くなり易く、大きな騒音が発生し易い。このため、SPCCI燃焼におけるSI率(=Q1/(Q1+Q2))は、総じて、負荷が高いほど大きくすることが望ましい。これは、負荷が高い場合は低い場合に比べて、燃料の噴射量が多く燃焼室6内でのトータルの熱発生量が大きいため、SI率を小さくする(つまりCI燃焼の割合を増やす)と大きな騒音が発生するからである。逆に、CI燃焼は熱効率の面では優れているため、騒音が問題にならない限り、できるだけ多くの燃料をCI燃焼させるのが好ましい。このため、SPCCI燃焼におけるSI率は、総じて、負荷が低いほど小さくする(つまりCI燃焼の割合を増やす)ことが望ましい。このような観点から、当実施形態では、負荷が高いほどSI率が大きくなるように(言い換えると負荷が低いほどSI率が小さくなるように)、目標とするSI率(目標SI率)がエンジンの運転条件に応じて予め定められており、この目標SI率が実現されるように、点火時期、燃料の噴射量/噴射時期、および筒内状態量といった制御量の目標値がそれぞれ定められている。なお、ここでいう筒内状態量とは、例えば、燃焼室6内の温度やEGR率等である。EGR率には、燃焼室6内の全ガスに対する外部EGRガス(EGR通路51を通じて燃焼室6に還流される排気ガス)の割合である外部EGR率と、燃焼室6内の全ガスに対する内部EGRガス(燃焼室6に残留する既燃ガス)の割合である内部EGR率とが含まれる。   In the case of CI combustion, the air-fuel mixture is simultaneously and frequently burned by self-ignition, so that the heat generation rate is likely to be higher than that of SI combustion by flame propagation, and large noise is likely to be generated. For this reason, it is desirable that the SI rate (= Q1 / (Q1 + Q2)) in SPCCI combustion generally increases as the load increases. This is because when the load is high, the amount of fuel injected is large and the total amount of heat generated in the combustion chamber 6 is large, so the SI rate is reduced (that is, the rate of CI combustion is increased). This is because a large noise is generated. On the contrary, since CI combustion is excellent in terms of thermal efficiency, it is preferable to perform CI combustion with as much fuel as possible unless noise becomes a problem. For this reason, it is desirable that the SI rate in SPCCI combustion is generally smaller as the load is lower (that is, the rate of CI combustion is increased). From this point of view, in this embodiment, the target SI rate (target SI rate) is the engine so that the SI rate increases as the load increases (in other words, the SI rate decreases as the load decreases). The target values of the control amounts such as the ignition timing, the fuel injection amount / injection timing, and the in-cylinder state amount are respectively determined so as to realize this target SI rate. Yes. Note that the in-cylinder state quantity referred to here is, for example, the temperature in the combustion chamber 6 or the EGR rate. The EGR rate includes the external EGR rate that is the ratio of the external EGR gas (exhaust gas recirculated to the combustion chamber 6 through the EGR passage 51) to the total gas in the combustion chamber 6, and the internal EGR to the total gas in the combustion chamber 6. The internal EGR rate which is the ratio of gas (burned gas remaining in the combustion chamber 6) is included.

例えば、点火時期が進角されるほど、多くの燃料がSI燃焼により燃焼することになり、SI率が高くなる。また、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がCI燃焼により燃焼することになり、SI率が低くなる。あるいは、燃焼室6の温度が高くなるほど、多くの燃料がCI燃焼により燃焼することになり、SI率が低くなる。   For example, the more the ignition timing is advanced, the more fuel is burned by SI combustion, and the SI rate increases. Further, as the fuel injection timing is advanced, more fuel is burned by CI combustion, and the SI rate is lowered. Alternatively, the higher the temperature of the combustion chamber 6, the more fuel is burned by CI combustion, and the SI rate is lowered.

上記のような傾向に基づいて、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量/噴射時期、および筒内状態量(温度、EGR率等)の各目標値が、上述した目標SI率を実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。SPCCI燃焼による運転時(つまり第1・第2運転領域A1,A2での運転時)、ECU100は、これら制御量の目標値に基づいて、インジェクタ15、点火プラグ16、EGR弁53、吸・排気VVT13a,14a等を制御する。例えば、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ16を制御するとともに、燃料の噴射量/噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ15を制御する。また、燃焼室6の温度およびEGR率の各目標値に基づいてEGR弁53および吸・排気VVT13a,14aを制御し、EGR通路51を通じた排気ガス(外部EGRガス)の還流量や内部EGRによる既燃ガス(内部EGRガス)の残留量を調整する。   Based on the above trends, in this embodiment, the target values of the ignition timing, the fuel injection amount / injection timing, and the in-cylinder state quantity (temperature, EGR rate, etc.) realize the target SI rate described above. It is predetermined for each operating condition so as to be a possible combination. During operation by SPCCI combustion (that is, during operation in the first and second operation regions A1 and A2), the ECU 100 determines the injector 15, spark plug 16, EGR valve 53, intake / exhaust based on the target values of these control amounts. The VVT 13a, 14a, etc. are controlled. For example, the ignition plug 16 is controlled based on the target value of the ignition timing, and the injector 15 is controlled based on the target value of the fuel injection amount / injection timing. Further, the EGR valve 53 and the intake / exhaust VVTs 13a and 14a are controlled based on the target values of the temperature of the combustion chamber 6 and the EGR rate, and the exhaust gas (external EGR gas) recirculation amount through the EGR passage 51 and the internal EGR. Adjust the residual amount of burnt gas (internal EGR gas).

(5)ノッキング回避制御
ここで、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼では、SI燃焼およびCI燃焼のそれぞれに起因したノッキングが起きる可能性がある。SI燃焼に起因したノッキングをSIノック、CI燃焼に起因したノッキングをCIノックとすると、SIノックとは、混合気がSI燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火(正常なCI燃焼とは明確に異なる局所自着火)により急速燃焼する現象のことであり、CIノックとは、CI燃焼による圧力変動に起因してエンジンの主要部品(シリンダブロック/ヘッド、ピストン、クランクジャーナル部など)が共振する現象のことである。SIノックは、局所自着火により燃焼室6内で気柱振動が起きることにより、約6.3kHzの周波数をもった大きな騒音として出現する。一方、CIノックは、上記エンジンの主要部品の共振が起きることにより、約1〜4kHzの周波数(より厳密には当該範囲に含まれる複数の周波数)をもった大きな騒音として出現する。このように、SIノックとCIノックとは、異なる原因に起因した異なる周波数の騒音として出現するものであり、CIノック時の騒音の周波数の方が、SIノック時の騒音の周波数よりも低くなる。
(5) Knocking avoidance control Here, in SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are mixed, knocking due to each of SI combustion and CI combustion may occur. When knocking due to SI combustion is SI knock, and knocking due to CI combustion is CI knock, SI knock is an abnormal local self-ignition (normal CI) in which the unburned gas outside the region where the air-fuel mixture is SI burned. CI knock is a phenomenon of rapid combustion due to local auto-ignition that is distinctly different from combustion. ) Is a phenomenon that resonates. The SI knock appears as a large noise having a frequency of about 6.3 kHz due to air column vibrations occurring in the combustion chamber 6 due to local self-ignition. On the other hand, CI knock appears as a loud noise having a frequency of about 1 to 4 kHz (more strictly, a plurality of frequencies included in the range) due to resonance of the main components of the engine. Thus, SI knock and CI knock appear as noises of different frequencies due to different causes, and the frequency of noise at the time of CI knock is lower than the frequency of noise at the time of SI knock. .

