JP2019039391A - Compression self-ignition engine with supercharger - Google Patents

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Abstract

To appropriately introduce an EGR gas into a combustion chamber in a compression self-ignition engine with supercharger.SOLUTION: A compression self-ignition engine with supercharger comprises: a supercharger 44; a bypass passage 47; a flow rate control valve (air bypass valve 48) which is disposed in the bypass passage; a variable valve mechanism (internal EGR system 552) which varies valve opening operations of a suction valve and an exhaust valve in such a manner that a combusted gas in a combustion chamber 17 is blown back into the combustion chamber; an external EGR system 551; and a control part (ECU 10). When operating the engine in a state where supercharge of sucked air by the supercharger is stopped by enlarging an aperture of the flow rate control valve, the control part introduces an internal EGR gas into the combustion chamber by the variable valve mechanism, and when operating the engine in a state where supercharge of sucked air is performed by the supercharger by reducing the aperture of the flow rate control valve, the control part introduces the external EGR gas into the combustion chamber by the external EGR system.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

ここに開示する技術は、過給機付き圧縮自己着火式エンジンに関する。   The technology disclosed herein relates to a compression self-ignition engine with a supercharger.

特許文献1には、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記所定領域においては、排気弁の閉時期を上死点前にしかつ吸気弁の開時期を上死点後にすることにより、吸気弁及び排気弁を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けている。これにより、高温のEGRガスが燃焼室内に導入されるため、燃焼室内の温度が高くなって、混合気が圧縮着火する。   Patent Document 1 describes an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber by compression ignition in a predetermined region of low load and low rotation. This engine has a negative overlap period in which the intake valve and the exhaust valve are both closed by setting the exhaust valve closing timing before top dead center and the intake valve opening timing after top dead center in the predetermined region. Is provided. Thereby, since high temperature EGR gas is introduced into the combustion chamber, the temperature in the combustion chamber becomes high, and the air-fuel mixture is compressed and ignited.

特許文献2には、吸気通路に機械式過給機とインタークーラーとを設け、過給した吸気を冷却してエンジンに供給するエンジンが記載されている。このエンジンは、所定の運転状態において、電磁クラッチをオフにすることによって機械式過給機を非駆動にすると共に、機械式過給機及びインターをバイパスするエアバイパス通路の制御弁を閉じることにより、機械式過給機を圧力差によって予回転させる。これにより、電磁クラッチをオンにしたときのトルクショックの発生を防止する。   Patent Document 2 describes an engine in which a mechanical supercharger and an intercooler are provided in an intake passage, and the supercharged intake air is cooled and supplied to the engine. In a predetermined operating state, the engine deactivates the mechanical supercharger by turning off the electromagnetic clutch, and closes the control valve in the air bypass passage that bypasses the mechanical supercharger and the inter. The mechanical supercharger is pre-rotated by the pressure difference. This prevents the occurrence of torque shock when the electromagnetic clutch is turned on.

特開2009−197740号公報JP 2009-197740 A 特許第3564989号公報Japanese Patent No. 3564989

自己着火による燃焼は、燃焼室内の温度を適正な範囲に調整しなければならない。燃焼室内の温度の調整は、例えば燃焼室に導入するEGRガスの量を調整することによって行ってもよい。EGRガスは、燃焼室内の既燃ガスを燃焼室内に吹き戻すことによって燃焼室内に導入される内部EGRガスと、吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するEGR通路を通じて還流されかつ、燃焼室に導入される外部EGRガスとを含む。   In combustion by self-ignition, the temperature in the combustion chamber must be adjusted to an appropriate range. The temperature in the combustion chamber may be adjusted, for example, by adjusting the amount of EGR gas introduced into the combustion chamber. The EGR gas is recirculated through the internal EGR gas introduced into the combustion chamber by blowing back the burned gas in the combustion chamber into the combustion chamber, the EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage of the engine, and the combustion chamber. And external EGR gas introduced into the.

過給機付きエンジンにおいては、過給圧の高低により吸気通路の圧力状態がエンジンの運転状態に応じて変化する。そのため、燃焼室に導入される内部EGRガスの量、及び、外部EGRガスの量は、エンジンの運転状態の影響を受ける。   In an engine with a supercharger, the pressure state of the intake passage changes according to the operating state of the engine due to the level of the supercharging pressure. Therefore, the amount of internal EGR gas introduced into the combustion chamber and the amount of external EGR gas are affected by the operating state of the engine.

ここに開示する技術は、過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、燃焼室内にEGRガスが適切に導入される。   According to the technology disclosed herein, EGR gas is appropriately introduced into a combustion chamber in a compression self-ignition engine with a supercharger.

具体的に、ここに開示する過給機付き圧縮自己着火式エンジンは、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼するエンジンと、前記燃焼室に接続された吸気通路と、前記吸気通路に配設された過給機と、前記吸気通路における前記過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、前記燃焼室内の既燃ガスを前記燃焼室内に吹き戻すよう吸気弁及び排気弁の開閉動作を可変にすることによって、前記燃焼室内に内部EGRガスを導入する可変動弁機構と、前記吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するEGR通路を通じて排気ガスの一部を前記吸気通路に還流することによって、前記燃焼室内に外部EGRガスを導入する外部EGRシステムと、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部EGRシステムに接続されかつ、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部EGRシステムに制御信号を出力する制御部と、を備える。   Specifically, the compression self-ignition engine with a supercharger disclosed here is an engine in which an air-fuel mixture in a combustion chamber burns by self-ignition, an intake passage connected to the combustion chamber, and an intake passage. A supercharger, a bypass passage connecting the upstream and downstream of the supercharger in the intake passage, a flow rate control valve disposed in the bypass passage, and burning the burned gas in the combustion chamber A variable valve mechanism that introduces internal EGR gas into the combustion chamber by varying the opening and closing operations of the intake valve and the exhaust valve so as to blow back into the chamber, and an EGR that connects the intake passage and the exhaust passage of the engine An external EGR system that introduces external EGR gas into the combustion chamber by returning a part of the exhaust gas to the intake passage through the passage, the flow control valve, the variable valve mechanism, and the And it is connected to a part EGR system includes the flow control valve, and a control unit for outputting a control signal to the variable valve mechanism and the external EGR system.

前記制御部は、前記流量制御弁の開度を大きくすることによって前記過給機による吸気の過給を停止した状態で前記エンジンを運転するときには、前記燃焼室内に少なくとも内部EGRガスを導入するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を小さくすることによって前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときには、前記燃焼室内に少なくとも外部EGRガスを導入するように、前記外部EGRシステムに制御信号を出力する。   The controller is configured to introduce at least internal EGR gas into the combustion chamber when the engine is operated in a state where supercharging of the intake air by the supercharger is stopped by increasing the opening of the flow control valve. When the engine is operated in a state where supercharging is performed by the supercharger by outputting a control signal to the variable valve mechanism and reducing an opening of the flow control valve, A control signal is output to the external EGR system so that at least the external EGR gas is introduced into the combustion chamber.

ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する、4ストロークエンジンとすればよい。エンジンは、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼する。自己着火による燃焼を安定化させるためには、燃焼室内の温度を適切に調整することが好ましく、温度調整のために、燃焼室内にEGRガスを適切に導入することが求められる。   Here, the “engine” may be a four-stroke engine that operates when the combustion chamber repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. In the engine, the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition. In order to stabilize the combustion by self-ignition, it is preferable to appropriately adjust the temperature in the combustion chamber, and it is required to appropriately introduce EGR gas into the combustion chamber for temperature adjustment.

バイパス通路に配設された流量制御弁の開度が大きいと、吸気はバイパス通路側を通るため、過給機による吸気の過給が停止する。過給機による吸気の過給が停止した状態でエンジンを運転するときには、吸気通路の圧力が低い。そのため、例えば排気上死点付近において吸気弁及び排気弁を共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けると、排気行程中に開いた吸気弁を通じて吸気ポートに既燃ガスを排出することができ、その後の吸気行程中に、吸気ポートに排出した既燃ガスを内部EGRガスとして、燃焼室内に吹き戻すことが可能になる。過給機による吸気の過給が停止しているときには、可変動弁機構によって、内部EGRガスを適切に導入することができる。尚、吸気弁及び排気弁を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部EGRガスを燃焼室の中に導入して(又は燃焼室の中に閉じ込めて)もよい。また、過給機による吸気の過給が停止しているときに、内部EGRガスだけでなく、外部EGRガスを導入してもよい。   When the opening degree of the flow control valve disposed in the bypass passage is large, the intake air passes through the bypass passage, so that the supercharging of the intake air by the supercharger stops. When the engine is operated in a state where supercharging of intake air by the supercharger is stopped, the pressure in the intake passage is low. Therefore, for example, if a positive overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are opened near the exhaust top dead center is provided, the burned gas can be discharged to the intake port through the intake valve that is opened during the exhaust stroke. During the intake stroke, the burned gas discharged to the intake port can be blown back into the combustion chamber as internal EGR gas. When the supercharging of the intake air by the supercharger is stopped, the internal EGR gas can be appropriately introduced by the variable valve mechanism. The internal EGR gas may be introduced into the combustion chamber (or confined in the combustion chamber) by providing a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed. Further, when the supercharging of the intake air by the supercharger is stopped, not only the internal EGR gas but also the external EGR gas may be introduced.

バイパス通路に配設された流量制御弁の開度が小さいと、吸気は過給機を通過するため、過給機により吸気が過給される。過給機により吸気の過給を行っている状態でエンジンを運転するときには、吸気通路の圧力が高くなる。そのため、例えば吸気弁を排気行程中に開いても、既燃ガスが吸気ポートに排出されにくい。つまり、内部EGRガスは、適切に導入することができない、又は、適切に導入することが困難である。   If the opening degree of the flow control valve disposed in the bypass passage is small, the intake air passes through the supercharger, so the intake air is supercharged by the supercharger. When the engine is operated in a state where the intake air is supercharged by the supercharger, the pressure in the intake passage increases. Therefore, for example, even if the intake valve is opened during the exhaust stroke, the burned gas is not easily discharged to the intake port. That is, the internal EGR gas cannot be properly introduced or is difficult to introduce appropriately.

そこで、過給機により吸気の過給を行っている状態で、エンジンを運転するときには、外部EGRシステムによって、少なくとも外部EGRガスを燃焼室に導入する。つまり、吸気通路とエンジンの排気通路とを接続するEGR通路を通じて排気ガスの一部を吸気通路に還流することによって、燃焼室内に外部EGRガスを導入する。これにより、過給機により吸気の過給を行っているときに、外部EGRガスを燃焼室内に適切に導入することができる。   Therefore, when the engine is operated in a state where the intake air is supercharged by the supercharger, at least the external EGR gas is introduced into the combustion chamber by the external EGR system. That is, the external EGR gas is introduced into the combustion chamber by returning a part of the exhaust gas to the intake passage through the EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage of the engine. As a result, when the intake air is supercharged by the supercharger, the external EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber.

前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定の切替負荷よりも低くかつ、前記エンジンの回転数が所定の切替回転数よりも低いときに、前記流量制御弁の開度を大きくすることによって、前記過給機による吸気の過給を停止すると共に、前記エンジンの負荷が前記切替負荷以上、又は、前記エンジンの回転数が前記切替回転数以上のときに、前記流量制御弁の開度を小さくすることによって、前記過給機による吸気の過給を行う、としてもよい。   The control unit increases the opening of the flow rate control valve when the engine load is lower than a predetermined switching load and the engine speed is lower than a predetermined switching speed, The supercharging of the intake air by the supercharger is stopped, and the opening degree of the flow control valve is decreased when the engine load is equal to or higher than the switching load or the engine speed is equal to or higher than the switching speed. Accordingly, the supercharging of the intake air may be performed by the supercharger.

エンジンの負荷が切替負荷よりも低くかつ、エンジンの回転数が切替回転数よりも低いときには、過給機による吸気の過給を停止する。このときには、可変動弁機構によって、燃焼室内に内部EGRガスが導入される。内部EGRガスは、EGR通路を通過しないため、外部EGRガスよりも温度が高くなる。   When the engine load is lower than the switching load and the engine speed is lower than the switching speed, the supercharging of the intake air by the supercharger is stopped. At this time, the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber by the variable valve mechanism. Since the internal EGR gas does not pass through the EGR passage, the temperature is higher than that of the external EGR gas.

エンジンの負荷が切替負荷よりも低くかつ、エンジンの回転数が切替回転数よりも低いときには、混合気の自己着火を安定化させるため、燃焼室内の温度は高い温度が要求される。前記の構成では、高温の内部EGRガスを、適切に燃焼室内に導入することができるから、燃焼室内の温度を、適切に高めることができる。混合気の自己着火の安定化に有利になる。   When the engine load is lower than the switching load and the engine speed is lower than the switching speed, a high temperature in the combustion chamber is required to stabilize the self-ignition of the air-fuel mixture. In the above configuration, since the high-temperature internal EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber, the temperature in the combustion chamber can be appropriately increased. This is advantageous for stabilizing self-ignition of the air-fuel mixture.

エンジンの負荷が切替負荷以上、又は、エンジンの回転数が切替回転数以上のときには、過給機により吸気の過給を行う。このときには、外部EGRシステムによって、燃焼室内に外部EGRガスが導入される。外部EGRガスは、EGR通路を通過するため、内部EGRガスよりも温度が低くなる。   When the engine load is equal to or higher than the switching load or the engine speed is equal to or higher than the switching speed, intake air is supercharged by the supercharger. At this time, external EGR gas is introduced into the combustion chamber by the external EGR system. Since the external EGR gas passes through the EGR passage, the temperature is lower than that of the internal EGR gas.

エンジンの負荷が切替負荷以上、又は、エンジンの回転数が切替回転数以上ときには、燃焼室内の温度として、それほど高い温度は要求されない。外部EGRシステムによって、外部EGRガスを適切に導入することによって、燃焼室内の温度を適切に調整することができる。例えば過早着火等の異常燃焼を回避する上で有利になる。   When the engine load is equal to or higher than the switching load or the engine speed is equal to or higher than the switching speed, a very high temperature is not required as the temperature in the combustion chamber. By appropriately introducing the external EGR gas by the external EGR system, the temperature in the combustion chamber can be appropriately adjusted. For example, it is advantageous in avoiding abnormal combustion such as premature ignition.

前記制御部は、前記切替負荷又は前記切替回転数を含む運転領域において、前記燃焼室内に前記内部EGRガスと前記外部EGRガスとの両方を導入する、としてもよい。   The control unit may introduce both the internal EGR gas and the external EGR gas into the combustion chamber in an operation region including the switching load or the switching rotational speed.

外部EGRシステムは、EGR通路を通って排気ガスを還流させるため、外部EGRガスの非導入から導入へと切り替える際の応答性が低い。過給機の過給停止と過給とを切り替える切替負荷又は切替回転数を含む運転領域において、可変動弁機構と外部EGRシステムとの両方によって燃焼室内に内部EGRガス及び外部EGRガスの両方を導入すれば、エンジンの負荷が高くなって、又は、エンジンの回転数が高くなって、過給機が過給停止から吸気の過給へと切り替わったときに、外部EGRガスの導入が遅れることを防止することができる。   Since the external EGR system recirculates the exhaust gas through the EGR passage, the responsiveness when switching from non-introduction of external EGR gas to introduction is low. In an operation region including a switching load or switching speed for switching between supercharging stop and supercharging of the supercharger, both the internal EGR gas and the external EGR gas are supplied into the combustion chamber by both the variable valve mechanism and the external EGR system. If introduced, the introduction of external EGR gas will be delayed when the engine load increases or the engine speed increases and the turbocharger switches from supercharging stop to supercharging of intake air. Can be prevented.

