JP5310097B2 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control device for an internal combustion engine, suppressing torque steps in change-over from compression self ignition combustion to spark ignition combustion. <P>SOLUTION: The combustion control device for the internal combustion engine capable of changing over combustion between spark ignition combustion and compression self ignition combustion by internal EGR gas includes a control means 11 controlling internal EGR gas remaining quantity by adjusting exhaust valve close timing EVC and controlling total gas quantity by adjusting intake valve close timing IVC when combustion is changed over from the compression self ignition combustion to the spark ignition combustion. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine.

運転負荷領域に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切換制御する内燃機関が知られている（特許文献１）。 There is known an internal combustion engine that performs switching control between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion according to an operating load region (Patent Document 1).

この内燃機関では吸排気弁に可変動弁機構を設け、火花点火燃焼時には吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とを上死点付近に設定する一方で、圧縮自己着火燃焼時には吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とをマイナスオーバーラップに設定して、排ガスの一部を燃焼室に留まらせる（内部ＥＧＲ）。   In this internal combustion engine, a variable valve mechanism is provided for the intake and exhaust valves, and the opening timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve are set near top dead center during spark ignition combustion, while the intake valve is closed during compression self-ignition combustion. The opening timing and the closing timing of the exhaust valve are set to minus overlap so that a part of the exhaust gas remains in the combustion chamber (internal EGR).

特開２０００−１９２８２８号公報JP 2000-192828 A

しかしながら、上記従来の燃焼制御装置では、圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える場合に、吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とをマイナスオーバーラップから上死点付近へ切り換える必要があり、その際に新しい空気量が変動してトルク段差が生じるという問題があった。   However, in the conventional combustion control device, when switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion, it is necessary to switch the opening timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve from minus overlap to near the top dead center, At that time, there is a problem that a new air amount fluctuates to cause a torque step.

本発明が解決しようとする課題は、圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼への切換時のトルク段差を抑制できる内燃機関の燃焼制御装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can suppress a torque step at the time of switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion.

本発明は、圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼への切換時に、内部ＥＧＲガスの減少量と総ガスの減少量とが等しくなるように、吸気弁の閉時期と排気弁の閉時期との関係を制御することによって上記課題を解決する。 The present invention relates to the relationship between the closing timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve so that the reduction amount of the internal EGR gas and the reduction amount of the total gas become equal when switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion. The above-mentioned problem is solved by controlling the above.

本発明によれば、内部ＥＧＲガスの減少量と総ガスの減少量とが等しくなるように、吸気弁の閉時期と排気弁の閉時期との関係を制御するので、新空気量を一定に制御することができ、その結果、切換時のトルク段差を抑制することができる。 According to the present invention, the relationship between the closing timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve is controlled so that the reduction amount of the internal EGR gas is equal to the reduction amount of the total gas. As a result, the torque step at the time of switching can be suppressed.

本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an internal combustion engine to which an embodiment of the present invention is applied. 図１の内燃機関の吸排気バルブの可変動弁機構を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the variable valve mechanism of the intake / exhaust valve | bulb of the internal combustion engine of FIG. 図２の可変動弁機構の位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the phase change of the valve lift characteristic by the phase variable mechanism of the variable valve mechanism of FIG. 図２の可変動弁機構のリフト・作動角可変機構を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a lift / operating angle variable mechanism of the variable valve mechanism in FIG. 2. 図２の可変動弁機構のリフト・作動角可変機構によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in lift / operation angle characteristics by the variable lift / operation angle mechanism of the variable valve mechanism of FIG. 2. 図１の内燃機関の吸排気バルブの閉時期を示す制御マップである。2 is a control map showing closing timings of intake and exhaust valves of the internal combustion engine of FIG. 1. 図１の吸排気バルブのバルブタイミングを示すダイヤグラム（圧縮自己着火燃焼時）である。FIG. 2 is a diagram showing the valve timing of the intake / exhaust valve of FIG. 1 (during compression self-ignition combustion). 図１の吸排気バルブのバルブタイミングを示すダイヤグラム（火花点火燃焼・吸気弁早閉時）である。FIG. 2 is a diagram showing the valve timing of the intake / exhaust valve in FIG. 1 (at the time of spark ignition combustion / intake valve early closing). 図１の吸排気バルブのバルブタイミングを示すダイヤグラム（火花点火燃焼・吸気弁遅閉時）である。FIG. 2 is a diagram showing the valve timing of the intake / exhaust valve in FIG. 図１の内燃機関の回転数と負荷に対する燃焼切換領域を示すグラフである。2 is a graph showing a combustion switching region with respect to the rotation speed and load of the internal combustion engine of FIG. 1. 内部ＥＧＲ量に対する混合気温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the mixture temperature with respect to the amount of internal EGR. 図１の内燃機関の燃焼切換手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the combustion switching procedure of the internal combustion engine of FIG. 圧縮自己着火燃焼から火花点火燃焼への切換時の制御を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the control at the time of switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態を適用した火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切換可能なエンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。   FIG. 1 is a block diagram showing an engine EG that can switch between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion to which an embodiment of the present invention is applied. An air filter 112, intake air is provided in an intake passage 111 of the engine EG. An air flow meter 113 for detecting the air flow rate, a throttle valve 114 for controlling the intake air flow rate, and a collector 115 are provided.

スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。   The throttle valve 114 is provided with an actuator 116 such as a DC motor that adjusts the opening of the throttle valve 114. The throttle valve actuator 116 electronically controls the opening of the throttle valve 114 based on the drive signal from the engine control unit 11 so as to achieve the required torque calculated based on the driver's accelerator pedal operation amount and the like. Further, a throttle sensor 117 for detecting the opening degree of the throttle valve 114 is provided, and the detection signal is output to the engine control unit 1. The throttle sensor 117 can also function as an idle switch.

燃料噴射バルブ１１８は、燃焼室１２３に臨ませて設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を筒内に直接噴射する。   The fuel injection valve 118 is provided facing the combustion chamber 123. The fuel injection valve 118 is driven to open by a drive pulse signal set in the engine control unit 11 and directly injects fuel, which is pumped from a fuel pump (not shown) and controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator, into the cylinder.

シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨ませて設けられ、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて、火花点火燃焼モードにおいて吸入混合気に対して点火を行う。圧縮自己着火燃焼モードの場合は非作動となる。   A space surrounded by the cylinder 119, the crown surface of the piston 120 that reciprocates within the cylinder, and the cylinder head provided with the intake valve 121 and the exhaust valve 122 constitutes a combustion chamber 123. The spark plug 124 is provided facing the combustion chamber 123 of each cylinder, and ignites the intake air-fuel mixture in the spark ignition combustion mode based on the ignition signal from the engine control unit 11. In the case of the compression self-ignition combustion mode, the operation is disabled.

一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。   On the other hand, the exhaust passage 125 is provided with an air-fuel ratio sensor 126 for detecting an exhaust gas by detecting a specific component in the exhaust gas, for example, oxygen concentration, and thus an air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture. Is output. The air-fuel ratio sensor 126 may be an oxygen sensor that performs rich / lean output, or a wide-area air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide area.

また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。   The exhaust passage 125 is provided with an exhaust purification catalyst 127 for purifying the exhaust. The exhaust purification catalyst 127 oxidizes carbon monoxide CO and hydrocarbon HC in the exhaust in the vicinity of stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, λ = 1, air weight / fuel weight = 14.7), and nitrogen oxide NOx. It is possible to use a three-way catalyst that can purify the exhaust gas by reducing the above, or an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide CO and hydrocarbon HC in the exhaust gas.

排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで良い場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。   On the downstream side of the exhaust purification catalyst 127 in the exhaust passage 125, there is provided an oxygen sensor 128 that detects a specific component in the exhaust, for example, oxygen concentration, and outputs a rich / lean output, and the detection signal is output to the engine control unit 11. The Here, by correcting the air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 126 based on the detection value of the oxygen sensor 128, so as to suppress a control error associated with the deterioration of the air-fuel ratio sensor 126 (so-called) Although the downstream oxygen sensor 128 is provided (for the adoption of a double air-fuel ratio sensor system), if it is only necessary to perform air-fuel ratio feedback control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 126, the oxygen sensor 128 is Can be omitted.

なお、図１において１２９はマフラである。   In FIG. 1, reference numeral 129 denotes a muffler.

エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。   The crankshaft 130 of the engine EG is provided with a crank angle sensor 131, and the engine control unit 11 counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 131 in synchronization with the engine rotation for a predetermined time, or By measuring the cycle of the crank reference angle signal, the engine speed Ne can be detected.

エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。   The cooling jacket 132 of the engine EG is provided with a water temperature sensor 133 facing the cooling jacket, detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket 131, and outputs this to the engine control unit 11.

本例のエンジンＥＧの吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２のそれぞれには可変動弁機構６０が設けられ、エンジンコントロールユニット１１からの指令信号により吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２の開閉時期が独立して可変とされている。   Each of the intake valve 121 and the exhaust valve 122 of the engine EG of this example is provided with a variable valve mechanism 60, and the opening / closing timing of the intake valve 121 and the exhaust valve 122 is independently variable by a command signal from the engine control unit 11. It is said that.

図２は、この可変動弁機構６０の一例を示す斜視図である。以下では排気バルブ１２２に設けられた可変動弁機構６０を説明するが吸気バルブ１２１に設けられた可変動弁機構６０もその構成は同じである、以下の説明中、排気バルブ１２２とあるのを吸気バルブ１２１と読み替えればよいのでその説明は省略する。   FIG. 2 is a perspective view showing an example of the variable valve mechanism 60. Hereinafter, the variable valve mechanism 60 provided in the exhaust valve 122 will be described, but the configuration of the variable valve mechanism 60 provided in the intake valve 121 is the same. In the following description, the variable valve mechanism 60 is referred to as the exhaust valve 122. Since it may be read as the intake valve 121, its description is omitted.

