JP5552869B2 - Engine control device - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

本発明は、1気筒あたり複数の吸気弁および複数の排気弁を備えるとともに、これら吸気弁および排気弁の動作タイミングを可変的に設定するタイミング可変機構と、上記排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な開閉切替機構と、上記タイミング可変機構および開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたHCCI領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置に関する。   The present invention includes a plurality of intake valves and a plurality of exhaust valves per cylinder, a timing variable mechanism that variably sets the operation timings of the intake valves and the exhaust valves, and the exhaust valve as well as the exhaust stroke. An opening / closing switching mechanism that can switch between opening the valve in the stroke or opening only in the exhaust stroke, and valve control that controls the opening / closing operation of the intake valve and the exhaust valve by driving the timing variable mechanism and the opening / closing switching mechanism. And an engine control apparatus configured to perform compression self-ignition combustion in an HCCI region set in an operation region including at least a partial load region of the engine.

従来、例えばガソリンエンジンの分野では、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させる燃焼形態が一般的であったが、近年、このような火花点火による燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。この圧縮自己着火燃焼とは、筒内(燃焼室)に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧化した環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。圧縮自己着火燃焼は、筒内の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、火花点火による燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られると言われている。   Conventionally, in the field of gasoline engines, for example, a combustion mode in which an air-fuel mixture is forcibly ignited by spark discharge from an ignition plug has been common, but in recent years, instead of such spark ignition combustion, so-called compression self Research is underway to apply ignition combustion to gasoline engines. In this compression self-ignition combustion, the air-fuel mixture generated in the cylinder (combustion chamber) is compressed by a piston, and the air-fuel mixture is self-ignited regardless of spark ignition in a high temperature / high pressure environment. . Compressed self-ignition combustion is combustion in which self-ignition occurs simultaneously at various locations in the cylinder, and is said to have a shorter combustion period and higher thermal efficiency than combustion by spark ignition.

例えば、下記特許文献1では、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させ、一旦排出された高温の既燃ガスを排気ポートから筒内に逆流させることにより、筒内温度を上昇させ、混合気の自着火を促進することが行われている。   For example, in Patent Document 1 below, the exhaust valve is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and the high-temperature burned gas once exhausted is caused to flow backward from the exhaust port into the cylinder, thereby increasing the in-cylinder temperature. In order to promote the self-ignition of the air-fuel mixture.