前記過給機付き圧縮自己着火式エンジンは、前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部を備え、前記制御部は、前記過給機による吸気の過給を停止するときには、前記切替部に前記過給機を非駆動にする制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を大きくし、前記過給機により吸気の過給を行うときには、前記切替部に前記過給機を駆動させる制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を小さくする、としてもよい。   The compression self-ignition engine with a supercharger includes a switching unit that switches between driving and non-driving of the supercharger, and the control unit performs the switching when stopping supercharging of intake air by the supercharger. A control signal for non-driving the supercharger to the unit, and increasing the opening of the flow control valve to supercharge intake air by the supercharger. It is good also as outputting the control signal which drives A, and making the opening degree of the said flow control valve small.

過給機は、例えばエンジンによって駆動される機械式の過給機とすればよい。過給機は、電気エネルギにより駆動する電動式の過給機としてもよい。   The supercharger may be a mechanical supercharger driven by an engine, for example. The supercharger may be an electric supercharger that is driven by electric energy.

制御部が切替部に過給機を非駆動にする制御信号を出力すると、過給機は非駆動になって、吸気の過給を停止する。このときに、流量制御弁の開度を大きくすることによって、吸気は、過給機をバイパスして燃焼室内に導入される。また、過給機が非駆動のときには、可変動弁機構によって、内部EGRガスを適切に燃焼室内に導入することができ、燃焼室内の温度を適切に調整することができる。   When the control unit outputs a control signal for non-driving the supercharger to the switching unit, the supercharger is not driven and stops supercharging of the intake air. At this time, the intake air is introduced into the combustion chamber bypassing the supercharger by increasing the opening of the flow control valve. Further, when the supercharger is not driven, the internal EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber by the variable valve mechanism, and the temperature in the combustion chamber can be appropriately adjusted.

制御部が切替部に過給機を駆動する制御信号を出力すると、過給機は駆動する。このときに、流量制御弁の開度を小さくすることによって、吸気は過給機を通過し、過給機は吸気の過給を行う。また、過給機が駆動しているときには、外部EGRシステムによって、外部EGRガスを適切に燃焼室内に導入することができ、燃焼室内の温度を適切に調整することができる。   When the control unit outputs a control signal for driving the supercharger to the switching unit, the supercharger is driven. At this time, by reducing the opening degree of the flow control valve, the intake air passes through the supercharger, and the supercharger supercharges the intake air. Further, when the supercharger is driven, the external EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber by the external EGR system, and the temperature in the combustion chamber can be appropriately adjusted.

前記可変動弁機構は、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内に内部EGRガスを導入し、前記可変動弁機構は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときにも、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内の残留ガスの掃気を行う、としてもよい。   The variable valve mechanism introduces internal EGR gas into the combustion chamber by providing an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open, and the variable valve mechanism Even when the engine is operated in a state in which intake air is supercharged by a charger, an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open is provided, so that the inside of the combustion chamber is The residual gas may be scavenged.

前述したように、吸気弁と排気弁との両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることにより、過給機が吸気の過給を行っていない状態では、内部EGRガスを燃焼室内に適切に導入することができる。   As described above, by providing an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open, the internal EGR gas is appropriately supplied into the combustion chamber when the supercharger is not supercharging the intake air. Can be introduced.

これに対し、過給機が吸気の過給を行っている状態で、オーバーラップ期間を設けると、エンジンの吸気側と排気側との圧力差によって、燃焼室内の既燃ガスを排気側に押し出すことができる。残留ガスの掃気によって、燃焼室内の温度を調整することができる。また、過給機が吸気の過給を行う過給時に、燃焼室内に導入される新気量を増やすことができる。エンジンのトルクの向上、及び、燃費性能の向上に有利になる。   In contrast, if an overlap period is provided while the turbocharger is supercharging the intake air, the burned gas in the combustion chamber is pushed out to the exhaust side due to the pressure difference between the intake side and the exhaust side of the engine. be able to. The temperature in the combustion chamber can be adjusted by scavenging the residual gas. Further, the amount of fresh air introduced into the combustion chamber can be increased when the supercharger performs supercharging of intake air. It is advantageous for improvement of engine torque and fuel efficiency.

前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上30以下である、としてもよい。   The engine may have a geometric compression ratio of 13 to 30.

エンジンの幾何学的圧縮比を高くすると、自己着火による燃焼の安定化に有利であるが、過早着火を招く恐れもある。前述したように、この構成は、EGRガスを燃焼室内に適切に導入することにより、燃焼室内の温度を適切に調整することができるから、幾何学的圧縮比が13以上30以下のエンジンにおいて過早着火を回避しながら、自己着火による燃焼を安定化することができる。   Increasing the geometric compression ratio of the engine is advantageous for stabilizing combustion by self-ignition, but may lead to premature ignition. As described above, this configuration can appropriately adjust the temperature in the combustion chamber by appropriately introducing EGR gas into the combustion chamber, so that it is excessive in an engine having a geometric compression ratio of 13 to 30. Combustion by self-ignition can be stabilized while avoiding early ignition.

また、幾何学的圧縮比を上げすぎないことによって冷却損失の低減に有利になると共に、機械損失の低減にも有利になる。エンジンの燃費性能が向上する。   Further, not excessively increasing the geometric compression ratio is advantageous in reducing the cooling loss and also in reducing the mechanical loss. The fuel efficiency of the engine is improved.

前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む、としてもよい。   The fuel supplied to the combustion chamber may include at least gasoline.

ガソリンを含有する燃料は、高温の燃焼室内において過早着火を招く恐れがあるが、前述したように、圧縮端温度の調整を行うことにより、ガソリンを含有する燃料を使用するエンジンにおいて、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。   Fuel containing gasoline may cause premature ignition in a high-temperature combustion chamber. However, as described above, by adjusting the compression end temperature, an engine using fuel containing gasoline is premature. Combustion by compression self-ignition can be stabilized while avoiding ignition.

以上説明したように、前記の過給機付き圧縮自己着火式エンジンによると、燃焼室内にEGRガスを適切に導入することができる。   As described above, according to the compression self-ignition engine with a supercharger, EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber.

図1は、エンジンの構成を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an engine. 図2は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はA−A断面図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber, in which the upper diagram is a plan view equivalent view of the combustion chamber, and the lower portion is a cross-sectional view taken along line AA. 図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. 図4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the engine control apparatus. 図5は、エンジンの運転領域マップを例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an engine operating region map. 図6は、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating fuel injection timing and ignition timing and combustion waveforms in each operation region. 図7は、スワール比測定のためのリグ試験装置を例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a rig test apparatus for swirl ratio measurement. 図8は、セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を例示する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the opening ratio of the secondary passage and the swirl ratio. 図9は、吸気の過給とEGRの導入とに係るエンジンの制御プロセスを例示するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating an engine control process related to supercharging of intake air and introduction of EGR. 図10は、エンジンの負荷の高低に対するEGR率、過給機の駆動状態、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ量、及び、EGR弁開度の変化を例示する図である。FIG. 10 is a diagram exemplifying changes in the EGR rate with respect to the engine load level, the driving state of the supercharger, the overlap amounts of the intake and exhaust valves, and the EGR valve opening.

以下、過給機付き圧縮自己着火式エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジンの一例である。図1は、エンジンの構成を例示する図である。図2は、燃焼室の構成を例示する図である。図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図2及び図3における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of a compression self-ignition engine with a supercharger will be described in detail based on the drawings. The following description is an example of an engine. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an engine. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. In FIG. 1, the intake side is the left side of the drawing, and the exhaust side is the right side of the drawing. 2 and 3, the intake side is the right side of the drawing, and the exhaust side is the left side of the drawing. FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the engine control apparatus.

エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載される。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン1の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。   The engine 1 is a four-stroke engine that operates when the combustion chamber 17 repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. The engine 1 is mounted on a four-wheeled vehicle. The vehicle travels when the engine 1 is driven. The fuel of the engine 1 is gasoline in this configuration example. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like. The fuel of the engine 1 may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.

(エンジンの構成)
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
(Engine configuration)
The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 placed on the cylinder block 12. A plurality of cylinders 11 are formed inside the cylinder block 12. 1 and 2, only one cylinder 11 is shown. The engine 1 is a multi-cylinder engine.

各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。   A piston 3 is slidably inserted in each cylinder 11. The piston 3 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 defines a combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. The “combustion chamber” is not limited to the meaning of the space when the piston 3 reaches compression top dead center. The term “combustion chamber” may be used in a broad sense. That is, the “combustion chamber” may mean a space formed by the piston 3, the cylinder 11, and the cylinder head 13 regardless of the position of the piston 3.

シリンダヘッド13の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、図2の上図に示すように、傾斜面1311と、傾斜面1312とによって構成されている。傾斜面1311は、吸気側から、後述するインジェクタ6の噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。傾斜面1312は、排気側から噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。燃焼室17の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。   The lower surface of the cylinder head 13, that is, the ceiling surface of the combustion chamber 17, is composed of an inclined surface 1311 and an inclined surface 1312 as shown in the upper diagram of FIG. The inclined surface 1311 has an upward slope from the intake side toward an injection axis X2 of an injector 6 described later. The inclined surface 1312 has an upward slope from the exhaust side toward the injection axis X2. The ceiling surface of the combustion chamber 17 has a so-called pent roof shape.

ピストン3の上面は燃焼室17の天井面に向かって隆起している。ピストン3の上面には、キャビティ31が形成されている。キャビティ31は、ピストン3の上面から凹陥している。キャビティ31は、後述するインジェクタ6に向かい合う。   The upper surface of the piston 3 is raised toward the ceiling surface of the combustion chamber 17. A cavity 31 is formed on the upper surface of the piston 3. The cavity 31 is recessed from the upper surface of the piston 3. The cavity 31 faces an injector 6 described later.

キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側にずれている。キャビティ31の中心は、インジェクタ6の噴射軸心X2と一致している。キャビティ31は、凸部311を有している。凸部311は、インジェクタ6の噴射軸心X2上に設けられている。凸部311は、略円錐状である。凸部311は、キャビティ31の底部から、燃焼室17の天井面に向かって上向きに伸びている。   The center of the cavity 31 is shifted to the exhaust side from the center axis X1 of the cylinder 11. The center of the cavity 31 coincides with the injection axis X2 of the injector 6. The cavity 31 has a convex portion 311. The convex portion 311 is provided on the injection axis X <b> 2 of the injector 6. The convex part 311 is substantially conical. The convex portion 311 extends upward from the bottom of the cavity 31 toward the ceiling surface of the combustion chamber 17.

キャビティ31はまた、凸部311の周囲に設けられた凹陥部312を有している。凹陥部312は、凸部311の全周を囲むように設けられている。キャビティ31は、噴射軸心X2に対して対称な形状を有している。   The cavity 31 also has a concave portion 312 provided around the convex portion 311. The recessed portion 312 is provided so as to surround the entire circumference of the protruding portion 311. The cavity 31 has a symmetrical shape with respect to the injection axis X2.

凹陥部312の周側面は、キャビティ31の底面からキャビティ31の開口に向かって噴射軸心X2に対して傾いている。凹陥部312におけるキャビティ31の内径は、キャビティ31の底部からキャビティ31の開口に向かって次第に拡大する。   The peripheral side surface of the recessed portion 312 is inclined with respect to the injection axis X2 from the bottom surface of the cavity 31 toward the opening of the cavity 31. The inner diameter of the cavity 31 in the recessed portion 312 gradually increases from the bottom of the cavity 31 toward the opening of the cavity 31.

エンジン1の幾何学的圧縮比は、13以上30以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼をコントロールする。このエンジン1は、混合気の自着火のためにピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。つまり、エンジン1は、CI燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度)においては、14〜17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度)においては、15〜18としてもよい。   The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 13 or more and 30 or less. As will be described later, the engine 1 performs SPCCI combustion combining SI combustion and CI combustion in a part of the operation region. SPCCI combustion uses the heat generated by SI combustion and the pressure rise to control CI combustion. The engine 1 does not need to increase the temperature of the combustion chamber 17 (that is, the compression end temperature) when the piston 3 reaches the compression top dead center due to the self-ignition of the air-fuel mixture. That is, although the engine 1 performs CI combustion, the geometric compression ratio can be set relatively low. Lowering the geometric compression ratio is advantageous for reducing cooling loss and mechanical loss. The geometric compression ratio of the engine 1 may be 14 to 17 in the regular specification (the fuel octane number is about 91), and may be 15 to 18 in the high-octane specification (the fuel octane number is about 96).

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図3に示すように、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182の、二つの吸気ポートを有している。第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182は、クランクシャフト15の軸方向、つまり、エンジン1のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。   An intake port 18 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. As shown in FIG. 3, the intake port 18 has two intake ports, a first intake port 181 and a second intake port 182. The first intake port 181 and the second intake port 182 are aligned in the axial direction of the crankshaft 15, that is, the front-rear direction of the engine 1. The intake port 18 communicates with the combustion chamber 17. Although not shown in detail, the intake port 18 is a so-called tumble port. That is, the intake port 18 has such a shape that a tumble flow is formed in the combustion chamber 17.

吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、吸気電動S−VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S−VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁21の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動S−VTに代えて、油圧式のS−VTを有していてもよい。   An intake valve 21 is disposed in the intake port 18. The intake valve 21 opens and closes between the combustion chamber 17 and the intake port 18. The intake valve 21 is opened and closed at a predetermined timing by a valve operating mechanism. The valve mechanism may be a variable valve mechanism that varies valve timing and / or valve lift. In this configuration example, as shown in FIG. 4, the variable valve mechanism has an intake electric S-VT (Sequential-Valve Timing) 23. The intake motor S-VT 23 is configured to continuously change the rotation phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. Thereby, the opening timing and closing timing of the intake valve 21 change continuously. The intake valve mechanism may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、図3に示すように、第1排気ポート191及び第2排気ポート192の、二つの排気ポートを有している。第1排気ポート191及び第2排気ポート192は、エンジン1のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。   The cylinder head 13 is also provided with an exhaust port 19 for each cylinder 11. The exhaust port 19 also has two exhaust ports, a first exhaust port 191 and a second exhaust port 192, as shown in FIG. The first exhaust port 191 and the second exhaust port 192 are arranged in the front-rear direction of the engine 1. The exhaust port 19 communicates with the combustion chamber 17.