上記のようなSIノックおよびCIノックは、いずれも、車室内の乗員に耳障りな騒音として検知されるため、SIノックとCIノックとが少なくとも継続的に起きないようにSPCCI燃焼を制御する必要がある。そこで、当実施形態では、SIノックと相関のあるSIノック指標値と、CIノックと相関のあるCIノック指標値とを、筒内圧センサSN2の検出値に基づいて特定し、特定した各ノック指標値に基づいてSPCCI燃焼を制御する。なお、当実施形態において、SIノック指標値とは、SIノックの発生に伴い増大する6.3kHz付近の騒音を代表する値であり、CIノック指標値とは、CIノックの発生に伴い増大する1〜4kHz付近の騒音を代表する値である。これら各ノック指標値は、後で詳しく述べるように、筒内圧センサSN2による検出波形をフーリエ変換することにより算出される。   Since both the SI knock and the CI knock as described above are detected as noise that is annoying to the passengers in the passenger compartment, it is necessary to control the SPCCI combustion so that the SI knock and the CI knock do not occur at least continuously. is there. Therefore, in the present embodiment, the SI knock index value correlated with the SI knock and the CI knock index value correlated with the CI knock are identified based on the detected value of the in-cylinder pressure sensor SN2, and each identified knock index. SPCCI combustion is controlled based on the value. In the present embodiment, the SI knock index value is a value representing noise around 6.3 kHz that increases with the occurrence of SI knock, and the CI knock index value increases with the occurrence of CI knock. This value is representative of noise in the vicinity of 1 to 4 kHz. Each of these knock index values is calculated by Fourier transforming the waveform detected by the in-cylinder pressure sensor SN2, as will be described in detail later.

図8は、SPCCI燃焼時、つまり図5に示した第1運転領域A1および第2運転領域A2での運転時にECU100によって行われる制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ECU100は、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサSN9の検出値(アクセル開度)やエアフローセンサSN3の検出値(吸気流量)等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、インジェクタ15からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する(ステップS1)。なお、上記(4)で説明したとおり、当実施形態では、エンジンの運転条件に応じて目標SI率が予め定められているとともに、この目標SI率を実現するための燃料の噴射量/噴射時期がエンジンの運転条件ごとに予め定められている。上記ステップS1で決定される燃料の噴射量/噴射時期は、この目標SI率を実現するための噴射量/噴射時期である。   FIG. 8 is a flowchart showing a specific procedure of control performed by ECU 100 during SPCCI combustion, that is, during operation in first operation region A1 and second operation region A2 shown in FIG. When the control shown in this flowchart is started, the ECU 100 specifies the engine rotational speed detected by the crank angle sensor SN1, the detected value (accelerator opening) of the accelerator sensor SN9, the detected value (intake flow rate) of the airflow sensor SN3, and the like. Based on the engine load to be performed, the fuel injection amount and injection timing from the injector 15 are determined (step S1). As described in (4) above, in this embodiment, the target SI rate is determined in advance according to the engine operating conditions, and the fuel injection amount / injection timing for realizing the target SI rate. Is predetermined for each engine operating condition. The fuel injection amount / injection timing determined in step S1 is the injection amount / injection timing for realizing the target SI rate.

次いで、ECU100は、クランク角センサSN1の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する(ステップS2)。この特定クランク角は、点火プラグ16による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、例えば圧縮上死点前60°CA程度に定められている。   Next, ECU 100 determines whether or not a predetermined specific crank angle has arrived based on the detection value of crank angle sensor SN1 (step S2). The specific crank angle is predetermined as a timing for determining the ignition timing by the spark plug 16, and is set to, for example, about 60 ° CA before compression top dead center.

上記ステップS2でYESと判定されて特定クランク角が到来したことが確認された場合、ECU100は、点火プラグによる点火時期を決定する(ステップS3)。ここで、当実施形態では、エンジンの運転条件ごとに、目標SI率と、当該目標SI率を実現するための点火時期の目標値が予め定められているので、この目標値を基準に点火時期を決定することができる。ただし、当該目標値は、目標通りの筒内状態量(温度、EGR率等)が達成され、かつSIノックおよびCIノックの双方が起きていない状況下でしか採用することができない。言い換えると、筒内状態量やSI/CIノックの有無によっては、点火時期を目標値からずらす(補正する)必要がある。上記ステップS3では、このような観点から点火時期を補正する。   When it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the specific crank angle has arrived, the ECU 100 determines the ignition timing by the spark plug (step S3). Here, in this embodiment, since the target SI rate and the target value of the ignition timing for realizing the target SI rate are determined in advance for each engine operating condition, the ignition timing is based on this target value. Can be determined. However, the target value can be used only under the condition that the in-cylinder state quantity (temperature, EGR rate, etc.) is achieved as desired and neither SI knock nor CI knock occurs. In other words, it is necessary to shift (correct) the ignition timing from the target value depending on the in-cylinder state quantity and the presence / absence of SI / CI knock. In step S3, the ignition timing is corrected from such a viewpoint.

図10は、上記ステップS3での点火時期の決定方法を説明するための図である。本図に示すように、上記ステップS3では、第2吸気温センサSN6、第2吸気圧センサSN7、差圧センサSN8等の検出値に基づいて、上記特定クランク角時点での筒内状態量(温度、EGR率等)が予測される。そして、この予測された筒内状態量と、運転条件ごとに定められた筒内状態量の目標値とのずれ量が調べられ、このずれ量に基づいて、点火時期を目標値からどれだけ補正すべきかが決定される。以下では、このように点火時期の目標値と筒内状態量とに基づいて決定される点火時期を標準点火時期という。   FIG. 10 is a diagram for explaining a method of determining the ignition timing in step S3. As shown in the figure, in step S3, the in-cylinder state quantity at the specific crank angle point (based on the detected values of the second intake temperature sensor SN6, the second intake pressure sensor SN7, the differential pressure sensor SN8, etc.) Temperature, EGR rate, etc.) are predicted. Then, the amount of deviation between the predicted in-cylinder state quantity and the target value of the in-cylinder state quantity determined for each operating condition is examined, and based on this deviation quantity, how much the ignition timing is corrected from the target value. It is decided whether to do it. Hereinafter, the ignition timing determined based on the target value of the ignition timing and the in-cylinder state quantity will be referred to as a standard ignition timing.

さらに、SIノックおよびCIノックの少なくとも一方が起きている場合(つまり後述するステップS8〜S10のいずれかでYESと判定された場合)は、点火時期を上記標準点火時期よりもリタード(遅角)させる必要がある。このときのリタード補正量としては、後述するステップS11〜S13で決定されるリタード補正量が採用される。そして、このリタード補正量の分だけ上記標準点火時期からリタードさせた時期が、最終的な点火時期として決定される。なお、SIノックおよびCIノックの双方が起きていない場合は、標準点火時期がそのまま点火時期(最終点火時期)として採用される。   Further, when at least one of SI knock and CI knock occurs (that is, when YES is determined in any of steps S8 to S10 described later), the ignition timing is retarded (retarded) from the standard ignition timing. It is necessary to let As the retard correction amount at this time, the retard correction amount determined in steps S11 to S13 described later is employed. Then, a timing obtained by retarding the standard ignition timing by the retard correction amount is determined as the final ignition timing. When neither SI knock nor CI knock occurs, the standard ignition timing is adopted as it is as the ignition timing (final ignition timing).