特開2007−132319号公報JP 2007-132319 A

上記特許文献1のように、吸気行程中に排気弁を開弁させて高温の既燃ガスを筒内に導入すれば、特に混合気が自着火し難いエンジンの低負荷域で、混合気の自着火を効果的に促進し、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことが可能である。しかしながら、上記のような筒内への既燃ガスの導入操作を、比較的負荷の高い(つまり燃料の噴射量が多い)運転領域まで継続して行った場合には、混合気の自着火が過度に促進されて、過早着火等の異常燃焼を引き起こすおそれがある。   If the exhaust valve is opened during the intake stroke and a high-temperature burned gas is introduced into the cylinder as in the above-mentioned Patent Document 1, the air-fuel mixture is generated in the low load region of the engine where the air-fuel mixture is difficult to self-ignite. It is possible to effectively promote self-ignition and reliably cause compression self-ignition combustion. However, when the operation of introducing the burned gas into the cylinder as described above is continued up to an operation region where the load is relatively high (that is, the amount of fuel injection is large), the air-fuel mixture is self-ignited. It may be promoted excessively to cause abnormal combustion such as premature ignition.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、筒内に導入される既燃ガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and by appropriately controlling the amount of burned gas introduced into the cylinder according to the load, proper compression self-ignition combustion is wider. An object of the present invention is to provide an engine control device that can be operated in a load range.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、1気筒あたり2つの吸気弁および2つの排気弁を備えるとともに、これら吸気弁および排気弁の動作タイミングを可変的に設定するタイミング可変機構と、上記吸気弁が吸気行程中に開弁する動作の有無を切り替え可能な吸気側開閉切替機構と、上記排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な排気側開閉切替機構と、上記タイミング可変機構、吸気側開閉切替機構、および排気側開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたHCCI領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置であって、上記HCCI領域が、相対的に負荷の低い低負荷域と、低負荷域よりも負荷の高い第1中負荷域と、第1中負荷域よりも負荷の高い第2中負荷域と、第2中負荷域よりも負荷の高い第3中負荷域と、第3中負荷域よりも負荷の高い高負荷域とを含む複数の負荷域に分割され、上記バルブ制御手段は、上記HCCI領域内の低負荷域で、各気筒における1つの吸気弁と2つの排気弁とを吸気行程中に開き始め、かつ、これら吸気弁および排気弁の開時期と、排気行程中に開弁する上記排気弁の閉時期とを、排気上死点を挟んで所定期間離れた時期に設定することにより、吸気弁および排気弁の双方が閉じるネガティブオーバーラップ期間を形成し、上記HCCI領域内の第1中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁および排気弁の数をともに2つにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、上記HCCI領域内の第2中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数を1つにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、上記HCCI領域内の第3中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、上記HCCI領域内の高負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにするとともに、負荷の増大に応じて、排気行程中に開弁する排気弁の閉時期と、吸気行程中に開弁する吸気弁の開時期とを、ともに排気上死点に近づく方向に変化させることにより、上記ネガティブオーバーラップ期間を徐々に短縮することを特徴とするものである(請求項1)。
In order to solve the above problems, the present invention includes two intake valves and two exhaust valves per cylinder, and a timing variable mechanism that variably sets the operation timing of the intake valves and the exhaust valves. And an intake side opening / closing switching mechanism that can switch whether or not the intake valve opens during the intake stroke, and the exhaust valve is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, or opened only in the exhaust stroke. An exhaust side opening / closing switching mechanism capable of switching whether to valve, and a valve control means for controlling the opening / closing operation of the intake valve and the exhaust valve by driving the timing variable mechanism , the intake side opening / closing switching mechanism , and the exhaust side opening / closing switching mechanism ; And an engine control device configured to perform compression self-ignition combustion in an HCCI region set in an operation region including at least a partial load region of the engine. Te, the HCCI region, the relatively low load and low-load region, the first medium load range of a load higher than the low-load region, and a second medium load range of a load higher than the first medium load range, The valve control means is divided into a plurality of load areas including a third medium load area having a higher load than the second medium load area and a high load area having a higher load than the third medium load area. In the low load region, one intake valve and two exhaust valves in each cylinder begin to open during the intake stroke, and the opening timing of the intake valve and the exhaust valve and the valve open during the exhaust stroke By setting the closing timing of the exhaust valve to a timing separated by a predetermined period across the exhaust top dead center, a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed is formed , and the first in the HCCI region is set . in the middle load region, the number of intake and exhaust valves to be opened during the intake stroke In addition, the number of intake valves opened during the intake stroke in the second medium load region in the HCCI region is set to two and opened during the intake stroke. The number of exhaust valves to be valved is one, the negative overlap period is formed, and the number of intake valves that are opened during the intake stroke in the third middle load region in the HCCI region is two. The number of exhaust valves opened during the intake stroke is made zero, the negative overlap period is formed, and the number of intake valves opened during the intake stroke in the high load region within the HCCI region is two. In addition, the number of exhaust valves that are opened during the intake stroke is reduced to zero, and when the load increases, the closing timing of the exhaust valves that are opened during the exhaust stroke and the intake valves that are opened during the intake stroke are reduced . Change the opening time in a direction that approaches the exhaust top dead center. By that, is characterized in that the gradually reducing the negative overlap period (claim 1).