本例の可変動弁機構６０は、排気バルブ１２２のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構６１と、そのリフトの中心角の位相（クランク軸１３０に対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構６２とを組み合わせたものである。 The variable valve mechanism 60 of this example is a lift / operation angle variable mechanism 61 that changes the lift / operation angle of the exhaust valve 122, and the phase of the center angle of the lift (phase with respect to the crankshaft 130) is advanced or retarded. The phase variable mechanism 62 is combined.

位相可変機構６２は、同図に示すように、駆動軸６２１の前端部に設けられたスプロケット６２２と、このスプロケット６２２と駆動軸６２１とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ６２４とから構成されている。   As shown in the figure, the phase variable mechanism 62 includes a sprocket 622 provided at the front end of the drive shaft 621, and a phase control that relatively rotates the sprocket 622 and the drive shaft 621 within a predetermined angle range. And a hydraulic actuator 624 for use.

スプロケット６２３は、図示しないタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランク軸１３０の駆動に連動する。位相制御用油圧アクチュエータ６２４への油圧供給は、エンジンコントロールユニット１１からの制御信号に基づき制御される。   The sprocket 623 is linked to driving of the crankshaft 130 via a timing chain or a timing belt (not shown). The hydraulic pressure supply to the phase control hydraulic actuator 624 is controlled based on a control signal from the engine control unit 11.

この位相制御用油圧アクチュエータ６２４への油圧制御によって、スプロケット６２３と駆動軸６２１とが相対的に回転し、図３に示すように、リフト中心角が遅進する。図３は、位相可変機構６２によるバルブリフト特性の位相変化を示す特性図である。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化は連続的に得ることができる。   By this hydraulic control to the phase control hydraulic actuator 624, the sprocket 623 and the drive shaft 621 rotate relatively, and the lift center angle is retarded as shown in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a phase change of the valve lift characteristic by the phase variable mechanism 62. That is, the lift characteristic curve itself does not change, and the whole advances or retards. This change can be obtained continuously.

また、位相可変機構６２には、リフト中心角の位相の遅進を検知する図示しないカム角センサが設けてある。 Further, the phase variable mechanism 62 is provided with a cam angle sensor (not shown) that detects the delay of the phase of the lift center angle.

なお、位相可変機構６２としては、同図に示す油圧式のものに限られず、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。   The phase variable mechanism 62 is not limited to the hydraulic type shown in the figure, and various configurations such as those using an electromagnetic actuator are possible.

図４は、リフト・作動角可変機構６１のみを示す断面図であり、図２および図４に基づいて、リフト・作動角可変機構６１の概要を説明する。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing only the lift / operating angle variable mechanism 61, and an outline of the lift / operating angle variable mechanism 61 will be described based on FIGS. 2 and 4.

本例のリフト・作動角可変機構６１は、シリンダヘッド１６１に図示しないバルブガイドを介して摺動自在に設けられた排気バルブ１２２に対し、シリンダヘッド１６１上部のカムブラケット１６３に回転自在に支持された中空状の駆動軸６２１と、この駆動軸６２１に、圧入等により固定された偏心カム６１１と、駆動軸６２１の上方位置に同じカムブラケット１６３に回転自在に支持されるとともに駆動軸６２１と平行に配置された制御軸６１２と、この制御軸６１２の偏心カム部６１２ａに揺動自在に支持されたロッカアーム６１３と、各排気バルブ１２２の上端部に配置されたタペット１６４に当接する揺動カム６１４と、を備える。   The lift / operating angle variable mechanism 61 of this example is rotatably supported by a cam bracket 163 above the cylinder head 161 with respect to an exhaust valve 122 slidably provided on the cylinder head 161 via a valve guide (not shown). A hollow drive shaft 621, an eccentric cam 611 fixed to the drive shaft 621 by press-fitting or the like, and a cam bracket 163 that is rotatably supported above the drive shaft 621 and parallel to the drive shaft 621. , A rocker arm 613 swingably supported by an eccentric cam portion 612a of the control shaft 612, and a swing cam 614 that abuts a tappet 164 disposed at the upper end of each exhaust valve 122. And comprising.

偏心カム６１１とロッカアーム６１３とはリンクアーム６１５によって連結されており、ロッカアーム６１３と揺動カム６１４とは、リンク部材６１６によって連結されている。   The eccentric cam 611 and the rocker arm 613 are connected by a link arm 615, and the rocker arm 613 and the swing cam 614 are connected by a link member 616.

駆動軸６２１は、既述したとおりタイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランク軸１３０によって駆動される。   The drive shaft 621 is driven by the crankshaft 130 of the engine via the timing chain or timing belt as described above.