排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、排気電動S−VT24を有している。排気電動S−VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁22の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動S−VTに代えて、油圧式のS−VTを有していてもよい。   An exhaust valve 22 is disposed in the exhaust port 19. The exhaust valve 22 opens and closes between the combustion chamber 17 and the exhaust port 19. The exhaust valve 22 is opened and closed at a predetermined timing by a valve mechanism. This valve mechanism may be a variable valve mechanism that makes the valve timing and / or valve lift variable. In this configuration example, as shown in FIG. 4, the variable valve mechanism has an exhaust electric S-VT 24. The exhaust electric S-VT 24 is configured to continuously change the rotation phase of the exhaust camshaft within a predetermined angle range. Thereby, the opening timing and closing timing of the exhaust valve 22 continuously change. The exhaust valve mechanism may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

このエンジン1は、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24によって、吸気弁21の開時期と排気弁22の閉時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室17の中の残留ガスを掃気する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入する、又は、燃焼室17の中に閉じ込める。この構成例においては、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24が、内部EGRシステム552を構成している。尚、内部EGRシステム552は、S−VTによって構成されるとは限らない。   The engine 1 adjusts the length of the overlap period related to the opening timing of the intake valve 21 and the closing timing of the exhaust valve 22 by the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24. As a result, the residual gas in the combustion chamber 17 is scavenged. Further, by adjusting the length of the overlap period, an internal EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas is introduced into the combustion chamber 17 or confined in the combustion chamber 17. In this configuration example, the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 constitute an internal EGR system 552. Note that the internal EGR system 552 is not necessarily configured by S-VT.

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ6は、吸気側の傾斜面1311と排気側の傾斜面1312とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ6は、図2に示すように、その噴射軸心X2がシリンダ11の中心軸X1よりも排気側に配設されている。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1に平行である。インジェクタ6の噴射軸心X2と、前述したようにキャビティ31の凸部311の位置とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ6の噴射軸心X2と、キャビティ31の凸部311の位置とは一致していることが望ましい。   An injector 6 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The injector 6 is configured to inject fuel directly into the combustion chamber 17. The injector 6 is disposed in a valley portion of the pent roof where the intake-side inclined surface 1311 and the exhaust-side inclined surface 1312 intersect. As shown in FIG. 2, the injector 6 has an injection axis X <b> 2 disposed on the exhaust side of the center axis X <b> 1 of the cylinder 11. The injection axis X2 of the injector 6 is parallel to the central axis X1. The injection axis X2 of the injector 6 coincides with the position of the convex portion 311 of the cavity 31 as described above. The injector 6 faces the cavity 31. The injection axis X2 of the injector 6 may coincide with the center axis X1 of the cylinder 11. Also in that case, it is desirable that the injection axis X2 of the injector 6 and the position of the convex portion 311 of the cavity 31 coincide.

インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ6は、図2に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ6は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図2の上図に示すように、後述する点火プラグ25に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ25は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ6から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ25に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。   Although not shown in detail, the injector 6 is constituted by a multi-injection type fuel injection valve having a plurality of injection holes. The injector 6 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17 as indicated by a two-dot chain line in FIG. In the present configuration example, the injector 6 has ten nozzle holes, and the nozzle holes are arranged at equal angles in the circumferential direction. As shown in the upper diagram of FIG. 2, the axis of the nozzle hole is displaced in the circumferential direction with respect to a spark plug 25 described later. That is, the spark plug 25 is sandwiched between the shafts of two adjacent nozzle holes. Thereby, it is avoided that the spray of the fuel injected from the injector 6 directly hits the spark plug 25 and wets the electrode.

インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム61の最高燃料圧力は、例えば120MPa程度にしてもよい。インジェクタ6に供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。   A fuel supply system 61 is connected to the injector 6. The fuel supply system 61 includes a fuel tank 63 configured to store fuel, and a fuel supply path 62 that connects the fuel tank 63 and the injector 6 to each other. A fuel pump 65 and a common rail 64 are interposed in the fuel supply path 62. The fuel pump 65 pumps fuel to the common rail 64. In this configuration example, the fuel pump 65 is a plunger-type pump driven by the crankshaft 15. The common rail 64 is configured to store the fuel pumped from the fuel pump 65 at a high fuel pressure. When the injector 6 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected into the combustion chamber 17 from the injection port of the injector 6. The fuel supply system 61 is configured to be able to supply high pressure fuel of 30 MPa or more to the injector 6. The maximum fuel pressure of the fuel supply system 61 may be about 120 MPa, for example. The pressure of the fuel supplied to the injector 6 may be changed according to the operating state of the engine 1. The configuration of the fuel supply system 61 is not limited to the above configuration.

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、この構成例では、シリンダ11の中心軸X1よりも吸気側に配設されている。点火プラグ25は、2つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、図2に示すように、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ25を、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ25をシリンダ11の中心軸X1上に配置する一方、インジェクタ6を、シリンダ11の中心軸X1よりも吸気側、又は、排気側に配設してよい。   A spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, the spark plug 25 is disposed closer to the intake side than the center axis X1 of the cylinder 11. The spark plug 25 is located between the two intake ports 18. The spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 so as to be inclined from the top to the bottom toward the center of the combustion chamber 17. As shown in FIG. 2, the electrode of the spark plug 25 faces the combustion chamber 17 and is located near the ceiling surface of the combustion chamber 17. The spark plug 25 may be disposed on the exhaust side of the center axis X1 of the cylinder 11. In addition, the spark plug 25 may be disposed on the central axis X1 of the cylinder 11, while the injector 6 may be disposed on the intake side or the exhaust side with respect to the central axis X1 of the cylinder 11.

エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。吸気通路40は、燃焼室17に導入するガスが流れる通路である。吸気通路40の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー41が配設されている。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。   An intake passage 40 is connected to one side of the engine 1. The intake passage 40 communicates with the intake port 18 of each cylinder 11. The intake passage 40 is a passage through which gas introduced into the combustion chamber 17 flows. An air cleaner 41 that filters fresh air is disposed at the upstream end of the intake passage 40. A surge tank 42 is disposed near the downstream end of the intake passage 40. The intake passage 40 downstream of the surge tank 42 constitutes an independent passage that branches for each cylinder 11. The downstream end of the independent passage is connected to the intake port 18 of each cylinder 11.

吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調整することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。   A throttle valve 43 is disposed between the air cleaner 41 and the surge tank 42 in the intake passage 40. The throttle valve 43 is configured to adjust the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 by adjusting the opening of the valve.

吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、例えばリショルム式としてもよい。機械式の過給機44の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機44は、ルーツ式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。   A supercharger 44 is also arranged in the intake passage 40 downstream of the throttle valve 43. The supercharger 44 is configured to supercharge the gas introduced into the combustion chamber 17. In this configuration example, the supercharger 44 is a mechanical supercharger driven by the engine 1. The mechanical supercharger 44 may be, for example, a Rishorum type. The configuration of the mechanical supercharger 44 may be any configuration. The mechanical supercharger 44 may be a roots type, a vane type, or a centrifugal type.

過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ECU10が電磁クラッチ45の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機44はオンとオフとが切り替わる。このエンジン1は、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給することと、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。   An electromagnetic clutch 45 is interposed between the supercharger 44 and the engine 1. The electromagnetic clutch 45 transmits a driving force from the engine 1 to the supercharger 44 between the supercharger 44 and the engine 1 or interrupts the transmission of the driving force. As will be described later, when the ECU 10 switches between disconnection and connection of the electromagnetic clutch 45, the supercharger 44 is switched on and off. The engine 1 can switch between the supercharger 44 supercharging the gas introduced into the combustion chamber 17 and the supercharger 44 not supercharging the gas introduced into the combustion chamber 17. It is configured.

吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー46は、例えば水冷式に構成すればよい。インタークーラー46は、油冷式であってもよい。   An intercooler 46 is disposed downstream of the supercharger 44 in the intake passage 40. The intercooler 46 is configured to cool the gas compressed in the supercharger 44. The intercooler 46 may be configured to be, for example, a water cooling type. The intercooler 46 may be oil-cooled.

吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。より具体的に、バイパス通路47は、サージタンク42に接続されている。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調整する。   A bypass passage 47 is connected to the intake passage 40. The bypass passage 47 connects the upstream portion of the supercharger 44 and the downstream portion of the intercooler 46 in the intake passage 40 so as to bypass the supercharger 44 and the intercooler 46. More specifically, the bypass passage 47 is connected to the surge tank 42. An air bypass valve 48 is disposed in the bypass passage 47. The air bypass valve 48 adjusts the flow rate of the gas flowing through the bypass passage 47.

過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を遮断したとき)には、エアバイパス弁48を全開にする。これにより、吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。   When the supercharger 44 is turned off (that is, when the electromagnetic clutch 45 is disconnected), the air bypass valve 48 is fully opened. As a result, the gas flowing through the intake passage 40 bypasses the supercharger 44 and is introduced into the combustion chamber 17 of the engine 1. The engine 1 is operated in a non-supercharged state, that is, in a natural intake state.

過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)には、過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に逆流する。エアバイパス弁48の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室17に導入するガスの過給圧を調整することができる。尚、過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。   When the supercharger 44 is turned on (that is, when the electromagnetic clutch 45 is connected), part of the gas that has passed through the supercharger 44 flows back upstream of the supercharger 44 through the bypass passage 47. To do. Since the reverse flow rate can be adjusted by adjusting the opening degree of the air bypass valve 48, the supercharging pressure of the gas introduced into the combustion chamber 17 can be adjusted. The supercharging is defined as the time when the pressure in the surge tank 42 exceeds atmospheric pressure, and the non-supercharging is defined as the time when the pressure in the surge tank 42 is lower than atmospheric pressure. Also good.

この構成例においては、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。   In this configuration example, the supercharger 44, the bypass passage 47, and the air bypass valve 48 constitute a supercharging system 49.

エンジン1は、燃焼室17内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図3に示すように、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56である。スワールコントロール弁56は、第1吸気ポート181につながるプライマリ通路401と、第2吸気ポート182につながるセカンダリ通路402との内の、セカンダリ通路402に配設されている。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、エンジン1の前後方向に並んだ第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182の内、第1吸気ポート181から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第2吸気ポート182から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182のそれぞれから燃焼室17に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図3における反時計回り方向に周回する(図2の白抜きの矢印も参照)。   The engine 1 has a swirl generator that generates a swirl flow in the combustion chamber 17. As shown in FIG. 3, the swirl generating unit is a swirl control valve 56 attached to the intake passage 40. The swirl control valve 56 is disposed in the secondary passage 402 of the primary passage 401 connected to the first intake port 181 and the secondary passage 402 connected to the second intake port 182. The swirl control valve 56 is an opening adjustment valve that can narrow the cross section of the secondary passage. When the opening of the swirl control valve 56 is small, the intake air flow rate flowing into the combustion chamber 17 from the first intake port 181 among the first intake port 181 and the second intake port 182 aligned in the front-rear direction of the engine 1 is relatively. And the intake flow rate flowing into the combustion chamber 17 from the second intake port 182 relatively decreases, so that the swirl flow in the combustion chamber 17 becomes stronger. When the opening of the swirl control valve 56 is large, the intake flow rate flowing into the combustion chamber 17 from each of the first intake port 181 and the second intake port 182 becomes substantially uniform, so the swirl flow in the combustion chamber 17 is weak. Become. When the swirl control valve 56 is fully opened, no swirl flow is generated. The swirl flow circulates in the counterclockwise direction in FIG. 3 as indicated by the white arrow (see also the white arrow in FIG. 2).

尚、スワール発生部は、吸気通路40にスワールコントロール弁56を取り付ける代わりに、又は、スワールコントロール弁56を取り付けることに加えて、二つの吸気弁21の開弁期間をずらし、一方の吸気弁21のみから燃焼室17の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁21の内の一方の吸気弁21のみが開弁することによって、燃焼室17の中に吸気が不均等に導入するから、燃焼室17の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート18の形状を工夫することによって、燃焼室17の中にスワール流を発生させように構成してもよい。   The swirl generating unit shifts the valve opening periods of the two intake valves 21 instead of attaching the swirl control valve 56 to the intake passage 40 or in addition to attaching the swirl control valve 56, so that one of the intake valves 21 Alternatively, a configuration in which intake air can be introduced into the combustion chamber 17 from only the above may be employed. Since only one of the two intake valves 21 is opened, intake air is unevenly introduced into the combustion chamber 17, so that a swirl flow can be generated in the combustion chamber 17. . Further, the swirl generator may be configured to generate a swirl flow in the combustion chamber 17 by devising the shape of the intake port 18.

エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。   An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1. The exhaust passage 50 communicates with the exhaust port 19 of each cylinder 11. The exhaust passage 50 is a passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber 17 flows. Although the detailed illustration is omitted, the upstream portion of the exhaust passage 50 constitutes an independent passage branched for each cylinder 11. The upstream end of the independent passage is connected to the exhaust port 19 of each cylinder 11.

排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。   An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is disposed in the exhaust passage 50. Although not shown, the upstream catalytic converter is disposed in the engine room. The upstream catalytic converter includes a three-way catalyst 511 and a GPF (Gasoline Particulate Filter) 512. The downstream catalytic converter is disposed outside the engine room. The downstream catalytic converter has a three-way catalyst 513. The exhaust gas purification system is not limited to the configuration shown in the figure. For example, GPF may be omitted. Further, the catalytic converter is not limited to one having a three-way catalyst. Furthermore, the arrangement order of the three-way catalyst and the GPF may be changed as appropriate.

吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステム551を構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、既燃ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流に接続されている。より具体的に、EGR通路52の下流端は、バイパス通路47の途中に接続されている。EGR通路52を流れるEGRガスは、バイパス通路47のエアバイパス弁48を通らずに、吸気通路40における過給機44の上流に入る。   An EGR passage 52 constituting an external EGR system 551 is connected between the intake passage 40 and the exhaust passage 50. The EGR passage 52 is a passage for returning a part of burned gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected between the upstream catalytic converter and the downstream catalytic converter in the exhaust passage 50. The downstream end of the EGR passage 52 is connected to the upstream side of the supercharger 44 in the intake passage 40. More specifically, the downstream end of the EGR passage 52 is connected in the middle of the bypass passage 47. The EGR gas flowing through the EGR passage 52 does not pass through the air bypass valve 48 of the bypass passage 47 and enters the upstream of the supercharger 44 in the intake passage 40.

EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。EGR弁54の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調整することができる。   A water-cooled EGR cooler 53 is disposed in the EGR passage 52. The EGR cooler 53 is configured to cool the burned gas. An EGR valve 54 is also disposed in the EGR passage 52. The EGR valve 54 is configured to adjust the flow rate of burnt gas flowing through the EGR passage 52. By adjusting the opening degree of the EGR valve 54, the recirculation amount of the cooled burned gas, that is, the external EGR gas can be adjusted.

この構成例において、EGRシステムは、EGR通路52、EGR弁54及びEGRクーラー53を含んで構成される外部EGRシステム551と、前述した吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24を含んで構成される内部EGRシステム552とを備えている。EGR弁54はまた、状態量設定デバイスの一つを構成している。外部EGRシステム551は、EGR通路52がGPF512よりも下流に接続されていると共に、EGRクーラー53を有しているため、内部EGRシステム552よりも低温の既燃ガス(つまり、外部EGRガス)を、燃焼室17に供給することができる。   In this configuration example, the EGR system includes an external EGR system 551 configured to include an EGR passage 52, an EGR valve 54, and an EGR cooler 53, and the above-described intake electric S-VT 23 and exhaust electric S-VT 24. Internal EGR system 552. The EGR valve 54 also constitutes one of the state quantity setting devices. In the external EGR system 551, the EGR passage 52 is connected downstream of the GPF 512 and has an EGR cooler 53. , Can be supplied to the combustion chamber 17.