以上のようにして点火時期が決定されると、ECU100は、上記ステップS1で決定された燃料の噴射量/噴射時期と、上記ステップS3で決定された点火時期と、上記特定クランク角時点での筒内状態量およびエンジン回転速度とに基づいて、1サイクル中に燃焼室6に噴射される燃料のうちその半分の質量に相当する燃料(50%質量分)が燃焼した時点である燃焼重心を予測する(ステップS4)。このステップS4の予測処理は、予め用意された予測モデルに基づいて行われる。   When the ignition timing is determined as described above, ECU 100 determines the fuel injection amount / injection timing determined in step S1, the ignition timing determined in step S3, and the specific crank angle point. Based on the in-cylinder state quantity and the engine rotational speed, the combustion center of gravity at the time when the fuel (50% mass) corresponding to half the mass of the fuel injected into the combustion chamber 6 during one cycle burns is calculated. Prediction is made (step S4). The prediction process in step S4 is performed based on a prediction model prepared in advance.

次いで、ECU100は、上記ステップS7で予測された燃焼重心を含む所定期間を、後述するステップS10のSI/CIノック指標値算出のために筒内圧力を検出する期間として決定する(ステップS5)。この筒内圧力を検出する期間(以下、検出期間という)は、上記燃焼重心を含む有限かつ一連の期間となるように定められる。検出期間は、時間を基準に設定される期間であってもよいし、クランク角を基準に設定される期間であってもよい。クランク角を基準とする場合、例えば、燃焼重心から40°CAだけ進角したクランク角から40°CAだけ遅角したクランク角までの間を上記検出期間として決定することができる(後述する図11参照)。   Next, the ECU 100 determines the predetermined period including the combustion center of gravity predicted in step S7 as a period for detecting the in-cylinder pressure for SI / CI knock index value calculation in step S10 described later (step S5). A period for detecting the in-cylinder pressure (hereinafter referred to as a detection period) is determined to be a finite and series of periods including the combustion center of gravity. The detection period may be a period set based on time, or may be a period set based on the crank angle. When the crank angle is used as a reference, for example, the period from the crank angle advanced by 40 ° CA from the combustion center of gravity to the crank angle delayed by 40 ° CA can be determined as the detection period (see FIG. 11 described later). reference).

上記のように燃焼重心を含むように決定された検出期間は、前段のSI燃焼が起きている期間(以下、これをSI燃焼期間という)と、後段のCI燃焼が起きている期間(以下、これをCI燃焼期間という)との双方に跨る期間となる。言い換えると、当実施形態における検出期間は、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の各々の少なくとも一部と重複しかつ燃焼重心を含む有限かつ一連の期間とされる。   The detection period determined to include the combustion center of gravity as described above includes a period in which the previous stage SI combustion occurs (hereinafter referred to as an SI combustion period) and a period in which the subsequent stage CI combustion occurs (hereinafter, referred to as “SI combustion period”). This is a period spanning both the CI combustion period). In other words, the detection period in this embodiment is a finite and series of periods that overlaps at least a part of each of the SI combustion period and the CI combustion period and includes the combustion center of gravity.

次いで、ECU100は、上記ステップS3で決定された点火時期にて点火プラグ16に点火を行わせ、この点火をきっかけに混合気をSPCCI燃焼させる(ステップS6)。   Next, the ECU 100 causes the spark plug 16 to ignite at the ignition timing determined in step S3, and causes the air-fuel mixture to undergo SPCCI combustion using this ignition (step S6).

次いで、ECU100は、上記ステップS5で決定された検出期間中に筒内圧センサSN2により検出された筒内圧力の波形に基づいて、SIノック指標値およびCIノック指標値をそれぞれ算出する(ステップS7)。   Next, ECU 100 calculates an SI knock index value and a CI knock index value based on the in-cylinder pressure waveform detected by in-cylinder pressure sensor SN2 during the detection period determined in step S5 (step S7). .

図9は、SI/CIノック指標値を算出する上記ステップS7の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、ECU100は、上記検出期間中に筒内圧センサSN2により検出された筒内圧力の波形を読み込む(ステップS21)。   FIG. 9 is a subroutine showing a specific procedure of the control in step S7 for calculating the SI / CI knock index value. When the control shown in this subroutine starts, the ECU 100 reads the in-cylinder pressure waveform detected by the in-cylinder pressure sensor SN2 during the detection period (step S21).

図11は、上記ステップS21で読み込まれた筒内圧力の波形の一例を示すグラフである。なお、グラフの横軸に表示されるクランク角は、圧縮上死点を0°CAとした場合のクランク角(deg.ATDC)である。この例において、燃焼重心はATDC20°CA付近と予測されており、この燃焼重心の前後の40°CAを合わせた期間(ATDC−20°CAからATDC60°CAまでの期間)が検出期間とされている。このような範囲に検出期間が設定された場合、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の全部または大部分が検出期間に含まれることになる(図11の場合はSI/CI燃焼期間の全部が検出期間に含まれている)。なお、この図11のグラフにおいて圧縮上死点の少し手前に現れているノイズ波形は、点火プラグ16による点火に起因して生じた点火ノイズである。   FIG. 11 is a graph showing an example of the in-cylinder pressure waveform read in step S21. The crank angle displayed on the horizontal axis of the graph is the crank angle (deg. ATDC) when the compression top dead center is 0 ° CA. In this example, the combustion center of gravity is predicted to be in the vicinity of ATDC 20 ° CA, and a period (a period from ATDC-20 ° CA to ATDC 60 ° CA) including 40 ° CA before and after the combustion center of gravity is set as the detection period. Yes. When the detection period is set in such a range, all or most of the SI combustion period and the CI combustion period are included in the detection period (in the case of FIG. 11, the entire SI / CI combustion period is the detection period). Included). Note that the noise waveform appearing just before the compression top dead center in the graph of FIG. 11 is ignition noise caused by ignition by the ignition plug 16.

次いで、ECU100は、上記ステップS21で読み込まれた筒内圧力の波形に対し所定の窓関数を適用し、点火ノイズを除去する(ステップS22)。   Next, the ECU 100 applies a predetermined window function to the in-cylinder pressure waveform read in step S21 to remove ignition noise (step S22).

図12は、上記ステップS22で用いられる窓関数(以下、点火ノイズ除去窓関数という)を示すグラフである。この図12のグラフでは、点火ノイズ除去窓関数を実線で示す一方、フーリエ解析において一般的に用いられる窓関数(いわゆるハニング窓関数)を一点鎖線で示している。両者の比較から明らかなように、点火ノイズ除去窓関数は、ハニング窓関数と異なり、点火時期の前後の所定期間に亘って関数値がゼロとなるように改変されている。このような点火ノイズ除去窓関数を図11の圧力波形に適用することにより、図13において実線で示すように、点火ノイズが除去された圧力波形が得られることになる。なお、図13の一点鎖線の波形は、上述したハニング窓関数を適用した場合の圧力波形であり、この場合は点火ノイズが残っていることが分かる。   FIG. 12 is a graph showing the window function (hereinafter referred to as ignition noise removal window function) used in step S22. In the graph of FIG. 12, the ignition noise elimination window function is indicated by a solid line, while the window function generally used in Fourier analysis (so-called Hanning window function) is indicated by a one-dot chain line. As is apparent from the comparison between the two, the ignition noise elimination window function is modified so that the function value becomes zero over a predetermined period before and after the ignition timing, unlike the Hanning window function. By applying such an ignition noise elimination window function to the pressure waveform of FIG. 11, a pressure waveform from which ignition noise has been removed is obtained as shown by a solid line in FIG. In addition, the waveform of the dashed-dotted line of FIG. 13 is a pressure waveform at the time of applying the Hanning window function mentioned above, and it turns out that ignition noise remains in this case.