偏心カム６１１は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸６２１の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム６１５の環状部６１５ａが回転可能に嵌合している。   The eccentric cam 611 has a circular outer peripheral surface, the center of the outer peripheral surface is offset by a predetermined amount from the axis of the drive shaft 621, and the annular portion 615a of the link arm 615 is rotatable on the outer peripheral surface. It is mated.

ロッカアーム６１３は、略中央部が偏心カム部６１２ａによって支持され、その一端部に、リンクアーム６１５の延長部６１５ｂが連結するとともに、他端部に、リンク部材６１６の上端部が連結している。偏心カム部６１２ａは、制御軸６１２の軸心から偏心しており、従って、制御軸６１２の角度位置に応じてロッカアーム６１３の揺動中心は変化する。   The rocker arm 613 is supported at an approximately central portion by an eccentric cam portion 612a. An extension portion 615b of the link arm 615 is connected to one end portion thereof, and an upper end portion of the link member 616 is connected to the other end portion thereof. The eccentric cam portion 612a is eccentric from the axis of the control shaft 612. Therefore, the rocking center of the rocker arm 613 changes depending on the angular position of the control shaft 612.

揺動カム６１４は、駆動軸６２１の外周に嵌合して回転自在に支持され、側方へ延びた端部６１４ａに、リンク部材６１６の下端部が連結している。この揺動カム６１４の下面には、駆動軸６２１と同心状の円弧をなす基円面６１７ａと、該基円面６１７ａから上記端部６１４ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面６１７ｂと、が形成されており、これらの基円面６１７ａならびにカム面６１７ｂが、揺動カム６１４の揺動位置に応じてタペット１６４の上面に当接するようになっている。   The swing cam 614 is rotatably supported by being fitted to the outer periphery of the drive shaft 621, and a lower end portion of the link member 616 is connected to an end portion 614 a extending sideways. On the lower surface of the swing cam 614, a base circle surface 617a that forms a concentric arc with the drive shaft 621, a cam surface 617b extending from the base circle surface 617a to the end 614a in a predetermined curve, The base circle surface 617a and the cam surface 617b come into contact with the upper surface of the tappet 164 according to the swing position of the swing cam 614.

すなわち、基円面６１７ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム６１４が揺動してカム面６１７ｂがタペット１６４に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。   That is, the base circle surface 617a is a section where the lift amount becomes 0 as a base circle section, and when the swing cam 614 swings and the cam surface 617b contacts the tappet 164, it gradually lifts. . A slight ramp section is provided between the base circle section and the lift section.

制御軸６１２は、図２に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用電動アクチュエータ６１８によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用電動アクチュエータ６１８への電流供給は、エンジンコントロールユニット１１からの制御信号に基づき制御される。なお、アクチュエータ６１８は、このアクチュエータ６１８の駆動電源がＯＦＦの条件において、排気バルブ１２２を小リフト・小作動角側に付勢するよう構成されている。 また、リフト・作動角可変機構６１には、制御軸６１２の回転角度を検知して排気バルブ１２２のリフト・作動角を検出する図示しない制御軸センサが設けてある。そして、制御軸センサとカム角センサのそれぞれの検出値から排気バルブ１２２の開閉時期が検知できる。   As shown in FIG. 2, the control shaft 612 is configured to rotate within a predetermined rotation angle range by a lift / operation angle control electric actuator 618 provided at one end. The current supply to the lift / operating angle control electric actuator 618 is controlled based on a control signal from the engine control unit 11. The actuator 618 is configured to urge the exhaust valve 122 to the small lift / small operating angle side under the condition that the driving power source of the actuator 618 is OFF. Further, the lift / operation angle variable mechanism 61 is provided with a control axis sensor (not shown) that detects the rotation angle of the control shaft 612 and detects the lift / operation angle of the exhaust valve 122. The opening / closing timing of the exhaust valve 122 can be detected from the detection values of the control shaft sensor and the cam angle sensor.

本例のリフト・作動角可変機構６１の作用を説明すると、駆動軸６２１が回転すると、偏心カム６１１のカム作用によってリンクアーム６１５が上下動し、これに伴ってロッカアーム６１３が揺動する。このロッカアーム６１３の揺動は、リンク部材６１６を介して揺動カム６１４へ伝達され、該揺動カム６１４が揺動する。この揺動カム６１４のカム作用によって、タペット１６４が押圧され、排気バルブ１２２がリフトする。   The operation of the lift / operation angle varying mechanism 61 of this example will be described. When the drive shaft 621 rotates, the link arm 615 moves up and down by the cam action of the eccentric cam 611, and the rocker arm 613 swings accordingly. The swing of the rocker arm 613 is transmitted to the swing cam 614 via the link member 616, and the swing cam 614 swings. The tappet 164 is pressed by the cam action of the swing cam 614, and the exhaust valve 122 is lifted.