圧縮自己着火式エンジンの制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。   The control device for the compression self-ignition engine includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the engine 1. The ECU 10 is a controller based on a well-known microcomputer, and as shown in FIG. 4, a central processing unit (CPU) 101 for executing a program and, for example, a RAM (Random Access Memory) or ROM A memory 102 configured by (Read Only Memory) and storing programs and data, and an input / output bus 103 for inputting and outputting electrical signals are provided. The ECU 10 is an example of a control unit.

ECU10には、図1及び図4に示すように、各種のセンサSW1〜SW16が接続されている。センサSW1〜SW16は、検知信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。   As shown in FIGS. 1 and 4, various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are connected to the ECU 10. Sensors SW1-SW16 output a detection signal to ECU10. The sensors include the following sensors.

すなわち、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサSW1、及び、新気の温度を検知する第1吸気温度センサSW2、吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を検知する第1圧力センサSW3、吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を検知する第2吸気温度センサSW4、サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を検知する第2圧力センサSW5、各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を検知する指圧センサSW6、排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアOセンサSW8、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダOセンサSW9、エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサSW10、エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を検知するクランク角センサSW11、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサSW12、エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサSW13、エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサSW14、EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を検知するEGR差圧センサSW15、並びに、燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサSW16である。 That is, the air flow sensor SW1 that is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and detects the flow rate of fresh air flowing through the intake passage 40, the first intake temperature sensor SW2 that detects the temperature of fresh air, and the intake passage 40, the first pressure sensor SW3 that is disposed downstream of the connection position of the EGR passage 52 and upstream of the supercharger 44 and detects the pressure of the gas flowing into the supercharger 44, and supercharging in the intake passage 40 The second intake air temperature sensor SW4, which is disposed downstream of the machine 44 and upstream of the connection position of the bypass passage 47 and detects the temperature of the gas flowing out from the supercharger 44, is attached to the surge tank 42, and A second pressure sensor SW5 for detecting the pressure of the gas downstream of the feeder 44, attached to the cylinder head 13 corresponding to each cylinder 11, and each A finger pressure sensor SW6 that detects the pressure in the firing chamber 17, an exhaust temperature sensor SW7 that is disposed in the exhaust passage 50 and detects the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17, and is upstream of the upstream catalytic converter in the exhaust passage 50. And a linear O 2 sensor SW8 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas, and a lambda O 2 sensor SW9 that is arranged downstream of the three-way catalyst 511 in the upstream catalytic converter and detects the oxygen concentration in the exhaust gas. A water temperature sensor SW10 that is attached to the engine 1 and detects the temperature of the cooling water, a crank angle sensor SW11 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the crankshaft 15, an accelerator pedal mechanism, and an accelerator pedal Accelerator opening sensor SW1 for detecting the accelerator opening corresponding to the operation amount 2. An intake cam angle sensor SW13 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the intake camshaft, an exhaust cam angle sensor SW14 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the exhaust camshaft, and the EGR passage 52 An EGR differential pressure sensor SW15 that is disposed and detects the differential pressure upstream and downstream of the EGR valve 54, and a fuel pressure sensor that is attached to the common rail 64 of the fuel supply system 61 and detects the pressure of the fuel supplied to the injector 6 SW16.

ECU10は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ECU100は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S−VT23、排気電動S−VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。   The ECU 10 determines the operating state of the engine 1 based on these detection signals and calculates the control amount of each device. The ECU 100 sends control signals relating to the calculated control amount to the injector 6, spark plug 25, intake electric S-VT 23, exhaust electric S-VT 24, fuel supply system 61, throttle valve 43, EGR valve 54, supercharger 44. Output to the electromagnetic clutch 45, the air bypass valve 48, and the swirl control valve 56.

例えば、ECU10は、アクセル開度センサSW12の検知信号と予め設定しているマップとに基づいて、エンジン10の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ECU10は、目標過給圧と、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の検知信号から得られる過給機44の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁48の開度を調整することにより、過給圧が目標過給圧となるようにフィードバック制御を行う。   For example, the ECU 10 sets the target torque of the engine 10 and determines the target boost pressure based on the detection signal of the accelerator opening sensor SW12 and a preset map. Then, the ECU 10 adjusts the opening degree of the air bypass valve 48 based on the target supercharging pressure and the differential pressure across the supercharger 44 obtained from the detection signals of the first pressure sensor SW3 and the second pressure sensor SW5. Thus, feedback control is performed so that the supercharging pressure becomes the target supercharging pressure.

また、ECU10は、エンジン10の運転状態と予め設定したマップとに基づいて目標EGR率(つまり、燃焼室17の中の全ガスに対するEGRガスの比率)を設定する。そして、ECU10は、目標EGR率とアクセル開度センサSW12の検知信号に基づく吸入空気量とに基づき目標EGRガス量を決定すると共に、EGR差圧センサSW15の検知信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調整することにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量が目標EGRガス量となるようにフィードバック制御を行う。   Further, the ECU 10 sets a target EGR rate (that is, a ratio of EGR gas to all gases in the combustion chamber 17) based on the operating state of the engine 10 and a preset map. The ECU 10 determines the target EGR gas amount based on the target EGR rate and the intake air amount based on the detection signal of the accelerator opening sensor SW12, and before and after the EGR valve 54 obtained from the detection signal of the EGR differential pressure sensor SW15. By adjusting the opening degree of the EGR valve 54 based on the differential pressure, feedback control is performed so that the external EGR gas amount introduced into the combustion chamber 17 becomes the target EGR gas amount.

さらに、ECU10は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にECU10は、リニアOセンサSW8、及び、ラムダOセンサSW9によって検知された排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ6の燃料噴射量を調整する。 Further, the ECU 10 executes air-fuel ratio feedback control when a predetermined control condition is satisfied. Specifically, the ECU 10 controls the fuel of the injector 6 so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes a desired value based on the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the linear O 2 sensor SW8 and the lambda O 2 sensor SW9. Adjust the injection amount.

尚、その他のECU10によるエンジン1の制御の詳細は、後述する。   Details of other controls of the engine 1 by the ECU 10 will be described later.

(エンジンの運転領域)
図5は、温間時における、エンジン1の運転領域マップを例示している。エンジン1の運転領域マップ501、502は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域(1)−1、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域(1)−2、中負荷領域(1)−2よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域(2)、高負荷領域において中回転領域(2)よりも回転数の低い低回転領域(3)、及び、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、高負荷中回転領域(2)、及び、高負荷低回転領域(3)よりも回転数の高い高回転領域(4)である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図5の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。尚、図5における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road-Load Line)を示している。図5においては、理解容易のために、エンジン1の運転領域マップ501、502を二つに分けて描いている。マップ501は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ502は、各領域におけるスワールコントロール弁56の開度を示している。
(Engine operating range)
FIG. 5 illustrates an operation region map of the engine 1 in the warm state. The operation region maps 501 and 502 of the engine 1 are determined by the load and the rotational speed, and are divided into five regions with respect to the load level and the rotational speed level. Specifically, the five regions include a low load region (1) -1 including idle operation and extending to a low rotation region and a medium rotation region, a region having a higher load than the low load region, and a low rotation region and a medium rotation region. Medium load region (1) -2 spreading in the middle, region having higher load than medium load region (1) -2 and high rotation region including fully open load (2), medium rotation region in high load region Low rotation region (3) with a lower rotational speed than (2), low load region (1) -1, medium load region (1) -2, high load medium rotation region (2), and high load low It is a high rotation area (4) having a higher rotation speed than the rotation area (3). Here, the low rotation region, the medium rotation region, and the high rotation region are each when the entire operation region of the engine 1 is divided into approximately three equal parts of the low rotation region, the medium rotation region, and the high rotation region in the rotation speed direction. The low rotation region, medium rotation region, and high rotation region may be used. In the example of FIG. 5, the rotation speed less than N1 is low rotation, the rotation speed N2 or more is high rotation, and the rotation speed N1 or more and less than N2 is medium rotation. For example, the rotational speed N1 may be about 1200 rpm, and the rotational speed N2 may be about 4000 rpm, for example. Note that a two-dot chain line in FIG. 5 indicates a road-load line of the engine 1. In FIG. 5, for easy understanding, the operation region maps 501 and 502 of the engine 1 are drawn in two parts. A map 501 shows the state of the air-fuel mixture and the combustion mode in each region, and the drive region and non-drive region of the supercharger 44. A map 502 shows the opening degree of the swirl control valve 56 in each region.

エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、及び、高負荷中回転領域(2)において、圧縮自己着火による燃焼を行う。エンジン1はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域(3)及び高回転領域(4)においては、火花点火による燃焼を行う。以下、各領域におけるエンジン1の運転について、図6に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。尚、図6における符号601、602、603、604、605及び606はそれぞれ、図5の運転領域マップ501における符号601、602、603、604、605及び606によって示すエンジン1の運転状態に対応する。   The engine 1 compresses itself in a low load region (1) -1, a medium load region (1) -2, and a high load medium rotation region (2) mainly for improving fuel consumption and exhaust gas performance. Combustion by ignition. The engine 1 also performs combustion by spark ignition in other regions, specifically, in the high load low rotation region (3) and the high rotation region (4). Hereinafter, the operation of the engine 1 in each region will be described in detail with reference to the fuel injection timing and the ignition timing shown in FIG. Note that reference numerals 601, 602, 603, 604, 605, and 606 in FIG. 6 correspond to the operating state of the engine 1 indicated by reference numerals 601, 602, 603, 604, 605, and 606 in the operation region map 501 in FIG. 5, respectively. .

(低負荷領域(1)−1)
エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、エンジン1は、CI燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、低負荷領域(1)−1において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(Low load area (1) -1)
When the engine 1 is operating in the low load region (1) -1, the engine 1 performs CI combustion. In the combustion by self-ignition, when the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the timing of self-ignition greatly changes. Therefore, the engine 1 performs SPCCI combustion combining SI combustion and CI combustion in the low load region (1) -1.

図6の符号601は、エンジン1が低負荷領域(1)−1における運転状態601にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6011、6012)及び点火時期(符号6013)、並びに、燃焼波形(つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号6014)を示している。   Reference numeral 601 in FIG. 6 indicates fuel injection timing (reference numerals 6011 and 6012) and ignition timing (reference numeral 6013) and combustion when the engine 1 is operating in the operating state 601 in the low load region (1) -1. A waveform (that is, a waveform indicating a change in the heat generation rate with respect to the crank angle, reference numeral 6014) is shown.

SPCCI燃焼は、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼をすると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする。   In the SPCCI combustion, the spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 so that the air-fuel mixture undergoes SI combustion by flame propagation, and the heat in the combustion chamber 17 generates heat from the SI combustion. As the temperature rises and the pressure in the combustion chamber 17 rises due to flame propagation, the unburned mixture undergoes CI combustion by self-ignition.

SI燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってSI燃焼の開始タイミングを調整すれば、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。   By adjusting the calorific value of the SI combustion, the temperature variation in the combustion chamber 17 before the start of compression can be absorbed. Even if the temperature in the combustion chamber 17 before the compression starts varies, the air-fuel mixture can be self-ignited at the target timing by adjusting the SI combustion start timing by adjusting the ignition timing, for example.

SPCCI燃焼を行うときには、圧縮上死点付近で点火プラグ25が混合気に点火する、これによって、火炎伝播による燃焼が開始する。SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形6014は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時は、CI燃焼時よりも穏やかになる。   When performing SPCCI combustion, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the vicinity of the compression top dead center, thereby starting combustion by flame propagation. Heat generation during SI combustion is milder than heat generation during CI combustion. Accordingly, the heat generation rate waveform 6014 has a relatively small rising slope. The pressure fluctuation (dp / dθ) in the combustion chamber 17 is also gentler during SI combustion than during CI combustion.

SI燃焼によって、燃焼室17の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図6の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形6014の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。   When the temperature and pressure in the combustion chamber 17 are increased by SI combustion, the unburned mixture is self-ignited. In the example of FIG. 6, the slope of the heat generation rate waveform 6014 changes from small to large at the timing of self-ignition. That is, the heat generation rate waveform has an inflection point 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。但し、CI燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン3がモータリングによって下降している。CI燃焼による、熱発生率の波形6014の傾きが大きくなりすぎることが回避される。CI燃焼時のdp/dθも比較的穏やかになる。   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 compression top dead center, the piston 3 is lowered by motoring. It is avoided that the slope of the heat generation rate waveform 6014 becomes too large due to CI combustion. Dp / dθ during CI combustion also becomes relatively gentle.

dp/dθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りSPCCI燃焼は、dp/dθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。   dp / dθ can be used as an index representing combustion noise. However, since SPCCI combustion can reduce dp / dθ as described above, it is possible to avoid excessive combustion noise. . Combustion noise can be suppressed below an acceptable level.

CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、SPCCI燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、エンジン1の燃費性能の向上に有利である。   When CI combustion ends, SPCCI combustion ends. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. In SPCCI combustion, the combustion end timing is earlier than SI combustion. In other words, SPCCI combustion can bring the combustion end time during the expansion stroke closer to the compression top dead center. The SPCCI combustion is more advantageous for improving the fuel efficiency of the engine 1 than the SI combustion.

エンジン1の燃費性能を向上させるために、EGRシステム55は、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的には、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室17の中から吸気ポート18及び排気ポート19に排出した排気ガスの一部を、燃焼室17の中に再導入する。燃焼室17の中に熱い既燃ガスを導入するため、燃焼室17の中の温度を高くすることができ、SPCCI燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気弁21及び排気弁22の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けようにしてもよい。   In order to improve the fuel efficiency performance of the engine 1, the EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the engine 1 is operating in the low load region (1) -1. Specifically, the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 17 to the intake port 18 and the exhaust port 19 by providing a positive overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened in the vicinity of the exhaust top dead center. Part of the exhaust gas is reintroduced into the combustion chamber 17. Since the hot burned gas is introduced into the combustion chamber 17, the temperature in the combustion chamber 17 can be increased, which is advantageous for stabilizing the SPCCI combustion. A negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed may be provided.

また、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときには、燃焼室17の中には、強いスワール流が形成される。スワール流は、燃焼室17の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート18はタンブルポートであるため、燃焼室17の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。   When the engine 1 is operating in the low load region (1) -1, a strong swirl flow is formed in the combustion chamber 17. The swirl flow is strong at the outer periphery of the combustion chamber 17 and weak at the center. The swirl control valve 56 has a predetermined opening on the fully closed or closed side. As described above, since the intake port 18 is a tumble port, an oblique swirl flow having a tumble component and a swirl component is formed in the combustion chamber 17.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、スワール比は4以上になる。ここで、スワール比を定義すると、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。吸気流横方向角速度は、図7に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド13を上下反転して設置して、吸気ポート18を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド13上にシリンダ36を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ37を有するインパルスメータ38を接続して構成されている。インパルスメータ38の下面は、シリンダヘッド13とシリンダブロックとの合わせ面から1.75D(尚、Dはシリンダボア径)の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ36内に生じるスワール(図7の矢印参照)によって、ハニカム状ロータ37に作用するトルクをインパルスメータ38によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the swirl ratio becomes 4 or more. Here, the swirl ratio is defined. The “swirl ratio” is a value obtained by dividing the value obtained by measuring and integrating the intake flow lateral angular velocity for each valve lift by the engine angular velocity. The intake flow lateral angular velocity can be obtained based on the measurement using the rig testing apparatus shown in FIG. That is, in the apparatus shown in the figure, the cylinder head 13 is installed upside down on the base, and the intake port 18 is connected to an intake air supply device (not shown), while the cylinder 36 is installed on the cylinder head 13. At the same time, an impulse meter 38 having a honeycomb rotor 37 is connected to the upper end thereof. The lower surface of the impulse meter 38 is positioned at a position of 1.75 D (D is a cylinder bore diameter) from the mating surface of the cylinder head 13 and the cylinder block. Torque acting on the honeycomb-shaped rotor 37 is measured by an impulse meter 38 by a swirl (see an arrow in FIG. 7) generated in the cylinder 36 in response to intake air supply, and the intake flow lateral angular velocity can be obtained based on the measured torque. .