次いで、ECU100は、図13に実線で示した圧力波形、つまり筒内圧力の検出波形に点火ノイズ除去窓関数を適用して得られた波形をフーリエ解析し、周波数成分ごとの振幅を求める(ステップS23)。図14は、このフーリエ解析により得られた周波数スペクトルを示すグラフである。このグラフに示すように、上記ステップS23による解析結果、つまり点火ノイズ除去関数の適用後の波形をフーリエ解析して得られるスペクトル(実線)は、ハニング窓関数を適用した場合のスペクトル(破線)と比較して、各周波数成分の振幅が大きく異なっていることが分かる。すなわち、点火ノイズ除去関数を適用してからフーリエ解析する当実施形態の方法によれば、点火ノイズに起因した余計な周波数成分が混じることがなく、筒内圧力の波形における本来の周波数成分を正確に抽出できている。   Next, the ECU 100 performs Fourier analysis on the pressure waveform indicated by the solid line in FIG. 13, that is, the waveform obtained by applying the ignition noise removal window function to the detected waveform of the in-cylinder pressure, and obtains the amplitude for each frequency component (step) S23). FIG. 14 is a graph showing a frequency spectrum obtained by this Fourier analysis. As shown in this graph, the analysis result in step S23, that is, the spectrum (solid line) obtained by Fourier analysis of the waveform after application of the ignition noise removal function is the spectrum (dashed line) when the Hanning window function is applied. In comparison, it can be seen that the amplitude of each frequency component is greatly different. That is, according to the method of this embodiment in which the Fourier analysis is performed after the ignition noise elimination function is applied, an unnecessary frequency component due to the ignition noise is not mixed, and the original frequency component in the in-cylinder pressure waveform is accurately obtained. Can be extracted.

次いで、ECU100は、上記ステップS23によるフーリエ解析の結果(周波数スペクトル)を1/3オクターブバンド化処理する(ステップS24)。1/3オクターブバンド化処理とは、周波数スペクトルの各オクターブ領域(ある周波数からその2倍の周波数までの領域)をそれぞれ3分割し、各分割帯域の筒内圧レベル(CPL)を算出する処理のことである。これにより、例えば図15に示すように、‥‥1kHz、1.25kHz、1.6kHz、2kHz、2.5kHz、3.15kHz、4kHz、5kHz、6.3kHz、8.0kHz‥‥をそれぞれ中心周波数とする各帯域の筒内圧レベルが特定されることになる。   Next, the ECU 100 subjects the result (frequency spectrum) of the Fourier analysis in step S23 to 1/3 octave banding (step S24). The 1/3 octave banding process is a process of dividing each octave region of the frequency spectrum (region from a certain frequency to twice that frequency) into three, and calculating the in-cylinder pressure level (CPL) of each divided band. That is. Accordingly, as shown in FIG. 15, for example, 1 kHz, 1.25 kHz, 1.6 kHz, 2 kHz, 2.5 kHz, 3.15 kHz, 4 kHz, 5 kHz, 6.3 kHz, and 8.0 kHz are center frequencies. The in-cylinder pressure level of each band is specified.

次いで、ECU100は、上記ステップS24による1/3オクターブバンド化処理の結果(図15)に基づいて、SIノック指標値とCIノック指標値とをそれぞれ算出する(ステップS25,S26)。具体的に、ECU100は、図15において「◆」のプロットで示す筒内圧レベル、つまり、6.3kHzを中心周波数とする帯域の筒内圧レベルを、SIノック指標値として算出する(ステップS25)。また、ECU100は、図15において「◇」のプロットで示す筒内圧レベル、つまり、1kHz、1.25kHz、1.6kHz、2kHz、2.5kHz、3.15kHz、4kHzをそれぞれ中心周波数とする各帯域の筒内圧レベルの平均値を、CIノック指標値として算出する(ステップS26)。上述したとおり、SIノックが発生すると6.3kHz付近の騒音が増大し、CIノックが発生すると1〜4kHz付近の騒音が増大することから、6.3kHz帯域の筒内圧レベルはSIノックの発生時に特に高くなり、1〜4kHz(1kHz、1.25kHz、‥‥4kHz)帯域の筒内圧レベルの平均値はCIノックの発生時に特に高くなるはずである。そこで、当実施形態では、前者をSIノック指標値として算出し、後者をCIノック指標値として算出するようにしている。   Next, the ECU 100 calculates an SI knock index value and a CI knock index value based on the result of the 1/3 octave banding process in step S24 (FIG. 15) (steps S25 and S26). Specifically, ECU 100 calculates an in-cylinder pressure level indicated by a plot “♦” in FIG. 15, that is, an in-cylinder pressure level in a band having a center frequency of 6.3 kHz as an SI knock index value (step S25). Further, the ECU 100 sets the in-cylinder pressure level indicated by the plot “◇” in FIG. 15, that is, each band whose center frequencies are 1 kHz, 1.25 kHz, 1.6 kHz, 2 kHz, 2.5 kHz, 3.15 kHz, and 4 kHz, respectively. The average value of the in-cylinder pressure level is calculated as the CI knock index value (step S26). As described above, when SI knock occurs, noise around 6.3 kHz increases, and when CI knock occurs, noise around 1 to 4 kHz increases. Therefore, the in-cylinder pressure level in the 6.3 kHz band is at the time of SI knock occurrence. Particularly, the average value of the in-cylinder pressure level in the 1 to 4 kHz (1 kHz, 1.25 kHz,... 4 kHz) band should be particularly high when the CI knock occurs. Therefore, in the present embodiment, the former is calculated as the SI knock index value, and the latter is calculated as the CI knock index value.

図8に戻って、ECU100は、上記ステップS25で算出されたSIノック指標値が予め定められた閾値αよりも大きいか否かを判定する(ステップS8)。ここで用いられる閾値αは、SIノックの有無を判定するための閾値であり、SIノック指標値が当該閾値αより大きければSIノックが発生しており、閾値α以下であればSIノックが発生していないということになる。閾値αは、エンジンの運転条件(回転速度/負荷)に応じて可変とされ、エンジン回転速度および負荷のいずれが高くなっても大きくなるように予め設定されている。すなわち、閾値αは、エンジン回転速度および負荷がともに低い低回転・低負荷の条件のときが最も小さく、エンジン回転速度および負荷がともに高い高回転・高負荷の条件のときが最も大きくなるように設定されている。これは、低回転・低負荷条件であるほど小さな騒音でも感知され易い(逆に言えば高回転・高負荷条件であるほど大きな騒音でも感知され難い)からである。   Returning to FIG. 8, ECU 100 determines whether or not the SI knock index value calculated in step S25 is larger than a predetermined threshold value α (step S8). The threshold value α used here is a threshold value for determining the presence or absence of an SI knock. If the SI knock index value is larger than the threshold value α, an SI knock occurs. If the SI knock index value is equal to or smaller than the threshold value α, an SI knock occurs. It means that you have not. The threshold value α is variable according to engine operating conditions (rotational speed / load), and is set in advance so as to increase regardless of the engine rotational speed or the load. That is, the threshold value α is lowest when the engine speed and load are low and low and low, and is highest when the engine speed and load are high and high. Is set. This is because even under low rotation and low load conditions, it is easy to detect even small noise (in other words, high noise and high load conditions are difficult to detect even with high noise).