ここで、リフト・作動角制御用電動アクチュエータ６１８を介して制御軸６１２の角度が変化すると、ロッカアーム６１３の初期位置が変化し、ひいては揺動カム６１４の初期揺動位置が変化する。   Here, when the angle of the control shaft 612 changes via the lift / operating angle control electric actuator 618, the initial position of the rocker arm 613 changes, and consequently the initial swing position of the swing cam 614 changes.

たとえば、偏心カム部６１２ａが図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６１３は全体として上方へ位置し、揺動カム６１４の端部６１４ａが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム６１４の初期位置は、そのカム面６１７ｂがタペット１６４から離れる方向に傾く。したがって、駆動軸６２１の回転に伴って揺動カム６１４が揺動した際に、基円面６１７ａが長くタペット１６４に接触し続け、カム面６１７ｂがタペット１６４に接触する期間は短くなる。この結果、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲、つまり作動角も縮小する。   For example, if the eccentric cam portion 612a is positioned upward in the drawing, the rocker arm 613 is positioned upward as a whole, and the end 614a of the swing cam 614 is relatively lifted upward. That is, the initial position of the swing cam 614 is inclined in a direction in which the cam surface 617 b is separated from the tappet 164. Therefore, when the swing cam 614 swings with the rotation of the drive shaft 621, the base circle surface 617a continues to contact the tappet 164 for a long time, and the period during which the cam surface 617b contacts the tappet 164 is shortened. As a result, the lift amount is reduced as a whole, and the angle range from the opening timing to the closing timing, that is, the operating angle is also reduced.

逆に、偏心カム部６１２ａが図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６１３は全体として下方へ位置し、揺動カム６１４の端部６１４ａが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム６１４の初期位置は、そのカム面６１７ｂがタペット１６４に近付く方向に傾く。したがって、駆動軸６２１の回転に伴って揺動カム６１４が揺動した際に、タペット１６４と接触する部位が基円面６１７ａからカム面６１７ｂへと直ちに移行する。この結果、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。   Conversely, if the eccentric cam portion 612a is positioned downward in the figure, the rocker arm 613 is positioned downward as a whole, and the end portion 614a of the swing cam 614 is pushed downward relatively. That is, the initial position of the swing cam 614 is inclined in the direction in which the cam surface 617 b approaches the tappet 164. Therefore, when the swing cam 614 swings with the rotation of the drive shaft 621, the portion that contacts the tappet 164 immediately shifts from the base circle surface 617a to the cam surface 617b. As a result, the lift amount as a whole increases and the operating angle also increases.

上記の偏心カム部６１２ａの位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図５に示すように連続的に変化する。図５は、リフト・作動角可変機構６１によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図である。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。特に、このものでは、リフト・作動角の大小変化に伴い、排気バルブ１２２の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。   Since the position of the eccentric cam portion 612a can be continuously changed, the valve lift characteristic changes continuously as shown in FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in lift / operating angle characteristics by the lift / operating angle variable mechanism 61. That is, the lift and the operating angle can be continuously expanded and contracted simultaneously. In particular, in this case, the opening timing and closing timing of the exhaust valve 122 change substantially symmetrically as the lift and operating angle change.

なお、上述するように、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ切り換える際に吸排気バルブ１２１，１２２の開閉時期を切り換える必要があるため、上述したリフト・作動角可変機構６１と位相可変機構６２とを同時に駆動する。しかしながら、電動アクチュエータ６１８で駆動するリフト・作動角可変機構６１と、油圧アクチュエータ６２４で駆動する位相可変機構６２との応答速度の相違などから排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣが、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣの進角又は遅角よりも早く遅角する場合がある。これにより、内部ＥＧＲがすぐに減少してしまい、新空気が一時的に増加するといった問題があるが、以下の本実施形態の燃焼制御によれば、こうした可変動弁機構６０の応答速度の違いによる問題も解消されることになる。   As described above, when switching from the compression self-ignition combustion mode to the spark ignition combustion mode, it is necessary to switch the opening / closing timings of the intake / exhaust valves 121, 122. Therefore, the lift / operating angle variable mechanism 61 and the phase variable mechanism described above. 62 are simultaneously driven. However, the closing timing EVC of the exhaust valve 122 is the closing timing of the intake valve 121 due to the difference in the response speed between the lift / operation angle varying mechanism 61 driven by the electric actuator 618 and the phase varying mechanism 62 driven by the hydraulic actuator 624. There is a case where the angle is retarded earlier than the advance angle or retard angle of IVC. As a result, there is a problem that the internal EGR immediately decreases and new air temporarily increases. However, according to the combustion control of the present embodiment below, the difference in the response speed of the variable valve mechanism 60 is as follows. The problem due to will be solved.

次に燃焼制御の手順を説明する。   Next, the combustion control procedure will be described.