図8は、このエンジン1におけるスワールコントロール弁56の開度と、スワール比との関係を示している。図8は、スワールコントロール弁56の開度を、セカンダリ通路402の全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロール弁56が全閉のときに、セカンダリ通路402の開口比率は0%となり、スワールコントロール弁56の開度が大きくなると、セカンダリ通路402の開口比率が0%よりも大きくなる。スワールコントロール弁56が全開のときに、セカンダリ通路402の開口比率は100%となる。図8に例示するように、このエンジン1は、スワールコントロール弁56を全閉にすると、スワール比は6程度になる。エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、スワール比は4以上6以下とすればよい。スワールコントロール弁56の開度は、開口比率が0〜15%となる範囲で調整すればよい。   FIG. 8 shows the relationship between the degree of opening of the swirl control valve 56 and the swirl ratio in the engine 1. FIG. 8 shows the opening degree of the swirl control valve 56 by the opening ratio with respect to the fully open section of the secondary passage 402. When the swirl control valve 56 is fully closed, the opening ratio of the secondary passage 402 becomes 0%, and when the opening of the swirl control valve 56 increases, the opening ratio of the secondary passage 402 becomes larger than 0%. When the swirl control valve 56 is fully open, the opening ratio of the secondary passage 402 is 100%. As illustrated in FIG. 8, in the engine 1, the swirl ratio becomes about 6 when the swirl control valve 56 is fully closed. When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the swirl ratio may be 4 or more and 6 or less. What is necessary is just to adjust the opening degree of the swirl control valve 56 in the range from which an opening ratio will be 0 to 15%.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室17の全体において、混合気の空気過剰率λは1を超える。より詳細に、燃焼室17の全体において混合気のA/Fは30以上である。こうすることで、RawNOxの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17. In other words, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture exceeds 1 in the entire combustion chamber 17. More specifically, the A / F of the air-fuel mixture is 30 or more in the entire combustion chamber 17. By carrying out like this, generation | occurrence | production of RawNOx can be suppressed and exhaust gas performance can be improved.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼室17内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。燃焼室17内の中央部は、点火プラグ25が配置されている部分であり、外周部は、中央部の周囲であって、シリンダ11のライナーに接する部分である。燃焼室17内の中央部は、スワール流が弱い部分、外周部は、スワール流が強い部分、と定義してもよい。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the air-fuel mixture is stratified between the central portion and the outer peripheral portion in the combustion chamber 17. A central portion in the combustion chamber 17 is a portion where the spark plug 25 is disposed, and an outer peripheral portion is a portion around the central portion and in contact with the liner of the cylinder 11. You may define the center part in the combustion chamber 17 as a part with a weak swirl flow, and an outer peripheral part as a part with a strong swirl flow.

中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のA/Fは、20以上30以下であり、外周部の混合気のA/Fは、35以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。   The fuel concentration of the air-fuel mixture at the center is higher than the fuel concentration at the outer periphery. Specifically, the A / F of the air-fuel mixture in the central part is 20 or more and 30 or less, and the A / F of the air-fuel mixture in the outer peripheral part is 35 or more. Note that the value of the air-fuel ratio is the value of the air-fuel ratio at the time of ignition and is the same in the following description.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、インジェクタ6は、圧縮行程中に燃料を複数回、燃焼室17の中に噴射する(符号6011、6012)。複数回の燃料噴射と、燃焼室17の中のスワール流とによって、前述したように、燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化する。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 a plurality of times during the compression stroke (reference numerals 6011 and 6012). As described above, the air-fuel mixture is stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 by the multiple fuel injections and the swirl flow in the combustion chamber 17.

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6013)。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、CI燃焼が開始する。SPCCI燃焼において、CI燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。   After completion of fuel injection, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber 17 at a predetermined timing before compression top dead center (reference numeral 6013). Since the air-fuel mixture in the central portion has a relatively high fuel concentration, the ignitability is improved and SI combustion by flame propagation is stabilized. By stabilizing the SI combustion, the CI combustion starts at an appropriate timing. In SPCCI combustion, controllability of CI combustion is improved. As a result, when the engine 1 is operated in the low load region (1) -1, both the suppression of the generation of combustion noise and the improvement of the fuel consumption performance due to the shortening of the combustion period are compatible.

以上のように、低負荷領域(1)−1においてエンジン1は、混合気を理論空燃比よりもリーンしてSPCCI燃焼を行うため、低負荷領域(1)−1は、「SPCCIリーン領域」と呼ぶことができる。   As described above, in the low load region (1) -1, since the engine 1 performs the SPCCI combustion by leaning the air-fuel mixture from the stoichiometric air-fuel ratio, the low load region (1) -1 is “SPCCI lean region”. Can be called.

(中負荷領域(1)−2)
エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転しているときも、低負荷領域(1)−1と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(Medium load area (1) -2)
Even when the engine 1 is operating in the medium load region (1) -2, the engine 1 performs SPCCI combustion as in the low load region (1) -1.

図6の符号602は、エンジン1が中負荷領域(1)−2における運転状態602にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6021、6022)及び点火時期(符号6023)、並びに、燃焼波形(符号6024)を示している。   Reference numeral 602 in FIG. 6 indicates fuel injection timing (reference numerals 6021 and 6022) and ignition timing (reference numeral 6023) and combustion when the engine 1 is operating in the operation state 602 in the medium load region (1) -2. A waveform (reference numeral 6024) is shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が中負荷領域(1)−2にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的には、低負荷領域(1)−1と同様に、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室17の中から吸気ポート18及び排気ポート19に排出した排気ガスの一部を、燃焼室17の中に再導入する。つまり、内部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。また、中負荷領域(1)−2においては、EGR通路52を通じて、EGRクーラー53によって冷却した排気ガスを、燃焼室17の中に導入する。つまり、内部EGRガスに比べて温度が低い外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。中負荷領域(1)−2においては、内部EGRガス及び/又は外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入することにより、燃焼室17の中の温度を適切になるよう調整する。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the medium load region (1) -2. Specifically, as in the low load region (1) -1, by providing a positive overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened in the vicinity of the exhaust top dead center, Part of the exhaust gas discharged from the inside to the intake port 18 and the exhaust port 19 is reintroduced into the combustion chamber 17. That is, the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17. Further, in the medium load region (1) -2, the exhaust gas cooled by the EGR cooler 53 is introduced into the combustion chamber 17 through the EGR passage 52. That is, an external EGR gas having a temperature lower than that of the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17. In the middle load region (1) -2, the internal EGR gas and / or the external EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 to adjust the temperature in the combustion chamber 17 to be appropriate.

また、エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときにも、低負荷領域(1)−1と同様に、燃焼室17の中には、スワール比が4以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、燃焼室17内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、SI燃焼の火炎が速やかに伝播してSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定することによってCI燃焼のコントロール性が高まる。SPCCI燃焼におけるCI燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   Further, when the engine 1 is operated in the medium load region (1) -2, a strong swirl flow having a swirl ratio of 4 or more is entered in the combustion chamber 17 as in the low load region (1) -1. Is formed. The swirl control valve 56 has a predetermined opening on the fully closed or closed side. By strengthening the swirl flow, the turbulent energy in the combustion chamber 17 increases, so that when the engine 1 is operated in the medium load region (1) -2, the flame of SI combustion propagates quickly and SI combustion occurs. Is stabilized. The controllability of CI combustion is enhanced by the stabilization of SI combustion. By optimizing the timing of CI combustion in SPCCI combustion, it is possible to suppress the generation of combustion noise and improve fuel efficiency. Further, torque variation between cycles can be suppressed.

エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。三元触媒が、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。   When the engine 1 is operated in the medium load region (1) -2, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F≈14.7) in the entire combustion chamber 17. As the three-way catalyst purifies the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17, the exhaust gas performance of the engine 1 is improved. The A / F of the air-fuel mixture may be set within the purification window of the three-way catalyst. Therefore, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be set to 1.0 ± 0.2.

エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中の燃料噴射(符号6021)と、圧縮行程中の燃料噴射(符号6022)とを行う。吸気行程中に第1噴射6021を行うことによって、燃焼室17の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に第2噴射6022を行うことによって、燃料の気化潜熱によって燃焼室17の中の温度を低下させることができる。第1噴射6021によって噴射した燃料を含む混合気が過早着火してしまうことを防止することができる。尚、中負荷領域(1)−2において、特に、エンジンが負荷の低い運転状態のときには、第2噴射6022は、省略することも可能である。   When the engine 1 operates in the medium load region (1) -2, the injector 6 performs fuel injection during the intake stroke (reference numeral 6021) and fuel injection during the compression stroke (reference numeral 6022). By performing the first injection 6021 during the intake stroke, the fuel can be distributed substantially uniformly in the combustion chamber 17. By performing the second injection 6022 during the compression stroke, the temperature in the combustion chamber 17 can be lowered by the latent heat of vaporization of the fuel. It is possible to prevent the air-fuel mixture including the fuel injected by the first injection 6021 from being prematurely ignited. In the middle load region (1) -2, the second injection 6022 can be omitted particularly when the engine is in an operating state with a low load.

インジェクタ6が、第1噴射6021と第2噴射6022とを行うことによって、燃焼室17の中には、全体として、空気過剰率λが1.0±0.2になった、略均質な混合気が形成される。混合気が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、1.0〜1.2である。   When the injector 6 performs the first injection 6021 and the second injection 6022, the combustion chamber 17 has a substantially uniform mixing with an excess air ratio λ of 1.0 ± 0.2 as a whole. Qi is formed. Since the air-fuel mixture is substantially homogeneous, it is possible to improve fuel efficiency by reducing unburned loss and to improve exhaust gas performance by avoiding the generation of smoke. The excess air ratio λ is preferably 1.0 to 1.2.

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ25が混合気に点火をする(符号6023)ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。   When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center (reference numeral 6023), the air-fuel mixture burns by flame propagation. After the start of combustion by flame propagation, the unburned mixture self-ignites and CI burns.

従って、中負荷領域(1)−2においてエンジン1は、混合気を理論空燃比にしてSPCCI燃焼を行うため、中負荷領域(1)−2は、「SPCCIλ=1領域」と呼ぶことができる。   Accordingly, in the medium load region (1) -2, the engine 1 performs the SPCCI combustion with the air-fuel mixture as the stoichiometric air-fuel ratio, and therefore, the medium load region (1) -2 can be referred to as “SPCCIλ = 1 region”. .

ここで、図5に示すように、低負荷領域(1)−1の一部、及び、中負荷領域(1)−2の一部においては、過給機44がオフにされる(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域(1)−1における低回転側の領域においては、過給機44がオフにされる。低負荷領域(1)−1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域(1)−2における低負荷低回転側の領域においては、過給機44がオフにされ、中負荷領域(1)−2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンになる。   Here, as shown in FIG. 5, the turbocharger 44 is turned off in a part of the low load region (1) -1 and a part of the medium load region (1) -2 (S / (See C OFF). Specifically, the supercharger 44 is turned off in the low rotation side region in the low load region (1) -1. In the region on the high rotation side in the low load region (1) -1, the supercharger 44 is turned on in order to ensure a necessary intake charge amount corresponding to the increase in the rotational speed of the engine 1. Increase the boost pressure. Further, the supercharger 44 is turned off in the low load / low rotation side region in the medium load region (1) -2, and the fuel injection amount in the high load side region in the medium load region (1) -2. The turbocharger 44 is turned on in order to ensure the necessary intake charge amount corresponding to the increase in the engine speed, and is necessary in response to the increase in the rotational speed of the engine 1 in the high speed region. In order to ensure the intake charge amount, the supercharger 44 is turned on.

尚、高負荷中回転領域(2)、高負荷低回転領域(3)、及び、高回転領域(4)の各領域においては、その全域に亘って過給機44がオンになる(S/C ON参照)。   Note that, in each of the high-load medium rotation region (2), the high-load low-rotation region (3), and the high-rotation region (4), the supercharger 44 is turned on over the entire region (S / (See CON).

(高負荷中回転領域(2))
エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転しているときも、低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(High load medium rotation range (2))
Even when the engine 1 is operating in the high load mid-rotation region (2), the engine 1 performs SPCCI combustion in the same manner as the low load region (1) -1 and the medium load region (1) -2.

図6の符号603は、エンジン1が高負荷中回転領域(2)における低回転側の運転状態603にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6031、6032)及び点火時期(符号6033)、並びに、燃焼波形(符号6034)を示している。また、符号604は、エンジン1が高負荷中回転領域(2)における高回転側の運転状態604にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6041)及び点火時期(符号6042)、並びに、燃焼波形(符号6043)を示している。   Reference numeral 603 in FIG. 6 indicates fuel injection timings (reference numerals 6031 and 6032) and ignition timings (reference numeral 6033) when the engine 1 is operating in the low-rotation-side operation state 603 in the high-load middle rotation region (2). In addition, a combustion waveform (reference numeral 6034) is shown. Further, reference numeral 604 denotes a fuel injection timing (reference numeral 6041) and an ignition timing (reference numeral 6042) when the engine 1 is operating in the high-rotation-side operation state 604 in the high load mid-rotation region (2), and A combustion waveform (reference numeral 6043) is shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高負荷中回転領域(2)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the high load mid-rotation region (2). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full load, EGR gas may be zero.

また、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときにも、低負荷領域(1)−1と同様に、燃焼室17の中には、スワール比が4以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。   Further, when the engine 1 is operated in the high load mid-rotation region (2), a strong swirl flow having a swirl ratio of 4 or more is entered in the combustion chamber 17 as in the low load region (1) -1. Is formed. The swirl control valve 56 has a predetermined opening on the fully closed or closed side.

エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである(つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦1)。   When the engine 1 operates in the high load mid-rotation region (2), the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17 (that is, The excess air ratio λ of the mixture is λ ≦ 1).

エンジン1が高負荷中回転領域(2)における運転状態603にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において前段噴射6031を行うと共に、圧縮行程において後段噴射6032を行う。前段噴射は、例えば吸気行程の前半に開始し、後段噴射は、例えば圧縮行程の終期に行ってもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、例えば圧縮上死点前280°CAに、燃料噴射を開始してもよい。   When the engine 1 operates in the operation state 603 in the high load mid-rotation region (2), the injector 6 performs the front injection 6031 in the intake stroke and performs the rear injection 6032 in the compression stroke. The pre-stage injection may be started, for example, in the first half of the intake stroke, and the post-stage injection may be performed, for example, at the end of the compression stroke. The first half of the intake stroke may be the first half when the intake stroke is divided into two equal parts. Specifically, in the front stage injection, for example, fuel injection may be started at 280 ° CA before compression top dead center.