上記ステップS8でYESと判定されてSIノックが発生していること(SIノック指標値>α)が確認された場合、ECU100は、上記ステップS26で算出されたCIノック指標値が予め定められた閾値βよりも大きいか否かを判定する(ステップS9)。ここで用いられる閾値βは、CIノックの有無を判定するための閾値であり、CIノック指標値が当該閾値βより大きければCIノックが発生しており、閾値β以下であればCIノックが発生していないということになる。閾値βは、上述した閾値αと同様、エンジン回転速度および負荷のいずれが高くなっても大きくなるように予め設定されている。   When it is determined YES in step S8 and it is confirmed that SI knock has occurred (SI knock index value> α), ECU 100 determines the CI knock index value calculated in step S26 in advance. It is determined whether it is larger than the threshold value β (step S9). The threshold value β used here is a threshold value for determining the presence or absence of CI knock. If the CI knock index value is larger than the threshold value β, a CI knock occurs. If the CI knock index value is equal to or smaller than the threshold value β, a CI knock occurs. It means that you have not. As with the threshold value α described above, the threshold value β is set in advance so as to increase regardless of either the engine speed or the load.

上記ステップS9でNOと判定されてCIノックが発生していないこと(CIノック指標値≦β)が確認された場合、つまり、CIノックは発生していないがSIノックが発生していることが確認された場合、ECU100は、SIノックを回避するために必要な点火時期のリタード補正量を決定する(ステップS11)。具体的に、ECU100は、上記ステップS25で算出されたSIノック指標値と上述した閾値αとの差分(SIノック指標値−α)を求め、当該差分に比例するように(差分が大きいほど大きくなるように)リタード補正量を決定する。これは、SIノック指標値と閾値αとの差分が大きいほど(つまりSIノックの程度が強いほど)、SIノックを回避するために大幅な点火リタードが必要になるからである。   If it is determined NO in step S9 and it is confirmed that CI knock has not occurred (CI knock index value ≦ β), that is, CI knock has not occurred but SI knock has occurred. If confirmed, the ECU 100 determines a retard correction amount for the ignition timing necessary for avoiding SI knock (step S11). Specifically, the ECU 100 obtains a difference (SI knock index value−α) between the SI knock index value calculated in step S25 and the above-described threshold value α, and is proportional to the difference (larger as the difference is larger). Determine the amount of retard correction. This is because the greater the difference between the SI knock index value and the threshold value α (that is, the stronger the SI knock), the greater the ignition retard required to avoid SI knock.

一方、上記ステップS9でYESと判定されてCIノックが発生していること(CIノック指標値>β)が確認された場合、つまり、SIノックとCIノックとの双方が発生していることが確認された場合、ECU100は、これらSI/CIノックの双方を回避するために必要な点火時期のリタード補正量を決定する(ステップS12)。具体的に、ECU100は、上記ステップS25で算出されたSIノック指標値と上述した閾値αとの差分(SIノック指標値−α)を求めるとともに、上記ステップS26で算出されたCIノック指標値と上述した閾値βとの差分(CIノック指標値−β)を求め、求めた各差分に基づいてリタード補正量を決定する。例えば、SIノック指標値と閾値αとの差分に比例する第1のリタード補正量を求めるとともに、CIノック指標値と閾値βとの差分に比例する第2のリタード補正量を求め、これら2つの補正量のうちの大きい方を最終的なリタード補正量として決定する。   On the other hand, if it is determined YES in step S9 and it is confirmed that CI knock has occurred (CI knock index value> β), that is, both SI knock and CI knock have occurred. If confirmed, the ECU 100 determines a retard correction amount for the ignition timing necessary to avoid both of these SI / CI knocks (step S12). Specifically, ECU 100 obtains a difference (SI knock index value−α) between the SI knock index value calculated in step S25 and the above-described threshold value α, and the CI knock index value calculated in step S26. A difference (CI knock index value−β) from the above-described threshold value β is obtained, and a retard correction amount is determined based on each obtained difference. For example, a first retard correction amount that is proportional to the difference between the SI knock index value and the threshold value α is obtained, and a second retard correction amount that is proportional to the difference between the CI knock index value and the threshold value β is obtained. The larger of the correction amounts is determined as the final retard correction amount.

次に、上記ステップS8でNOと判定された場合、つまりSIノックが発生していない場合の制御について説明する。この場合、ECU100は、CIノックの有無を確認するべく、CIノック指標値が閾値βよりも大きいか否かを判定する(ステップS10)。   Next, the control when it is determined NO in step S8, that is, when SI knock has not occurred will be described. In this case, the ECU 100 determines whether or not the CI knock index value is larger than the threshold value β in order to confirm the presence or absence of the CI knock (step S10).

上記ステップS10でYESと判定されてCIノックが発生していること(CIノック指標値>β)が確認された場合、つまり、SIノックは発生していないがCIノックが発生していることが確認された場合、ECU100は、CIノックを回避するために必要な点火時期のリタード補正量を決定する(ステップS13)。このときのリタード補正量は、CIノック指標値と閾値βとの差分(CIノック指標値−β)に比例するように決定される。   If it is determined YES in step S10 and it is confirmed that CI knock has occurred (CI knock index value> β), that is, SI knock has not occurred but CI knock has occurred. If confirmed, the ECU 100 determines a retard correction amount for the ignition timing necessary for avoiding CI knock (step S13). The retard correction amount at this time is determined to be proportional to the difference between the CI knock index value and the threshold value β (CI knock index value−β).

一方、上記ステップS10でNOと判定されてCIノックが発生していないこと(CIノック指標値≦β)が確認された場合、つまり、SIノックおよびCIノックが両方とも発生していないことが確認された場合、ECU100は、現在採用されている点火時期が上述した標準点火時期よりもリタードされているか否か、つまりノック回避のために点火時期をリタードする制御が現在継続中であるか否かを判定する(ステップS14)。   On the other hand, if it is determined NO in step S10 and it is confirmed that CI knock has not occurred (CI knock index value ≦ β), that is, it is confirmed that neither SI knock nor CI knock has occurred. If so, the ECU 100 determines whether or not the currently employed ignition timing is retarded from the standard ignition timing described above, that is, whether or not the control for retarding the ignition timing to avoid knocking is ongoing. Is determined (step S14).

上記ステップS14でYESと判定されて点火リタード中であることが確認された場合、ECU100は、点火時期が標準点火時期に近づくようにリタード補正量を減少させる(ステップS15)。このとき、リタード補正量を一気にゼロまで減少させる(つまり直ちに点火時期を標準点火時期に戻す)ことも考えられるが、減少後に再びSIノックまたはCIノックが発生するのを回避するために、複数回に分けて徐々にリタード補正量を減少させることが好ましい。   If it is determined as YES in step S14 and it is confirmed that the ignition retard is being performed, the ECU 100 decreases the retard correction amount so that the ignition timing approaches the standard ignition timing (step S15). At this time, it is conceivable to reduce the retard correction amount to zero at once (that is, immediately return the ignition timing to the standard ignition timing). However, in order to avoid the occurrence of SI knock or CI knock again after the decrease, the retard correction amount may be reduced several times. It is preferable to gradually reduce the retard correction amount in the following manner.