圧縮自己着火燃焼モードにおけるバルブタイミングダイヤグラムを図７に示す。圧縮自己着火燃焼モードでは、スロットルバルブ１１４の開度は全開とし、アクセル開度に応じて燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射量を制御する。   FIG. 7 shows a valve timing diagram in the compression self-ignition combustion mode. In the compression self-ignition combustion mode, the throttle valve 114 is fully opened, and the fuel injection amount from the fuel injection valve 118 is controlled according to the accelerator opening.

また、混合ガスの温度を所定温度まで昇温させるために、排気行程における排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣを進角させて燃焼ガス（以下、内部ＥＧＲガス）を残留させ、これにより吸気通路１１１から吸入した新空気を昇温させる。図１１は内部ＥＧＲ量に対する混合ガスの温度の関係を示すグラフであり、内部ＥＧＲガス量を制御することで混合ガスの温度を所定温度まで昇温させることができる。 Further, in order to raise the temperature of the mixed gas to a predetermined temperature, the closing timing EVC of the exhaust valve 122 in the exhaust stroke is advanced to leave combustion gas (hereinafter referred to as internal EGR gas). Raise the temperature of the inhaled new air. FIG. 11 is a graph showing the relationship of the temperature of the mixed gas with respect to the internal EGR amount, and the temperature of the mixed gas can be raised to a predetermined temperature by controlling the internal EGR gas amount.

なお、図７に示すように、この排気行程に続く吸気行程において残留した内部ＥＧＲガスが吸気通路へ逆流するのを抑制するために、吸気バルブ１２１の開時期ＩＶＯは、上死点ＴＤＣに対して排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣと対称時期に設定される。また、排気バルブ１２２の開時期ＥＶＯおよび吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣはいずれも下死点ＢＤＣに設定される。 As shown in FIG. 7, in order to prevent the internal EGR gas remaining in the intake stroke following the exhaust stroke from flowing back to the intake passage, the opening timing IVO of the intake valve 121 is set to the top dead center TDC. Thus, the exhaust valve 122 is set to a timing that is symmetrical to the closing timing EVC. Further, both the opening timing EVO of the exhaust valve 122 and the closing timing IVC of the intake valve 121 are set to the bottom dead center BDC.

これに対し、火花点火燃焼モードにおけるバルブタイミングダイヤグラムを図８及び図９に示す。火花点火燃焼モードでは、アクセル開度に応じてスロットルバルブ１１４の開度と燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射量とを制御し、所定のタイミングで点火プラグ１２４を作動させることで、燃焼室１２３内の圧縮混合気を燃焼させる。   In contrast, FIGS. 8 and 9 show valve timing diagrams in the spark ignition combustion mode. In the spark ignition combustion mode, the opening of the throttle valve 114 and the amount of fuel injected from the fuel injection valve 118 are controlled according to the accelerator opening, and the ignition plug 124 is operated at a predetermined timing. Burn the compressed mixture.

なお、排気バルブ１２２の開時期ＥＶＯは下死点ＢＤＣに設定されるが、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣは図８の例では下死点ＢＤＣより進角側に設定され、図９に示す例では下死点ＢＤＣより遅角側に設定される。これについては後述する。 The opening timing EVO of the exhaust valve 122 is set to the bottom dead center BDC, but the closing timing IVC of the intake valve 121 is set to the advance side from the bottom dead center BDC in the example of FIG. Then, it is set on the retard side from the bottom dead center BDC. This will be described later.

火花点火燃焼は要求出力に対応できるというメリットがあり圧縮自己着火燃焼は燃費がよいというメリットがあるため、運転条件に応じて両燃焼を切り換えるとよい。図１０は火花点火燃焼モードと圧縮自己着火燃焼モードの切換領域の一例を示す図であり、たとえばアイドル以上の低回転〜中回転であって低負荷〜中負荷の運転状態では圧縮自己着火燃焼モードで運転し、それ以外は火花点火燃焼モードで運転する。 Since spark ignition combustion has the merit that it can respond to the required output, and compression self-ignition combustion has the merit that fuel consumption is good, it is good to switch both combustions according to driving conditions. FIG. 10 is a diagram showing an example of a switching region between a spark ignition combustion mode and a compression self-ignition combustion mode. Drive in the spark ignition combustion mode.

次に、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切換手順を説明する。 Next, a procedure for switching from the compression self-ignition combustion mode to the spark ignition combustion mode will be described.

図１２は燃焼切換手順を示すフローチャートである。圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへの切換条件が成立すると、ステップＳ１にて、切換後の火花点火燃焼モードにおける内部ＥＧＲ量の目標値を演算する。 FIG. 12 is a flowchart showing a combustion switching procedure. When the switching condition from the compression self-ignition combustion mode to the spark ignition combustion mode is satisfied, a target value of the internal EGR amount in the spark ignition combustion mode after switching is calculated in step S1.