前段噴射6031の噴射開始を吸気行程の前半にすると、図示は省略するが、燃料噴霧がキャビティ31の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室17のスキッシュエリア171(つまり、キャビティ31の外の領域(図2参照))に入り、残りの燃料は、キャビティ31の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室17の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア171に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ31の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室17の外周部においてCI燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室17の中央部においてSI燃焼用の混合気を形成する。   If the injection start of the front injection 6031 is in the first half of the intake stroke, although not shown in the drawing, a part of the fuel is squished in the squish area 171 of the combustion chamber 17 (that is, the cavity The region outside 31 (see FIG. 2)) and the remaining fuel enters the region inside cavity 31. The swirl flow is strong at the outer periphery of the combustion chamber 17 and weak at the center. Therefore, a part of the fuel that has entered the squish area 171 enters the swirl flow, and the remaining fuel that has entered the region within the cavity 31 enters the inside of the swirl flow. The fuel that has entered the swirl flow remains in the swirl flow during the intake stroke to the compression stroke, and forms an air-fuel mixture for CI combustion at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17. The fuel that has entered the swirl flow also remains inside the swirl flow during the intake stroke to the compression stroke, and forms an air-fuel mixture for SI combustion in the central portion of the combustion chamber 17.

エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときには、燃焼室17の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。具体的には、点火プラグ25が配置されている中央部の混合気は、空気過剰率λが1以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが1未満である。中央部の混合気の空燃比(A/F)は、例えば13以上、理論空燃比(14.7)以下としてもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば11以上、理論空燃比以下、又は11以上、12以下としてもよい。燃焼室17の外周部は、混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度が低下する。燃焼室17の全体の混合気の空燃比は、12.5以上、理論空燃比以下、又は12.5以上、13以下としてもよい。   When the engine 1 operates in the high load mid-rotation region (2), the fuel concentration of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture at the central portion and the fuel of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion. The amount is made larger than the fuel amount of the air-fuel mixture in the central part. Specifically, the air-fuel ratio in the central portion where the spark plug 25 is disposed has an excess air ratio λ of 1 or less, and the air-fuel mixture in the outer peripheral portion has an air excess ratio λ of less than 1. The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the center may be, for example, 13 or more and the theoretical air-fuel ratio (14.7) or less. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion may be, for example, 11 or more, the stoichiometric air-fuel ratio or less, or 11 or more and 12 or less. Since the amount of fuel in the air-fuel mixture increases, the temperature of the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 decreases due to the latent heat of vaporization of the fuel. The air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber 17 may be 12.5 or more, the stoichiometric air-fuel ratio or less, or 12.5 or more and 13 or less.

圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。圧縮行程の終期に行う後段噴射6032は、例えば上死点前10°CAで燃料噴射を開始してもよい。上死点の直前で後段噴射を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度を低下させることができる。前段噴射6031によって噴射された燃料は、圧縮行程の間に低温酸化反応が進み、上死点前において高温酸化反応に移行するようになるが、上死点の直前で後段噴射6032を行い、燃焼室内の温度を低下させることにより、低温酸化反応から高温酸化反応へ移行することを抑制することができ、過早着火が発生してしまうことを抑制することができる。尚、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との割合は、一例として、95:5としてもよい。   The end of the compression stroke may be the end when the compression stroke is divided into three equal parts, the initial period, the middle period, and the final period. For example, the post-injection 6032 performed at the end of the compression stroke may start fuel injection at 10 ° CA before top dead center. By performing the post-stage injection immediately before the top dead center, the temperature in the combustion chamber can be lowered by the latent heat of vaporization of the fuel. The fuel injected by the pre-injection 6031 undergoes a low-temperature oxidation reaction during the compression stroke and shifts to a high-temperature oxidation reaction before the top dead center. However, the post-injection 6032 is performed immediately before the top dead center to burn the fuel. By lowering the indoor temperature, it is possible to suppress the transition from the low temperature oxidation reaction to the high temperature oxidation reaction, and it is possible to suppress the occurrence of premature ignition. In addition, the ratio of the injection amount of the front stage injection and the injection amount of the rear stage injection may be 95: 5 as an example.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6033)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ25は燃焼室17の中央部に配置されているため、点火プラグ25の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the center of the combustion chamber 17 in the vicinity of the compression top dead center (reference numeral 6033). The spark plug 25 performs ignition after the compression top dead center, for example. Since the spark plug 25 is disposed at the center of the combustion chamber 17, the air-fuel mixture at the center starts SI combustion by flame propagation by the ignition of the spark plug 25.

エンジン1が高負荷中回転領域(2)における運転状態604にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料噴射を開始する(符号6041)。   When the engine 1 is operated in the operation state 604 in the high load mid-rotation region (2), the injector 6 starts fuel injection in the intake stroke (reference numeral 6041).

吸気行程に開始する噴射6041は、前記と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に噴射6041は、上死点前280°CAで燃料噴射を開始してもよい。噴射6041の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。噴射6041の開始を、吸気行程の前半にすることによって、前述したように、燃焼室17の外周部においてCI燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室17の中央部においてSI燃焼用の混合気を形成することができる。点火プラグ25が配置されている中央部の混合気は、前記と同様に、好ましくは空気過剰率λが1以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが1以下、好ましくは1未満である。中央部の混合気の空燃比(A/F)は、例えば13以上、理論空燃比(14.7)以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば11以上、理論空燃比以下、又は11以上、12以下としてもよい。燃焼室17の全体の混合気の空燃比は、12.5以上、理論空燃比以下、又は12.5以上、13以下としてもよい。   The injection 6041 that starts in the intake stroke may start fuel injection in the first half of the intake stroke, as described above. Specifically, the injection 6041 may start fuel injection at 280 ° CA before top dead center. The end of the injection 6041 may be during the compression stroke beyond the intake stroke. By starting the injection 6041 in the first half of the intake stroke, as described above, an air-fuel mixture for CI combustion is formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 17, and a mixture for SI combustion is formed in the central portion of the combustion chamber 17. Qi can be formed. As described above, the air-fuel mixture in the center portion where the spark plug 25 is disposed preferably has an excess air ratio λ of 1 or less, and the air-fuel mixture in the outer peripheral portion has an air excess ratio λ of 1 or less, preferably 1 Is less than. The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the center may be, for example, 13 or more and the theoretical air-fuel ratio (14.7) or less. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the center may be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion may be, for example, 11 or more, the stoichiometric air-fuel ratio or less, or 11 or more and 12 or less. The air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber 17 may be 12.5 or more, the stoichiometric air-fuel ratio or less, or 12.5 or more and 13 or less.

エンジン1の回転数が高くなると、噴射6041によって噴射された燃料が反応する時間が短くなる。そのため、混合気の反応を抑制するための後段噴射を省略することができる。   When the rotation speed of the engine 1 increases, the time for the fuel injected by the injection 6041 to react becomes shorter. Therefore, the latter stage injection for suppressing the reaction of the air-fuel mixture can be omitted.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6042)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber 17 in the vicinity of the compression top dead center (reference numeral 6042). The spark plug 25 performs ignition after the compression top dead center, for example.

高負荷領域においては、燃料噴射量が多くなると共に、燃焼室17の温度も高くなるため、CI燃焼が早期に開始しやすい状況になる。言い換えると、高負荷領域においては、混合気の過早着火が発生しやすい。しかしながら、前述の通り、燃焼室17の外周部の温度が、燃料の気化潜熱によって低下しているから、混合気に火花点火をした後、CI燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。   In the high load region, the fuel injection amount increases and the temperature of the combustion chamber 17 also increases, so that the CI combustion is likely to start early. In other words, pre-ignition of the air-fuel mixture tends to occur in the high load region. However, as described above, since the temperature of the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is lowered by the latent heat of vaporization of the fuel, it is avoided that the CI combustion starts immediately after the mixture is sparked. Can do.

燃焼室17の中において混合気を成層化することと、燃焼室17の中に強いスワール流を発生させることとによって、CI燃焼の開始までにSI燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてNOxの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   By stratifying the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 and generating a strong swirl flow in the combustion chamber 17, SI combustion can be sufficiently performed before the start of CI combustion. As a result, the generation of combustion noise can be suppressed, and the generation of NOx is also suppressed without the combustion temperature becoming too high. Further, torque variation between cycles can be suppressed.

また、外周部の温度が低いため、CI燃焼が緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。さらに、CI燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。よって、このエンジン1は、負荷が高い領域においてSPCCI燃焼を行うことにより、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。   Moreover, since the temperature of the outer peripheral portion is low, CI combustion becomes moderate, and the generation of combustion noise can be suppressed. Furthermore, since the combustion period is shortened by CI combustion, torque can be improved and thermal efficiency can be improved in a high load region. Therefore, the engine 1 can improve fuel efficiency while avoiding combustion noise by performing SPCCI combustion in a high load region.

以上のように、高負荷中回転領域(2)においてエンジン1は、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチしてSPCCI燃焼を行うため、高負荷中回転領域(2)は、「SPCCIλ≦1領域」と呼ぶことができる。   As described above, since the engine 1 performs SPCCI combustion with the air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio in the high-load mid-rotation region (2), the high-load mid-rotation region (2) It can be referred to as “SPCCIλ ≦ 1 region”.

(高負荷低回転領域(3))
エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室17に噴射した燃料の反応が進みすぎてしまって、SPCCI燃焼をしようとしても過早着火を招く恐れがある。そこで、エンジン1が高負荷中回転領域(3)において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。
(High load, low rotation range (3))
When the rotational speed of the engine 1 is low, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes long. The reaction of the fuel injected into the combustion chamber 17 has progressed too much, and there is a risk of premature ignition even if SPCCI combustion is attempted. Therefore, when the engine 1 is operating in the high load mid-rotation region (3), the engine 1 performs SI combustion instead of SPCCI combustion.

図6の符号605は、エンジン1が高負荷中回転領域(3)における運転状態605にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6051、6052)及び点火時期(符号6053)、並びに、燃焼波形(符号6054)を示している。   Reference numeral 605 in FIG. 6 indicates fuel injection timing (reference numerals 6051 and 6052) and ignition timing (reference numeral 6053) and combustion when the engine 1 is operating in the operating state 605 in the high load mid-rotation region (3). A waveform (reference numeral 6054) is shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高負荷中回転領域(3)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the high load mid-rotation region (3). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full load, EGR gas may be zero.

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域(3)において、燃費性能が向上する。尚、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときに、燃焼室17の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下でかつ、高負荷中回転領域(2)における空気過剰率λよりも大にしてもよい。   When the engine 1 is operating in the high-load low-rotation region (3), the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F≈14.7) in the entire combustion chamber 17. is there. The A / F of the air-fuel mixture may be set within the purification window of the three-way catalyst. Therefore, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be set to 1.0 ± 0.2. By setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel consumption performance is improved in the high load low rotation region (3). When the engine 1 is operated in the high load low rotation region (3), the fuel concentration of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber 17 is 1 or less in the excess air ratio λ and the high load medium rotation region (2). It may be larger than the excess air ratio λ.

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料を噴射する(符号6051)と共に、圧縮行程終期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内のタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射する(符号6052)。膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。
吸気行程中に燃料を噴射することにより(符号6051)、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間内に燃料を噴射することにより(符号6052)、点火直前に、燃焼室17内のガス流動を強くすることができる。燃料圧力は、30MPa以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすることによって、燃料の噴射期間及び混合気の形成期間を、それぞれ短くすることができると共に、燃焼室17内のガス流動を、より強くすることができる。燃料圧力の上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。
When the engine 1 operates in the high-load low-rotation region (3), the injector 6 injects fuel in the intake stroke (reference numeral 6051), and a period from the end of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke (hereinafter, this period is referred to as “period”). The fuel is injected into the combustion chamber 17 at a timing within the retard period (reference numeral 6052). The initial stage of the expansion stroke may be the initial stage when the expansion stroke is divided into three equal parts in the initial stage, the middle period, and the final stage.
By injecting fuel during the intake stroke (reference numeral 6051), it is possible to secure a sufficient time for forming the air-fuel mixture. Further, by injecting fuel within the retard period (reference numeral 6052), the gas flow in the combustion chamber 17 can be strengthened immediately before ignition. The fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more. By increasing the fuel pressure, the fuel injection period and the mixture formation period can be shortened, and the gas flow in the combustion chamber 17 can be made stronger. As an example, the upper limit value of the fuel pressure may be 120 MPa.

点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6053)。点火プラグ25は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてSI燃焼をする。SI燃焼が膨張行程において開始するため、CI燃焼は開始しない。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a timing near the compression top dead center after fuel injection (reference numeral 6053). The spark plug 25 may perform ignition after compression top dead center. The air-fuel mixture undergoes SI combustion in the expansion stroke. Since SI combustion starts in the expansion stroke, CI combustion does not start.

インジェクタ6は、過早着火を回避するために、エンジン1の回転数が低くなるほど、燃料噴射の時期を遅角してもよい。リタード期間内の燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。   In order to avoid premature ignition, the injector 6 may retard the fuel injection timing as the rotational speed of the engine 1 decreases. The fuel injection within the retard period may end in the expansion stroke.

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときには、リタード期間内の燃料の噴射開始から点火までの時間が短い。混合気の着火性の向上及びSI燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ25の付近に輸送する必要がある。   When the engine 1 operates in the high-load low-rotation region (3), the time from the start of fuel injection to ignition within the retard period is short. In order to improve the ignitability of the air-fuel mixture and stabilize the SI combustion, it is necessary to quickly transport the fuel to the vicinity of the spark plug 25.

圧縮行程終期から膨張行程初期の期間において、インジェクタ6が燃料を噴射すると、ピストン3が圧縮上死点の近くに位置しているため、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ31の凸部311に沿って下向きに流れると共に、キャビティ31の底面及び周側面に沿って、燃焼室17の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ31の開口に至り、吸気側の傾斜面1311、及び、排気側の傾斜面1312に沿って、径方向の外方から、燃焼室17の中央に向かって流れる。   When the injector 6 injects fuel during the period from the end of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke, the piston 3 is located near the compression top dead center, so that the fuel spray is mixed with fresh air and the convexity of the cavity 31 is increased. The gas flows downward along the part 311 and flows radially outward from the center of the combustion chamber 17 along the bottom surface and the peripheral side surface of the cavity 31. Thereafter, the air-fuel mixture reaches the opening of the cavity 31 and flows from the radially outer side toward the center of the combustion chamber 17 along the inclined surface 1311 on the intake side and the inclined surface 1312 on the exhaust side.

また、エンジン1は、高負荷低回転領域(3)において運転するときには、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりもスワール流を弱くする。高負荷低回転領域(3)において運転するときに、スワールコントロール弁56の開度は、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁56の開度は、例えば50%程度(つまり、半開)とすればよい。   Further, when the engine 1 is operated in the high load low rotation region (3), the swirl flow is weaker than that in the high load medium rotation region (2). When operating in the high load low rotation range (3), the opening of the swirl control valve 56 is larger than when operating in the high load mid rotation range (2). The opening degree of the swirl control valve 56 may be about 50% (that is, half open), for example.