上述したステップS11〜S15のいずれかの制御の後、ECU100は、上記検出期間中の筒内圧力の波形に基づいて燃焼重心を算出するとともに、算出した燃焼重心に基づいて燃焼重心の予測モデルを修正する(ステップS16)。すなわち、ECU100は、上記検出期間中に筒内圧センサSN2により検出された筒内圧力の波形に基づいて、燃焼に伴う発生熱量(熱発生量)をクランク角ごとに予測するとともに、このクランク角ごとの熱発生量のデータに基づいて、燃料の50%質量分が燃焼した時点である燃焼重心を算出する。そして、この算出した燃焼重心と上記ステップS4で予測された燃焼重心とのずれ量に基づいて、燃焼重心を予測するための予測モデルを修正する。この予測モデルの修正は、次回以降に同様の条件下で燃焼重心を予測するときの精度向上(予測値と実際値とのずれ量の抑制)につながる。   After the control in any of steps S11 to S15 described above, the ECU 100 calculates the combustion center of gravity based on the in-cylinder pressure waveform during the detection period, and calculates a prediction model for the combustion center of gravity based on the calculated combustion center of gravity. Correction is made (step S16). That is, the ECU 100 predicts the amount of heat generated by combustion (heat generation amount) for each crank angle based on the waveform of the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN2 during the detection period, and for each crank angle. Based on the data of the heat generation amount, the combustion center of gravity at the time when 50% of the fuel combusts is calculated. And based on the deviation | shift amount of this calculated combustion gravity center and the combustion gravity center estimated by said step S4, the prediction model for estimating a combustion gravity center is corrected. This correction of the prediction model leads to an improvement in accuracy when the combustion center of gravity is predicted under the same conditions after the next time (suppression of the deviation amount between the predicted value and the actual value).

(6)作用効果
以上説明したように、当実施形態では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼の実行時、つまり、SI燃焼に起因したSIノックとCI燃焼に起因したCIノックとの双方が懸念される運転時に、SI燃焼領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼する(それにより6.3kHz付近の騒音が発生する)SIノックと相関のあるSIノック指標値と、CI燃焼に起因してエンジン部品が共振する(それにより1〜4kHz付近の騒音が発生する)CIノックと相関のあるCIノック指標値とが、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の双方に跨る所定の検出期間(図11)に亘って筒内圧センサSN2が検出した筒内圧力に基づき特定されるので、これらSIノック指標値およびCIノック指標値を用いた判定によりSIノックおよびCIノックの双方を確実に検知することができる。そして、SIノックおよびCIノックの少なくとも一方が検知された場合には、検知されたノックを収束させるべく必要な措置を採る(上記実施形態では点火時期をリタードする)ことにより、SIノックおよびCIノックの継続的な発生を回避することができ、エンジンの静粛性を確保することができる。
(6) Operational Effects As described above, in the present embodiment, at the time of execution of SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are mixed, that is, between SI knock caused by SI combustion and CI knock caused by CI combustion. During operation where both sides are concerned, the unburned gas outside the SI combustion region burns rapidly due to abnormal local self-ignition (thus generating noise near 6.3 kHz). And the CI knock index value correlated with the CI knock that causes engine parts to resonate due to the CI combustion (which generates noise in the vicinity of 1 to 4 kHz) spans both the SI combustion period and the CI combustion period. Since it is specified based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN2 over a predetermined detection period (FIG. 11), the SI knock index value and the CI knock index value are determined. Both the SI knock and the CI knock can be reliably detected by the determination used. When at least one of the SI knock and the CI knock is detected, a necessary measure is taken to converge the detected knock (in the above embodiment, the ignition timing is retarded), whereby the SI knock and the CI knock are detected. Can be avoided, and the quietness of the engine can be ensured.

また、上記実施形態では、上記検出期間中に検出された筒内圧力の波形がフーリエ解析されて、SIノックと相関する周波数成分の強度、つまり6.3kHzを中心周波数とする帯域の筒内圧レベルが、SIノック指標値として算出されるとともに、CIノックと相関する周波数成分の強度、つまり1〜4kHzを中心周波数とする複数の帯域の筒内圧レベルの平均値がCIノック指標値として算出されるので、発生原因の異なるSIノックおよびCIノックの程度を、各ノックに対応する異なる周波数成分の強度として精度よく捉えることができる。   In the above embodiment, the waveform of the in-cylinder pressure detected during the detection period is Fourier-analyzed, and the intensity of the frequency component correlated with SI knock, that is, the in-cylinder pressure level in the band centered on 6.3 kHz. Is calculated as the SI knock index value, and the intensity of the frequency component correlated with the CI knock, that is, the average value of the in-cylinder pressure levels in a plurality of bands having the center frequency of 1 to 4 kHz is calculated as the CI knock index value. Therefore, the degree of SI knock and CI knock with different generation causes can be accurately grasped as the intensity of different frequency components corresponding to each knock.

また、上記実施形態では、上記検出期間中における筒内圧力の検出波形(図11)に対し点火ノイズを除去するための窓関数(点火ノイズ除去窓関数)が適用され、この窓関数適用後の波形がフーリエ解析されるので、点火ノイズによる余計な周波数成分が抽出されるのを回避でき、上述した各周波数成分の強度を精度よく算出することができる。   In the above embodiment, a window function (ignition noise removal window function) for removing ignition noise is applied to the in-cylinder pressure detection waveform (FIG. 11) during the detection period. Since the waveform is Fourier-analyzed, it is possible to avoid extraction of extra frequency components due to ignition noise, and it is possible to accurately calculate the intensity of each frequency component described above.

また、上記実施形態では、気筒への供給燃料の50%質量分が燃焼した時点である燃焼重心を少なくとも含む有限かつ一連の期間となるように上記検出期間が定められ、この検出期間中に筒内圧センサSN2が検出した筒内圧力に基づいてSIノック指標値およびCIノック指標値が特定されるので、前段のSI燃焼期間と後段のCI燃焼期間との双方に跨る期間における検出圧力に基づきSI/CIノック指標値をそれぞれ適正に算出することができる。また、SIノックおよびCIノックと関係のない期間(燃焼以外の期間)中に検出された筒内圧力をSI/CIノック指標値算出のための分析対象から除外できるので、SI/CIノック指標値の算出に要する負担を軽減することができる。   In the above embodiment, the detection period is determined to be a finite and series of periods including at least the combustion center of gravity at which 50% of the fuel supplied to the cylinder burns. Since the SI knock index value and the CI knock index value are specified based on the in-cylinder pressure detected by the internal pressure sensor SN2, the SI knock index value and the CI knock index value are determined based on the detected pressure in the period spanning both the previous SI combustion period and the subsequent CI combustion period. / CI knock index value can be calculated appropriately. Further, since the in-cylinder pressure detected during a period unrelated to SI knock and CI knock (period other than combustion) can be excluded from the analysis target for calculating the SI / CI knock index value, the SI / CI knock index value It is possible to reduce the burden required for the calculation.

(7)変形例
上記実施形態では、筒内圧センサSN2(検出部)により検出された筒内圧力に基づいてSIノック指標値およびCIノック指標値を特定したが、これらSI/CIノック指標値を特定するために検出が必要なパラメータは、燃焼に伴い生じる騒音に関連するパラメータであればよく、筒内圧力はその一例に過ぎない。例えば、エンジン本体1の振動(振動加速度)や、エンジン本体1から発せられる騒音そのものを上記パラメータとして検出してもよい。すなわち、本発明における検出部としては、筒内圧センサ以外にも、エンジン本体の振動を検出する振動センサや、騒音を検出する騒音センサ等を用いることができる。
(7) Modification In the above embodiment, the SI knock index value and the CI knock index value are specified based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN2 (detection unit). The parameter that needs to be detected in order to be identified may be a parameter related to noise caused by combustion, and the in-cylinder pressure is just one example. For example, vibration (vibration acceleration) of the engine body 1 or noise generated from the engine body 1 may be detected as the parameter. That is, as the detection unit in the present invention, a vibration sensor that detects vibration of the engine body, a noise sensor that detects noise, and the like can be used in addition to the in-cylinder pressure sensor.