ステップＳ２では、目標内部ＥＧＲ量に応じた排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣを演算して決定する。火花点火燃焼モードにおける内部ＥＧＲ量は吸気弁の開時期と排気弁の閉時期とのプラスオーバーラップによって決定することができる。本例では排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣを上死点に設定している。   In step S2, the closing timing EVC of the exhaust valve 122 corresponding to the target internal EGR amount is calculated and determined. The internal EGR amount in the spark ignition combustion mode can be determined by a plus overlap between the opening timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve. In this example, the closing timing EVC of the exhaust valve 122 is set to the top dead center.

ステップＳ３では、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣを図８に示すように下死点に対して進角させるか、これに代えて図９に示すように下死点に対して遅角させる。図８及び図９に示すように、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣを下死点に対して進角又は遅角させることにより燃焼室１２３内に吸入する空気量が減少する。 In step S3, the closing timing IVC of the intake valve 121 is advanced with respect to the bottom dead center as shown in FIG. 8, or instead is retarded with respect to the bottom dead center as shown in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, the amount of air sucked into the combustion chamber 123 is reduced by advancing or retarding the closing timing IVC of the intake valve 121 with respect to the bottom dead center.

図１３に示すように、火花点火燃焼モードへの切換後も新空気量を一定に維持するためには、減少する内部ＥＧＲ量に応じて総ガス量（＝内部ＥＧＲ量＋新空気量）を減少させる必要があるので、本例では吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣを下死点に対して進角又は遅角させることにより、内部ＥＧＲ量と空気量との総ガス量を減少させる。 As shown in FIG. 13, in order to keep the new air amount constant after switching to the spark ignition combustion mode, the total gas amount (= internal EGR amount + new air amount) is set in accordance with the decreasing internal EGR amount. In this example, the total gas amount of the internal EGR amount and the air amount is decreased by advancing or retarding the closing timing IVC of the intake valve 121 with respect to the bottom dead center.

ステップＳ４では、吸気バルブ１２１の開時期ＩＶＯを決定する。本例では吸気バルブ１２１の開時期ＩＶＯを上死点に設定してプラスオーバーラップをゼロにしている。ステップＳ５では、排気バルブ１２２の開時期ＥＶＯを決定する。特に限定されないが、本例では下死点ＢＤＣとする。 In step S4, the opening timing IVO of the intake valve 121 is determined. In this example, the opening timing IVO of the intake valve 121 is set to the top dead center, and the plus overlap is set to zero. In step S5, the opening timing EVO of the exhaust valve 122 is determined. Although not particularly limited, the bottom dead center BDC is used in this example.

ステップＳ６では、燃焼切換の制御を実行する。このステップでは目標内部ＥＧＲ量に応じて決定された排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣと、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣとが、互いに図６の下図のＡ又はＢの曲線に沿って切り換わるように、吸気バルブ１２１と排気バルブ１２２の位相及び作動角を可変動弁機構６０によって制御する。   In step S6, combustion switching control is executed. In this step, the closing timing EVC of the exhaust valve 122 determined according to the target internal EGR amount and the closing timing IVC of the intake valve 121 are switched to each other along the curve A or B in the lower diagram of FIG. The phase and operating angle of the intake valve 121 and the exhaust valve 122 are controlled by the variable valve mechanism 60.

図６は圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ切り換える際に、新空気量が一定となる排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣと吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣとの関係を示すグラフである。同図の上図の左端が圧縮自己着火燃焼、右端が火花点火燃焼、それらの間が中間燃焼を示す。また下図の曲線のうちＡ曲線は図８に示す吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣに対して進角させる燃焼モードを示し、Ｂ曲線は図９に示す吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣに対して遅角させる燃焼モードを示す。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the closing timing EVC of the exhaust valve 122 and the closing timing IVC of the intake valve 121 when the new air amount becomes constant when switching from the compression self-ignition combustion mode to the spark ignition combustion mode. In the upper part of the figure, the left end is compression self-ignition combustion, the right end is spark ignition combustion, and intermediate combustion is between them. Of the curves shown below, the A curve represents the combustion mode in which the closing timing IVC of the intake valve 121 shown in FIG. 8 is advanced with respect to the bottom dead center BDC, and the B curve is the closing timing IVC of the intake valve 121 shown in FIG. Indicates a combustion mode for retarding the bottom dead center BDC.

図１３に示すように圧縮自己着火燃焼では内部ＥＧＲ量が所定量存在し、火花点火燃焼へ切り換える際にこの内部ＥＧＲ量を減少させ、火花点火燃焼モードにおける目標内部ＥＧＲ量にする必要がある。ただし、総ガス量に対する内部ＥＧＲ量が変動すると空気量の変動によって切換時のトルク段差につながるため空気量は一定に維持したまま内部ＥＧＲ量を目標値に制御する。   As shown in FIG. 13, in the compression self-ignition combustion, there is a predetermined amount of internal EGR, and when switching to spark ignition combustion, it is necessary to reduce this internal EGR amount to the target internal EGR amount in the spark ignition combustion mode. However, if the internal EGR amount with respect to the total gas amount fluctuates, a change in the air amount leads to a torque step at the time of switching. Therefore, the internal EGR amount is controlled to the target value while maintaining the air amount constant.