図2の上図に二点鎖線で噴霧を例示するように、インジェクタ6の噴孔の軸は、点火プラグ25に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室17の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ25の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ25の付近に輸送される間に、気化することができる。   As illustrated by the two-dot chain line in the upper diagram of FIG. 2, the axis of the injection hole of the injector 6 is displaced in the circumferential direction with respect to the spark plug 25. The fuel injected from the nozzle hole flows in the circumferential direction by the swirl flow in the combustion chamber 17. By the swirl flow, the fuel can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25. The fuel can be vaporized while being transported in the vicinity of the spark plug 25.

一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ25の付近から離れてしまう。そこで、エンジン1は、高負荷低回転領域(3)において運転するときには、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ25の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びSI燃焼の安定化を図ることができる。   On the other hand, if the swirl flow is too strong, the fuel is flowed in the circumferential direction and is away from the vicinity of the spark plug 25. Therefore, when the engine 1 is operated in the high load low rotation region (3), the swirl flow is weaker than that in the high load medium rotation region (2). As a result, the fuel can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25, so that the ignitability of the air-fuel mixture can be improved and the SI combustion can be stabilized.

高負荷低回転領域(3)においてエンジン1は、燃料を圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間に燃料の噴射をしてSI燃焼を行うため、高負荷低回転領域(3)は、「リタード−SI領域」と呼ぶことができる。   In the high-load low-rotation region (3), the engine 1 performs SI combustion by injecting fuel during the retard period from the end of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. It can be called a “retard-SI region”.

(高回転領域(4))
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域においては、前述したように燃焼室17内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
(High rotation area (4))
When the rotational speed of the engine 1 is high, the time required for the crank angle to change by 1 ° is shortened. Therefore, for example, in the high rotation region in the high load region, it becomes difficult to stratify the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 as described above. When the rotational speed of the engine 1 becomes high, it becomes difficult to perform the aforementioned SPCCI combustion.

そのため、エンジン1が高回転領域(4)において運転しているときには、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。尚、高回転領域(4)は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。   Therefore, when the engine 1 is operating in the high speed region (4), the engine 1 performs SI combustion instead of SPCCI combustion. The high rotation region (4) extends over the entire load direction from a low load to a high load.

図6の符号606は、エンジン1が高回転領域(4)における負荷の高い運転状態606にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6061)及び点火時期(符号6062)、並びに、燃焼波形(符号6063)を示している。   Reference numeral 606 in FIG. 6 indicates a fuel injection timing (reference numeral 6061) and an ignition timing (reference numeral 6062) and a combustion waveform when the engine 1 is operating in a high-load operating state 606 in the high-rotation region (4). (Reference numeral 6063).

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高回転領域(4)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the high rotation region (4). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full load, EGR gas may be zero.

エンジン1は、高回転領域(4)において運転するときには、スワールコントロール弁56を全開にする。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、高回転領域(4)において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。   When the engine 1 is operated in the high speed region (4), the swirl control valve 56 is fully opened. A swirl flow is not generated in the combustion chamber 17 and only a tumble flow is generated. By fully opening the swirl control valve 56, the charging efficiency can be increased in the high rotation region (4), and the pump loss can be reduced.

エンジン1が高回転領域(4)において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、基本的には、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。尚、高回転領域(4)内の全開負荷の付近においては、混合気の空気過剰率λを1未満にしてもよい。   When the engine 1 operates in the high speed region (4), the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is basically the stoichiometric air-fuel ratio (A / F≈14.7) in the entire combustion chamber 17. It is. The excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be 1.0 ± 0.2. Note that the excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be less than 1 in the vicinity of the fully open load in the high rotation region (4).

エンジン1が高回転領域(4)において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する(符号6061)。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン1の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。   When the engine 1 operates in the high speed region (4), the injector 6 starts fuel injection during the intake stroke. The injector 6 injects fuel in a lump (reference numeral 6061). By starting fuel injection during the intake stroke, a homogeneous or substantially homogeneous mixture can be formed in the combustion chamber 17. Further, when the engine 1 has a high rotational speed, the fuel vaporization time can be ensured as long as possible, so that unburned loss can be reduced.

点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6062)。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at an appropriate timing before the compression top dead center after the fuel injection is completed (reference numeral 6062).

従って、高回転領域(4)においてエンジン1は、燃料噴射を吸気行程に開始してSI燃焼を行うため、高回転領域(4)は、「吸気−SI領域」と呼ぶことができる。   Therefore, in the high speed region (4), the engine 1 starts fuel injection in the intake stroke and performs SI combustion, so the high speed region (4) can be referred to as an “intake-SI region”.

(過給機の制御とEGRシステムの制御)
図5に示すように、過給機44は、低負荷低回転の所定の運転領域(つまり、S/C OFF領域)においては駆動せず、S/C OFF領域以外の運転領域(つまり、S/C ON領域)において駆動する。ECU10は、エンジン1がS/C ON領域において運転しているときには、電磁クラッチ45をオンするよう、制御信号を出力する。これにより、エンジン1の吸気側の圧力が、排気側の圧力よりも高くなる。過給機44が過給を行っているときに、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24が、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けると、吸気が、吸気側から排気側へと吹き抜けるから、燃焼室17内の残留ガスの掃気が行われる。この場合、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することはできない。EGRガスを燃焼室17の中に導入しようとすれば、外部EGRシステム551を利用することになる。
(Supercharger control and EGR system control)
As shown in FIG. 5, the supercharger 44 is not driven in a predetermined operation region (that is, S / C OFF region) of low load and low rotation, and is in an operation region other than the S / C OFF region (that is, S / CON area). The ECU 10 outputs a control signal to turn on the electromagnetic clutch 45 when the engine 1 is operating in the S / C ON region. Thereby, the pressure on the intake side of the engine 1 becomes higher than the pressure on the exhaust side. When the supercharger 44 performs supercharging, if the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 provide a positive overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened, the intake air Since the air is blown from the intake side to the exhaust side, the residual gas in the combustion chamber 17 is scavenged. In this case, the internal EGR gas cannot be introduced into the combustion chamber 17. If EGR gas is to be introduced into the combustion chamber 17, the external EGR system 551 is used.

エンジン1がS/C OFF領域において運転しているときに、ECU10は、電磁クラッチ45をオフするよう、制御信号を出力する。これにより、エンジン1の吸気側の圧力は、過給時よりも低下する。過給機44が過給を行っていないときに、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24が、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けると、排気行程中に吸気ポート18又は排気ポート19に排出した既燃ガスを吸気行程において燃焼室17の中に吹き戻すことができる。つまり、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することができる。   When the engine 1 is operating in the S / C OFF region, the ECU 10 outputs a control signal so that the electromagnetic clutch 45 is turned off. As a result, the pressure on the intake side of the engine 1 is lower than that during supercharging. If the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 provide a positive overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened when the supercharger 44 is not supercharging, the exhaust stroke The burned gas discharged into the intake port 18 or the exhaust port 19 can be blown back into the combustion chamber 17 in the intake stroke. That is, the internal EGR gas can be introduced into the combustion chamber 17.

エンジン1は、過給機44のオン/オフと、外部EGRシステム551及び内部EGRシステム552の切り替えとを組み合わせることによって、燃焼室17の中にEGRガスを適切に導入する。   The engine 1 appropriately introduces EGR gas into the combustion chamber 17 by combining on / off of the supercharger 44 and switching between the external EGR system 551 and the internal EGR system 552.

図9は、過給機44のオン/オフと、外部EGRシステム551及び内部EGRシステム552の切り替えとに係る制御を示すフローチャートである。図9のフローチャートに従って、ECU10は、過給機44のオン/オフと、外部EGRシステム551及び内部EGRシステム552の切り替えとを行う。図10は、図9のフローに従って、過給機44のオン/オフと、外部EGRシステム551及び内部EGRシステム552の切り替えとを実行した場合において、エンジン1の負荷の変化に対する、EGR率の変化(符号1001)、過給機44のオン/オフの変化(符号1002)、吸気弁21及び排気弁22のポジティブオーバーラップ期間(つまり、オーバラップ量)の変化(符号1003)、及び、EGR弁54の開度の変化(符号1004)を例示している。尚、図10は、図5において、運転状態601、602、及び、603の間でエンジン1の負荷が変化していく場合に相当する。   FIG. 9 is a flowchart showing control related to on / off of the supercharger 44 and switching between the external EGR system 551 and the internal EGR system 552. In accordance with the flowchart of FIG. 9, the ECU 10 turns on / off the supercharger 44 and switches between the external EGR system 551 and the internal EGR system 552. FIG. 10 shows a change in the EGR rate with respect to a change in the load of the engine 1 when the turbocharger 44 is turned on / off and the external EGR system 551 and the internal EGR system 552 are switched according to the flow of FIG. (Reference numeral 1001), ON / OFF change of the supercharger 44 (reference numeral 1002), positive overlap period (ie, overlap amount) of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 (reference numeral 1003), and EGR valve The change of the opening degree of 54 (code | symbol 1004) is illustrated. FIG. 10 corresponds to the case where the load of the engine 1 changes between the operating states 601, 602, and 603 in FIG.

先ず、スタート後のステップS1において、ECU10は、各センサSW1〜SW16の信号を読み込む。ECU10は、続くステップS2において、エンジン1の運転領域を判断する。   First, in step S1 after the start, the ECU 10 reads signals from the sensors SW1 to SW16. The ECU 10 determines the operating region of the engine 1 in the subsequent step S2.

ECU10は、ステップS3において、吸気電動S−VT23と排気電動S−VT24とを通じて吸気弁21と排気弁22とのオーバーラップ量を調整する。排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。図10のグラフ1003に示すように、オーバーラップ量は、エンジン1の負荷の高低に関わらず、一定又は略一定である。   In step S3, the ECU 10 adjusts the overlap amount between the intake valve 21 and the exhaust valve 22 through the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24. In the vicinity of the exhaust top dead center, a positive overlap period is provided in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened. As shown in a graph 1003 in FIG. 10, the overlap amount is constant or substantially constant regardless of the load level of the engine 1.

ECU10は、ステップS4において、エンジン1の運転状態が、過給機44をオンにする領域にあるか否かを判断する。ステップS3の判定がYESのときには、プロセスはステップS7に進み、NOのときには、プロセスはステップS5に進む。   In step S4, the ECU 10 determines whether or not the operating state of the engine 1 is in a region where the supercharger 44 is turned on. When the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S7, and when the determination is NO, the process proceeds to step S5.

ECU10は、ステップS8において過給機44の電磁クラッチ45をオンにする。図10においては、負荷L1よりも右側が、過給を行う領域である。ECU10はまた、エアバイパス弁(ABV)48の開度を、所望の過給圧となるように調整する。過給機44は、吸気の過給を行う。プロセスは、その後、ステップS9に進む。   In step S8, the ECU 10 turns on the electromagnetic clutch 45 of the supercharger 44. In FIG. 10, the area on the right side of the load L1 is a region for supercharging. The ECU 10 also adjusts the opening degree of the air bypass valve (ABV) 48 so as to obtain a desired supercharging pressure. The supercharger 44 supercharges intake air. The process then proceeds to step S9.

ECU10は、ステップS9において、EGR弁54の開度を調整する。これにより、外部EGRシステム551によって、外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。すなわち、過給機44が吸気の過給を行っているときには、外部EGRガスを燃焼室17の中に導入する。   In step S9, the ECU 10 adjusts the opening degree of the EGR valve 54. As a result, the external EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 by the external EGR system 551. That is, external EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 when the supercharger 44 is supercharging intake air.

過給機44が吸気の過給を行っているため、吸気通路40の中の圧力が高くなる。内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することは困難になる。外部EGRシステム551によって、外部EGRガスを燃焼室17の中に導入することによって、燃焼室17の中に、EGRガスを適切に導入することができる。図10のグラフ1004における右側に示すように、EGR弁54の開度は、エンジン1の負荷に応じて調整される。具体的に図10の制御例では、エンジン1の負荷が高くなると、EGR弁54の開度が小さくなり、エンジン1の負荷が低くなると、EGR弁54の開度が大きくなる。これにより、外部EGRガスによるEGR率は、グラフ1001に示すように、エンジン1の負荷が高くなると、EGR率が低くなり、エンジン1の負荷が低くなると、EGR率が高くなる。尚、エンジン1の負荷とEGR弁54の開度との関係は、図10に示すように連続的になるとは限らない。   Since the supercharger 44 supercharges intake air, the pressure in the intake passage 40 increases. It becomes difficult to introduce the internal EGR gas into the combustion chamber 17. By introducing the external EGR gas into the combustion chamber 17 by the external EGR system 551, the EGR gas can be appropriately introduced into the combustion chamber 17. As shown on the right side of the graph 1004 in FIG. 10, the opening degree of the EGR valve 54 is adjusted according to the load of the engine 1. Specifically, in the control example of FIG. 10, when the load on the engine 1 increases, the opening degree of the EGR valve 54 decreases, and when the load on the engine 1 decreases, the opening degree of the EGR valve 54 increases. Thereby, as shown in a graph 1001, the EGR rate due to the external EGR gas decreases as the load on the engine 1 increases, and increases as the load on the engine 1 decreases. Note that the relationship between the load of the engine 1 and the opening of the EGR valve 54 is not always continuous as shown in FIG.

外部EGRガスは、EGR通路52を通る上に、EGR通路52にはEGRクーラー53が配設されているため、内部EGRガスに比べて低温になる。図5に示すように、過給機44をオンにする領域は、過給機44をオフにする領域よりも高負荷、又は、高回転の領域であって、燃焼室17の中の温度が高くなるため、低温の外部EGRガスを燃焼室17の中に導入することによって、燃焼室17の中の温度を適切に調整することができる。その結果、SPCCI燃焼を安定化することが可能になる。   The external EGR gas passes through the EGR passage 52 and the EGR cooler 53 is disposed in the EGR passage 52, so that the temperature is lower than that of the internal EGR gas. As shown in FIG. 5, the region where the supercharger 44 is turned on is a region where the load or the rotation is higher than the region where the supercharger 44 is turned off, and the temperature in the combustion chamber 17 is high. Therefore, by introducing the low-temperature external EGR gas into the combustion chamber 17, the temperature in the combustion chamber 17 can be adjusted appropriately. As a result, it is possible to stabilize SPCCI combustion.

また、前述の通り、過給機44がオンのときには内部EGRガスを導入することは困難になるが、吸気弁21及び排気弁22のオーバーラップ期間が設けられている。これにより、燃焼室17の残留ガスの掃気が行われる。このことも、燃焼室17の中の温度を適切に調整することに寄与する。   Further, as described above, it is difficult to introduce the internal EGR gas when the supercharger 44 is on, but the overlap period of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 is provided. Thereby, scavenging of the residual gas in the combustion chamber 17 is performed. This also contributes to appropriately adjusting the temperature in the combustion chamber 17.

また、エンジン1の負荷が高い又は回転数が高いときに、残留ガスの掃気を行うことにより、燃焼室17の中に導入する新気量を増やすことができるから、エンジン1のトルクの向上及び燃費性能の向上に有利になる。   Further, when the load on the engine 1 is high or the rotational speed is high, the amount of new air introduced into the combustion chamber 17 can be increased by scavenging the residual gas. This is advantageous for improving fuel efficiency.