上記実施形態では、燃焼重心を挟んだ有限かつ一連の期間を検出期間として設定し、この検出期間中に検出された筒内圧力のデータに基づいてSIノック指標値およびCIノック指標値の双方を算出したが、各ノック指標値の算出にあたって互いに異なる期間のデータを用いるようにしてもよい。例えば、CIノックはCI燃焼期間中にしか起きないので、CIノック指標値の算出にあたっては、CI燃焼期間中の筒内圧力のデータのみを考慮し、SI燃焼期間中に検出された筒内圧力のデータは無視してもよい。すなわち、CIノック指標値の算出のために必要な筒内圧力のデータは、少なくともCI燃焼期間と重複する期間中のデータであればよく、SI燃焼期間中の検出データは必須ではない。一方、SIノックはSI燃焼期間だけでなくCI燃焼期間でも起きる可能性があるので、SIノック指標値の算出にあたっては、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の双方と重複する期間におけるデータが必要である。ただし、両期間の双方に跨る一連の期間である必要はなく、SI燃焼期間およびCI燃焼期間の各々の少なくとも一部と重複する互いに分離された期間であってもよい。   In the above embodiment, a finite and series of periods sandwiching the combustion center of gravity is set as the detection period, and both the SI knock index value and the CI knock index value are determined based on the in-cylinder pressure data detected during the detection period. Although calculated, data of periods different from each other may be used in calculating each knock index value. For example, since CI knock occurs only during the CI combustion period, in calculating the CI knock index value, only the cylinder pressure data during the CI combustion period is considered, and the cylinder pressure detected during the SI combustion period is considered. The data of may be ignored. That is, in-cylinder pressure data necessary for calculating the CI knock index value may be data at least during the period overlapping with the CI combustion period, and detection data during the SI combustion period is not essential. On the other hand, since SI knock may occur not only in the SI combustion period but also in the CI combustion period, in calculating the SI knock index value, data in a period overlapping with both the SI combustion period and the CI combustion period is necessary. . However, it is not necessary to be a series of periods extending over both periods, and may be periods separated from each other overlapping at least a part of each of the SI combustion period and the CI combustion period.

上記実施形態では、筒内圧力の検出波形をフーリエ解析することで得られた1kHz、1.25kHz、1.6kHz、2kHz、2.5kHz、3.15kHz、4kHzの各帯域の筒内圧レベルの平均値をCIノック指標値として算出したが、これに代えて、各帯域の筒内圧レベルの最大値をCIノック指標値として算出してもよい。また、CIノックはエンジン部品との共振現象であり、その共振周波数はおのずといくつかの周波数に限られることから、各共振周波数に最も近い限られた帯域の筒内圧レベルのみを用いてCIノック指標値を算出してもよい。言い換えると、上記各帯域のうち共振周波数から遠い一部の帯域の筒内圧レベルについては無視してもよい。   In the above embodiment, the average of in-cylinder pressure levels in each band of 1 kHz, 1.25 kHz, 1.6 kHz, 2 kHz, 2.5 kHz, 3.15 kHz, and 4 kHz obtained by Fourier analysis of the in-cylinder pressure detection waveform. Although the value is calculated as the CI knock index value, the maximum value of the in-cylinder pressure level of each band may be calculated as the CI knock index value instead. In addition, CI knock is a resonance phenomenon with engine parts, and the resonance frequency is naturally limited to several frequencies. Therefore, the CI knock index is obtained by using only the in-cylinder pressure level in the limited band closest to each resonance frequency. A value may be calculated. In other words, the in-cylinder pressure level in a part of the above bands that is far from the resonance frequency may be ignored.

上記実施形態では、エンジン本体1により機械的に駆動される過給機33を吸気通路30に設けたが、このような機械式の過給機33(スーパーチャージャ)に代えて、電気モータで駆動される電動過給機や、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機を設けてもよい。   In the above embodiment, the supercharger 33 mechanically driven by the engine body 1 is provided in the intake passage 30. However, instead of such a mechanical supercharger 33 (supercharger), it is driven by an electric motor. An electric supercharger or a turbocharger driven by the energy of exhaust gas may be provided.

上記実施形態では、円錐状の隆起部20aを囲むような平面視ドーナツ状のキャビティ20をピストン5の冠面に設けたが、キャビティ20のうち点火プラグ16と対向する部分の凹部、つまり隆起部20aよりも吸気側に位置する部分の凹部を、これとは反対側(排気側)の凹部よりも小さくなるように形成してもよい。このようにすれば、インジェクタ15から圧縮行程の後期に燃料を噴射したときに、燃料の噴霧をより迅速に点火プラグ16の電極の近傍に移動させることができる。   In the above embodiment, the donut-shaped cavity 20 in plan view that surrounds the conical raised portion 20a is provided on the crown surface of the piston 5, but the concave portion of the cavity 20 that faces the spark plug 16, that is, the raised portion. The concave portion of the portion located on the intake side from 20a may be formed to be smaller than the concave portion on the opposite side (exhaust side). In this way, when the fuel is injected from the injector 15 in the later stage of the compression stroke, the fuel spray can be moved to the vicinity of the electrode of the spark plug 16 more quickly.

上記実施形態では、燃焼室6に既燃ガスを残留させる内部EGRを行う際に、排気上死点を跨いで吸・排気弁11,12の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気VVT13a,14aを制御したが、これとは逆に、排気上死点を跨いで吸・排気弁11,12の双方が閉弁するいわゆるネガティブオーバーラップ期間を形成することで内部EGRを行うことも可能である。   In the above embodiment, when performing the internal EGR that causes the burned gas to remain in the combustion chamber 6, a valve overlap period is formed in which both the intake and exhaust valves 11 and 12 are opened across the exhaust top dead center. The intake / exhaust VVTs 13a, 14a are controlled as described above, but on the contrary, by forming a so-called negative overlap period in which both the intake / exhaust valves 11, 12 are closed across the exhaust top dead center. It is also possible to perform EGR.

上記実施形態では、運転条件ごとに定められた目標SI率が実現されるように点火時期等の制御目標値を予め定めておき、ノッキングが検出された場合(SI/CIノック指標値が閾値α,βを超えた場合)には点火時期を補正するというように、SI/CIノック指標値に基づいたフィードバック制御を行うようにしたが、このような制御に加えて、さらにSI率に基づいたフィードバック制御を行ってもよい。すなわち、筒内圧センサSN2による検出波形等から各回の燃焼(SPCCI燃焼)におけるSI率を都度算出し、算出したSI率が目標SI率と一致しない場合には、そのずれ量が小さくなる方向に点火時期や燃料の噴射量/噴射時期等を補正するようにしてもよい。   In the above embodiment, a control target value such as ignition timing is determined in advance so that the target SI rate determined for each operating condition is realized, and when knocking is detected (SI / CI knock index value is a threshold value α). Feedback control based on the SI / CI knock index value is performed so that the ignition timing is corrected in the case of exceeding (β), in addition to such control, further based on the SI rate Feedback control may be performed. That is, the SI rate in each combustion (SPCCI combustion) is calculated from the detection waveform by the in-cylinder pressure sensor SN2 each time, and when the calculated SI rate does not match the target SI rate, ignition is performed in a direction in which the deviation amount becomes smaller. The timing, the fuel injection amount / injection timing, and the like may be corrected.