そのため、燃焼切換中に吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣを検知して、検知した吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣに応じて排気バルブ１２２の可変動弁機構６０を制御して排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣと、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣとが図６の下図のＡ又はＢの曲線に沿って切り換わるように制御する。これによって、内部ＥＧＲ量の減少と総ガス量の減少が等しくなり、これにより新空気量が一定量になる。 Therefore, during combustion switching, the closing timing IVC of the intake valve 121 is detected, and the variable valve mechanism 60 of the exhaust valve 122 is controlled according to the detected closing timing IVC of the intake valve 121 to close the closing timing EVC of the exhaust valve 122. And the closing timing IVC of the intake valve 121 is controlled so as to switch along the curve A or B in the lower diagram of FIG. As a result, the decrease in the internal EGR amount is equal to the decrease in the total gas amount, and thereby the new air amount becomes a constant amount.

ステップＳ７では、燃焼切換の判定を実行する。排気バルブ１２２の閉時期ＥＶＣと、吸気バルブ１２１の閉時期ＩＶＣとが目標時期に到達したら燃焼切替制御を終了する。 In step S7, combustion switching determination is executed. When the closing timing EVC of the exhaust valve 122 and the closing timing IVC of the intake valve 121 reach the target timing, the combustion switching control is terminated.

以上のとおり、本実施形態の内燃機関の燃焼制御装置によれば、圧縮自己着火燃焼モードから火花点火燃焼モードへ切り換える際、一時的に内部ＥＧＲ量が減少することによって新空気が一時的に増加することが抑制される。これにより、切換時の新空気量が一定になりトルク段差の発生を抑制することができる。   As described above, according to the combustion control apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, when switching from the compression self-ignition combustion mode to the spark ignition combustion mode, the amount of new air is temporarily increased by temporarily decreasing the internal EGR amount. Is suppressed. Thereby, the amount of new air at the time of switching becomes constant, and the occurrence of a torque step can be suppressed.

なお、本例のエンジンコントロールユニット１１が本発明の制御手段に相当する。   The engine control unit 11 of this example corresponds to the control means of the present invention.

ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントロールユニット
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
６０…可変動弁機構
６１…リフト・作動角可変機構
６２…位相可変機構 EG ... Engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine control unit 111 ... Intake passage 112 ... Air filter 113 ... Air flow meter 114 ... Throttle valve 115 ... Collector 116 ... Throttle valve actuator 117 ... Throttle sensor 118 ... Fuel injection valve 119 ... Cylinder 120 ... Piston 121 ... Intake valve 122 ... Exhaust valve 123 ... Combustion chamber 124 ... Spark plug 125 ... Exhaust passage 126 ... Air-fuel ratio sensor 127 ... Exhaust purification catalyst 128 ... Oxygen sensor 129 ... Muffler 130 ... Crankshaft 131 ... Crank angle sensor 132 ... Cooling jacket 133 ... Water temperature sensor 60 ... Variable valve mechanism 61 ... Lift / operating angle variable mechanism 62 ... Phase variable mechanism

Claims (3)

火花点火燃焼と内部ＥＧＲガスによる圧縮自己着火燃焼とを切り換え可能な内燃機関の燃焼制御装置において、
前記圧縮自己着火燃焼から前記火花点火燃焼へ切り換える場合に、前記内部ＥＧＲガスと新空気との総ガスの量の変化に応じて前記内部ＥＧＲガスの残量を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記内部ＥＧＲガスの減少量と前記総ガスの減少量とが等しくなるように、吸気弁の閉時期と排気弁の閉時期との関係を制御することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 In a combustion control device for an internal combustion engine capable of switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion by internal EGR gas,
When switching from the compression self-ignition combustion to the spark ignition combustion, the control means for controlling the remaining amount of the internal EGR gas according to a change in the total gas amount of the internal EGR gas and new air ,
The control means controls the relationship between the closing timing of the intake valve and the closing timing of the exhaust valve so that the reduction amount of the internal EGR gas is equal to the reduction amount of the total gas. Combustion control device. 請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記制御手段は、前記吸気弁の閉時期を下死点に対して進角させるほど前記排気弁の閉時期を遅角させることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1 ,
The combustion control device for an internal combustion engine, wherein the control means retards the closing timing of the exhaust valve as the closing timing of the intake valve is advanced with respect to bottom dead center. 請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
前記制御手段は、前記吸気弁の閉時期を下死点に対して遅角させるほど前記排気弁の閉時期を遅角させることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1 ,
The combustion control apparatus for an internal combustion engine, wherein the control means retards the closing timing of the exhaust valve as the closing timing of the intake valve is retarded with respect to bottom dead center.
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