また、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24は、エンジン1の負荷が変わっても動かないため、エンジン1の負荷の変化に対する制御ロバスト性が高まる(図10のグラフ1003参照)。   Further, since the intake electric S-VT 23 and the exhaust electric S-VT 24 do not move even when the load of the engine 1 changes, the control robustness against the change of the load of the engine 1 is enhanced (see graph 1003 in FIG. 10).

図9のフローチャートに戻り、ECU10は、ステップS5において過給機44の電磁クラッチ45をオフにする(図10のグラフ1002参照)。また、ECU10は、エアバイパス弁48を開弁する。これにより、吸気は、過給機44及びインタークーラー46を通過せずにバイパス通路47を通って、燃焼室17の中に導入される。過給機44が吸気の過給を行っていないときには、吸気通路40の圧力が、過給時よりも低くなるため、排気行程中に吸気弁21を開けたときに、燃焼室17の中の既燃ガスの一部が吸気ポート18に排出される。そして、吸気行程において、吸気ポート18に排出された既燃ガスが、内部EGRガスとして燃焼室17の中に吹き返される。過給機44が吸気の過給を行っていないときには、内部EGRシステム552によって、燃焼室17の中に、内部EGRガスを適切に導入することができる。吸気弁21及び排気弁22のオーバーラップ量が一定であるため(グラフ1003参照)、内部EGRガスによるEGR率は、エンジン1の負荷の高低に関わらず、一定又は略一定である(グラフ1001参照)。   Returning to the flowchart of FIG. 9, the ECU 10 turns off the electromagnetic clutch 45 of the supercharger 44 in step S5 (see graph 1002 of FIG. 10). Further, the ECU 10 opens the air bypass valve 48. Thus, the intake air is introduced into the combustion chamber 17 through the bypass passage 47 without passing through the supercharger 44 and the intercooler 46. When the supercharger 44 is not supercharging the intake air, the pressure in the intake passage 40 is lower than that during supercharging, and therefore, when the intake valve 21 is opened during the exhaust stroke, A part of the burned gas is discharged to the intake port 18. In the intake stroke, the burned gas discharged to the intake port 18 is blown back into the combustion chamber 17 as internal EGR gas. When the supercharger 44 is not supercharging intake air, the internal EGR system 552 can appropriately introduce the internal EGR gas into the combustion chamber 17. Since the overlap amount of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 is constant (see graph 1003), the EGR rate by the internal EGR gas is constant or substantially constant regardless of the load level of the engine 1 (see graph 1001). ).

内部EGRガスは、外部EGRガスよりも温度が高い。過給機44が吸気の過給を行わない領域は、図5に示すように、エンジン1の負荷が低くかつ、回転数が低い領域であり、燃焼室17の中の温度が低くなる。高温の内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することによって、燃焼室17の中の温度を、SPCCI燃焼に適した温度に調整することが可能になる。   The internal EGR gas has a higher temperature than the external EGR gas. As shown in FIG. 5, the region where the supercharger 44 does not supercharge intake air is a region where the load of the engine 1 is low and the rotational speed is low, and the temperature in the combustion chamber 17 becomes low. By introducing the high-temperature internal EGR gas into the combustion chamber 17, the temperature in the combustion chamber 17 can be adjusted to a temperature suitable for SPCCI combustion.

ECU10は、ステップS5の後のステップS6において、エンジン1の運転状態が過給領域の手前であるか否かを判定する。つまり、エンジン1の運転状態が、S/C OFF領域内において、S/C OFF領域とS/C ON領域との境界付近であるときには、ステップS5の判定がYESになり、それ以外のときには、ステップS5の判定がNOになる。ステップS6の判定がNOのときには、プロセスはステップS7に進む。ステップS6の判定がYESのときには、プロセスはステップS9に進む。   In step S6 after step S5, the ECU 10 determines whether or not the operating state of the engine 1 is in front of the supercharging region. That is, when the operating state of the engine 1 is near the boundary between the S / C OFF region and the S / C ON region in the S / C OFF region, the determination in step S5 is YES, and otherwise The determination in step S5 is NO. If the determination in step S6 is no, the process proceeds to step S7. If the determination in step S6 is yes, the process proceeds to step S9.

ECU10は、ステップS7において、EGR弁58を閉じる。この場合、内部EGRガスのみが燃焼室17の中に導入される(図10のグラフ1001、1004参照)。   In step S7, the ECU 10 closes the EGR valve 58. In this case, only the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 (see graphs 1001 and 1004 in FIG. 10).

これに対し、ECU10は、ステップS9において、EGR弁58の開度を調整する。つまり、内部EGRシステム552によって内部EGRガスを燃焼室17の中に導入するS/C OFF領域において、EGR弁58を開けることにより、外部EGRガスも燃焼室17の中に導入する。これは、外部EGRシステム551の応答遅れに対応するためである.エンジン1の運転状態が、S/C ON領域に入り、外部EGRガスを燃焼室17の中に導入するときに、EGR弁58を予め開けておくことによって、燃焼室17の中に、外部EGRガスを速やかに導入させることができる。   On the other hand, the ECU 10 adjusts the opening degree of the EGR valve 58 in step S9. That is, the external EGR gas is also introduced into the combustion chamber 17 by opening the EGR valve 58 in the S / C OFF region where the internal EGR system 552 introduces the internal EGR gas into the combustion chamber 17. This is to cope with the response delay of the external EGR system 551. When the operating state of the engine 1 enters the S / CON region and the external EGR gas is introduced into the combustion chamber 17, the EGR valve 58 is opened in advance so that the external EGR is introduced into the combustion chamber 17. Gas can be introduced quickly.

図10において、負荷L1は、過給機44のオンとオフとを切り替える負荷に相当する。グラフ1004に実線で示すように、EGR弁54は、負荷L1よりも低い負荷L2において閉弁状態から開弁状態へと変化する。EGR弁54は、エンジン1の負荷が負荷L2よりも高いときは、開弁したままである。S/C OFF領域内における、負荷L2以上の領域では、内部EGRガスと外部EGRガスとの両方が燃焼室17の中に導入される。   In FIG. 10, the load L <b> 1 corresponds to a load that switches the supercharger 44 on and off. As indicated by a solid line in the graph 1004, the EGR valve 54 changes from a valve closing state to a valve opening state at a load L2 lower than the load L1. The EGR valve 54 remains open when the load of the engine 1 is higher than the load L2. In the region of the load L2 or more in the S / C OFF region, both the internal EGR gas and the external EGR gas are introduced into the combustion chamber 17.

尚、グラフ1004に一点鎖線で示すように、EGR弁54は、エンジン1の負荷が負荷L2から負荷L1へと高くなるに従い、その開度を次第に大きくしてもよい。   Note that, as indicated by the alternate long and short dash line in the graph 1004, the opening degree of the EGR valve 54 may gradually increase as the load of the engine 1 increases from the load L2 to the load L1.

このように、エンジン1においては、吸気弁21及び排気弁22のポジティブオーバーラップ量を変更せずに、過給機44の駆動及び非駆動を切り替えることによって、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することと、燃焼室17の中の残留ガスを掃気することを切り替えることができる。   As described above, in the engine 1, the internal EGR gas is changed into the combustion chamber 17 by switching between driving and non-driving of the supercharger 44 without changing the positive overlap amount of the intake valve 21 and the exhaust valve 22. And scavenging the residual gas in the combustion chamber 17 can be switched.

尚、図10は、エンジン1の負荷の変化に対する、EGR率の変化(符号1001)、過給機44のオン/オフの変化(符号1002)、吸気弁21及び排気弁22のポジティブオーバーラップ期間(つまり、オーバラップ量)の変化(符号1003)、及び、EGR弁54の開度の変化(符号1004)を例示しているが、エンジン1の回転数の変化に対する、EGR率の変化、過給機44のオン/オフの変化、吸気弁21及び排気弁22のポジティブオーバーラップ期間の変化、及び、EGR弁54の開度の変化も、図10と同様である。
(他の実施形態)
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
10 shows a change in EGR rate (reference numeral 1001), a change in ON / OFF of the supercharger 44 (reference numeral 1002), and a positive overlap period of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 with respect to a change in the load of the engine 1. (In other words, a change in the overlap amount (reference numeral 1003) and a change in the opening degree of the EGR valve 54 (reference numeral 1004) are illustrated. However, the change in the EGR rate with respect to the change in the engine 1 speed, The change of ON / OFF of the feeder 44, the change of the positive overlap period of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, and the change of the opening degree of the EGR valve 54 are also the same as in FIG.
(Other embodiments)
The technique disclosed here is not limited to being applied to the engine 1 having the above-described configuration. As the configuration of the engine 1, various configurations can be adopted.

エンジン1は、機械式過給機44に代えて、ターボ過給機を備えるようにしてもよい。   The engine 1 may include a turbocharger instead of the mechanical supercharger 44.

また、内部EGRシステム552は、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける代わりに、吸気弁21及び排気弁22の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入する(又は、内部EGRガスを燃焼室17の中に閉じ込める)ようにしてもよい。   Further, the internal EGR system 552 provides a negative overlap period for closing both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 instead of providing a positive overlap period for opening both the intake valve 21 and the exhaust valve 22. Thus, the internal EGR gas may be introduced into the combustion chamber 17 (or the internal EGR gas is confined in the combustion chamber 17).

さらに、ここに開示する技術は、SPCCI燃焼を行うエンジンに限らず、自己着火燃焼を行うエンジンに広く適用することができる。   Furthermore, the technology disclosed herein can be widely applied not only to engines that perform SPCCI combustion but also to engines that perform self-ignition combustion.

1 エンジン
10 ECU(制御部)
17 燃焼室
23 吸気電動S−VT(可変動弁機構)
24 排気電動S−VT(可変動弁機構)
40 吸気通路
44 過給機
45 電磁クラッチ(切替部)
46 インタークーラー
47 バイパス通路
48 エアバイパス弁(流量調整弁)
551 外部EGRシステム
552 内部EGRシステム
1 Engine 10 ECU (control unit)
17 Combustion chamber 23 Intake motorized S-VT (variable valve mechanism)
24 Exhaust Electric S-VT (Variable Valve Mechanism)
40 Intake passage 44 Supercharger 45 Electromagnetic clutch (switching part)
46 Intercooler 47 Bypass passage 48 Air bypass valve (flow adjustment valve)
551 External EGR system 552 Internal EGR system

Claims (7)

燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼するエンジンと、
前記燃焼室に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配設された過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、
前記燃焼室内の既燃ガスを前記燃焼室内に吹き戻すよう吸気弁及び排気弁の開閉動作を可変にすることによって、前記燃焼室内に内部EGRガスを導入する可変動弁機構と、
前記吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するEGR通路を通じて排気ガスの一部を前記吸気通路に還流することによって、前記燃焼室内に外部EGRガスを導入する外部EGRシステムと、
前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部EGRシステムに接続されかつ、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部EGRシステムに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記流量制御弁の開度を大きくすることによって前記過給機による吸気の過給を停止した状態で前記エンジンを運転するときには、前記燃焼室内に少なくとも内部EGRガスを導入するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を小さくすることによって前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときには、前記燃焼室内に少なくとも外部EGRガスを導入するように、前記外部EGRシステムに制御信号を出力する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
An engine in which the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition,
An intake passage connected to the combustion chamber;
A supercharger disposed in the intake passage;
A bypass passage connecting the upstream and downstream of the supercharger in the intake passage;
A flow control valve disposed in the bypass passage;
A variable valve mechanism that introduces internal EGR gas into the combustion chamber by varying the opening and closing operations of the intake valve and the exhaust valve so that the burned gas in the combustion chamber is blown back into the combustion chamber;
An external EGR system that introduces external EGR gas into the combustion chamber by returning a part of the exhaust gas to the intake passage through an EGR passage connecting the intake passage and the exhaust passage of the engine;
A controller that is connected to the flow control valve, the variable valve mechanism, and the external EGR system, and that outputs a control signal to the flow control valve, the variable valve mechanism, and the external EGR system;
The controller is configured to introduce at least internal EGR gas into the combustion chamber when the engine is operated in a state where supercharging of the intake air by the supercharger is stopped by increasing the opening of the flow control valve. When the engine is operated in a state where supercharging is performed by the supercharger by outputting a control signal to the variable valve mechanism and reducing an opening of the flow control valve, A compression self-ignition engine with a supercharger that outputs a control signal to the external EGR system so as to introduce at least an external EGR gas into the combustion chamber.
請求項1に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定の切替負荷よりも低くかつ、前記エンジンの回転数が所定の切替回転数よりも低いときに、前記流量制御弁の開度を大きくすることによって、前記過給機による吸気の過給を停止すると共に、前記エンジンの負荷が前記切替負荷以上、又は、前記エンジンの回転数が前記切替回転数以上のときに、前記流量制御弁の開度を小さくすることによって、前記過給機による吸気の過給を行う過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine with a supercharger according to claim 1,
The control unit increases the opening of the flow rate control valve when the engine load is lower than a predetermined switching load and the engine speed is lower than a predetermined switching speed, The supercharging of the intake air by the supercharger is stopped, and the opening degree of the flow control valve is decreased when the engine load is equal to or higher than the switching load or the engine speed is equal to or higher than the switching speed. Thus, a compression self-ignition engine with a supercharger that supercharges intake air by the supercharger.
請求項2に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記制御部は、前記切替負荷又は前記切替回転数を含む運転領域において、前記燃焼室内に前記内部EGRガスと前記外部EGRガスとの両方を導入する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine with a supercharger according to claim 2,
The control unit is a compression self-ignition engine with a supercharger that introduces both the internal EGR gas and the external EGR gas into the combustion chamber in an operation region including the switching load or the switching rotational speed.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部を備え、
前記制御部は、前記過給機による吸気の過給を停止するときには、前記切替部に前記過給機を非駆動にする制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を大きくし、前記過給機により吸気の過給を行うときには、前記切替部に前記過給機を駆動させる制御信号を出力すると共に、前記流量制御弁の開度を小さくする過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
In the compression self-ignition engine with a supercharger according to any one of claims 1 to 3,
A switching unit that switches between driving and non-driving of the supercharger,
When the control unit stops supercharging of intake air by the supercharger, the control unit outputs a control signal for non-driving the supercharger to the switching unit, and increases the opening of the flow control valve, When supercharging the intake air by the supercharger, a compression self-ignition engine with a supercharger that outputs a control signal for driving the supercharger to the switching unit and reduces the opening of the flow control valve .
請求項4に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記可変動弁機構は、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内に内部EGRガスを導入し、
前記可変動弁機構は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときにも、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内の残留ガスの掃気を行う過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine with a supercharger according to claim 4,
The variable valve mechanism introduces an internal EGR gas into the combustion chamber by providing an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open,
The variable valve mechanism is an overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open even when the engine is operated in a state in which intake air is supercharged by the supercharger. A compression self-ignition engine with a supercharger for scavenging residual gas in the combustion chamber.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上30以下である過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
The compression self-ignition engine with a supercharger according to any one of claims 1 to 5,
The engine is a compression self-ignition engine with a supercharger having a geometric compression ratio of 13 to 30.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
In the compression self-ignition type engine with a supercharger according to any one of claims 1 to 6,
The fuel supplied to the combustion chamber is a compression self-ignition engine with a supercharger including at least gasoline.
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