また、上記のように各回の燃焼のSI率を算出する場合、このSI率を算出する具体的な方法は種々考えられる。   Moreover, when calculating the SI rate of each combustion as described above, various specific methods for calculating this SI rate are conceivable.

例えば、筒内圧センサSN2による検出波形から各クランク角時点での熱発生率を算出し、算出した熱発生率のデータ(波形)に基づいて、図7に示した面積Q1,Q2をそれぞれ算出してもよい。この場合、既に説明したとおり、SI率=Q1/(Q1+Q2)として算出することができるが、これに代えて、SI率=Q1/Q2としてもよい。   For example, the heat generation rate at each crank angle is calculated from the detection waveform by the in-cylinder pressure sensor SN2, and the areas Q1 and Q2 shown in FIG. 7 are calculated based on the calculated heat generation rate data (waveform). May be. In this case, as already described, the SI rate = Q1 / (Q1 + Q2) can be calculated. Alternatively, the SI rate = Q1 / Q2 may be used.

もしくは、図16に示すΔθ1、Δθ2を用いてSI率を算出してもよい。すなわち、SI燃焼のクランク角期間(変曲点Xよりも進角側のクランク角期間)をΔθ1、CI燃焼のクランク角期間(変曲点Xよりも遅角側のクランク角期間)をΔθ2としたときに、SI率=Δθ1/(Δθ1+Δθ2)、もしくはSI率=Δθ1/Δθ2としてもよい。   Alternatively, the SI rate may be calculated using Δθ1 and Δθ2 shown in FIG. That is, the crank angle period of SI combustion (crank angle period on the advance side from the inflection point X) is Δθ1, and the crank angle period of CI combustion (crank angle period on the retard side from the inflection point X) is Δθ2. In this case, the SI rate = Δθ1 / (Δθ1 + Δθ2) or the SI rate = Δθ1 / Δθ2.

あるいは、SI燃焼の熱発生率のピークをΔH1、CI燃焼の熱発生率のピークをΔH2としたときに、SI率=ΔH1/(ΔH1+ΔH2)、もしくはSI率=ΔH1/ΔH2としてもよい。   Alternatively, SI rate = ΔH1 / (ΔH1 + ΔH2) or SI rate = ΔH1 / ΔH2, where the peak of the heat generation rate of SI combustion is ΔH1 and the peak of the heat generation rate of CI combustion is ΔH2.

1 エンジン本体
2 気筒
16 点火プラグ
100 ECU(演算部、燃焼制御部)
SN2 筒内圧センサ(検出部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 2 Cylinder 16 Spark plug 100 ECU (calculation part, combustion control part)
SN2 In-cylinder pressure sensor (detector)

Claims (7)

気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にSI燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行されるエンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、
混合気がSI燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼するSIノックと相関のあるSIノック指標値と、前記SIノックの発生時よりも周波数の低い騒音がCI燃焼中に起きるCIノックと相関のあるCIノック指標値とを、前記検出部による検出値に基づいて特定する演算部とを備え、
前記演算部は、SI燃焼が起きているSI燃焼期間およびCI燃焼が起きているCI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値を特定するとともに、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した値に基づいて前記CIノック指標値を特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
An engine in which partial compression ignition combustion is performed in at least a part of the operation region in which a part of the air-fuel mixture in the cylinder is forcibly subjected to SI combustion by spark ignition and then the remaining air-fuel mixture in the cylinder is subjected to CI combustion by self-ignition A control device of
A detection unit for detecting a parameter related to noise generated by combustion in the cylinder;
The SI knock index value correlated with the SI knock in which the unburned gas outside the region where the air-fuel mixture is SI burned is rapidly burned due to abnormal local self-ignition, and the noise that is lower in frequency than the occurrence of the SI knock is the CI combustion. A CI knock index value correlated with a CI knock occurring therein, based on a detection value by the detection unit;
The calculation unit specifies the SI knock index value based on values detected by the detection unit in both the SI combustion period in which SI combustion occurs and the CI combustion period in which CI combustion occurs, and at least the CI An engine control device characterized by identifying the CI knock index value based on a value detected by the detection unit during a combustion period.
請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記SIノック指標値として、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した値に基づいて所定の第1周波数成分の強度を特定するとともに、前記CIノック指標値として、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した値に基づいて前記第1周波数成分よりも周波数の低い第2周波数成分の強度を特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control device according to claim 1,
The calculation unit specifies an intensity of a predetermined first frequency component as the SI knock index value based on values detected by the detection unit in both the SI combustion period and the CI combustion period, and the CI knock An engine control device characterized in that, as an index value, the intensity of a second frequency component having a frequency lower than that of the first frequency component is specified based on at least a value detected by the detection unit during the CI combustion period. .
請求項2に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方において前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより前記第1周波数成分の強度を算出するとともに、少なくとも前記CI燃焼期間中に前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより前記第2周波数成分の強度を算出する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control device according to claim 2,
The calculation unit calculates the intensity of the first frequency component by performing Fourier analysis on the waveform of the detection value detected by the detection unit in both the SI combustion period and the CI combustion period, and at least the CI combustion period. An engine control device characterized in that the intensity of the second frequency component is calculated by performing Fourier analysis on a waveform of a detection value detected by the detection unit.
請求項3に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記検出部が検出した検出値の波形に対し、前記火花点火に起因して生じる点火ノイズを除去するための窓関数を適用し、この窓関数適用後の波形をフーリエ解析する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control device according to claim 3,
The calculation unit applies a window function for removing ignition noise caused by the spark ignition to the waveform of the detection value detected by the detection unit, and performs a Fourier analysis on the waveform after the window function is applied. An engine control device characterized by that.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の各々の少なくとも一部と重複しかつ前記気筒への供給燃料の50%質量分が燃焼した時点である燃焼重心を含む所定期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値を特定するとともに、前記所定期間の全部または一部であって前記CI燃焼期間の少なくとも一部と重複する期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記CIノック指標値を特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 4,
The calculation unit overlaps at least a part of each of the SI combustion period and the CI combustion period, and covers a predetermined period including a combustion center of gravity at which 50% of the fuel supplied to the cylinder is burned. The SI knock index value is specified based on the value detected by the detection unit, and the detection unit is configured to cover all or a part of the predetermined period and overlap with at least a part of the CI combustion period. An engine control device that identifies the CI knock index value based on a detected value.
請求項5に記載のエンジンの制御装置において、
前記所定期間は、前記SI燃焼期間および前記CI燃焼期間の双方と重複する有限かつ一連の期間であり、
前記演算部は、前記所定期間に亘って前記検出部が検出した値に基づいて前記SIノック指標値および前記CIノック指標値の双方を特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control apparatus according to claim 5,
The predetermined period is a finite and series of periods overlapping with both the SI combustion period and the CI combustion period,
The engine control device, wherein the calculation unit specifies both the SI knock index value and the CI knock index value based on values detected by the detection unit over the predetermined period.
請求項1〜6のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部により特定された前記SIノック指標値およびCIノック指標値に基づいて少なくとも前記火花点火の時期を調整する燃焼制御部をさらに備えた、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control apparatus according to any one of claims 1 to 6,
An engine control apparatus, further comprising a combustion control unit that adjusts at least a timing of the spark ignition based on the SI knock index value and the CI knock index value specified by the arithmetic unit.
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