本発明によれば、HCCI領域内の低負荷域で、各気筒における2つの排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるとともに、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を1つだけとし、さらに排気上死点の前後にわたって吸気弁および排気弁の双方が閉じるいわゆるネガティブオーバーラップ期間を設けるようにしたため、多量の既燃ガスを筒内に導入することができるとともに、筒内に占める新気の割合を相対的に小さくすることができる。これにより、筒内温度が大幅に上昇し、混合気が自着火し易い環境がつくり出されるため、負荷が低く燃料噴射量が少ない状況であっても、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことができる。
According to the present invention, in the low load region in the HCCI region, the two exhaust valves in each cylinder are opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and the number of intake valves opened during the intake stroke is one. In addition, since a so-called negative overlap period is provided in which both the intake valve and the exhaust valve are closed before and after exhaust top dead center, a large amount of burned gas can be introduced into the cylinder, The proportion of fresh air in the can can be made relatively small. This greatly increases the in-cylinder temperature and creates an environment in which the air-fuel mixture easily ignites. Therefore, even in a situation where the load is low and the fuel injection amount is small, the compression self-ignition combustion is surely caused. it can.

そして、上記低負荷域よりも負荷が高い領域(第1、第2、第3中負荷域および高負荷域)では、負荷の増大に応じて、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を1つから2つに増やすとともに、吸気行程中に開弁する排気弁の数を2→1→0と徐々に減らし、さらにネガティブオーバーラップ期間を短縮することで、筒内における既燃ガスと新気の割合を負荷に応じて適正に調節することができ、負荷がある程度高まった状況でも、適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせることができる。
In the regions where the load is higher than the low load region ( first, second, third medium load region and high load region), the number of intake valves that are opened during the intake stroke is increased according to the increase in load. While increasing the number from 1 to 2 and gradually reducing the number of exhaust valves that open during the intake stroke from 2 to 1 to 0, and further shortening the negative overlap period, burned gas in the cylinder and new The ratio of the qi can be adjusted appropriately according to the load, and proper compression self-ignition combustion can be continued even in a situation where the load has increased to some extent.

本発明において、好ましくは、上記HCCI領域内の低負荷域および第1、第2、第3中負荷域で、排気行程中に開弁する排気弁の閉時期から排気上死点までの期間と、吸気行程中に開弁する吸気弁および排気弁のうち早い方の開時期から排気上死点までの期間とが、略同一に設定される(請求項2)。
In the present invention, preferably, a period from a closing timing of an exhaust valve that opens during an exhaust stroke to an exhaust top dead center in the low load region and the first, second, and third medium load regions in the HCCI region. The period from the earlier opening timing of the intake valve and the exhaust valve that are opened during the intake stroke to the exhaust top dead center is set to be substantially the same ( Claim 2 ).

この構成によれば、ネガティブオーバーラップ期間を利用して筒内への既燃ガスの導入を図りながら、当該期間内に生じ得るポンピングロスの増大を効果的に防止することができる。   According to this configuration, it is possible to effectively prevent an increase in pumping loss that may occur during the period while introducing the burned gas into the cylinder using the negative overlap period.

本発明にかかるエンジンの幾何学的圧縮比は、好ましくは、15以上22以下である(請求項3)。
The geometric compression ratio of the engine according to the present invention is preferably 15 or more and 22 or less ( Claim 3 ).

このような圧縮比の比較的高いエンジンに本発明の構成を適用した場合には、既燃ガスを気筒に導入するために吸気行程中に排気弁を開弁させる方式(いわゆる排気2度開き方式)の利点を十分に生かしつつ、効率の高い圧縮自己着火燃焼を幅広い負荷域にわたって適正に実行させることができる。   When the configuration of the present invention is applied to such an engine having a relatively high compression ratio, a method of opening the exhaust valve during the intake stroke in order to introduce burned gas into the cylinder (so-called exhaust double opening method) ) Can be appropriately performed over a wide load range while fully utilizing the advantages of the above.

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、筒内に導入される既燃ガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることができる。   As described above, according to the engine control apparatus of the present invention, by appropriately controlling the amount of burned gas introduced into the cylinder in accordance with the load, appropriate compression self-ignition combustion can be performed with a wider load. Can be done in the area.

本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole engine composition concerning one embodiment of the present invention. 上記エンジンの吸排気弁に適用されている可変機構の種類を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the kind of variable mechanism applied to the intake / exhaust valve of the said engine. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. 上記エンジンの運転領域マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the driving | operation area | region map of the said engine. 上記エンジンにおいて実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control operation performed in the said engine. 図4の低負荷域R1で実行される吸排気弁の開閉パターンAの内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the opening / closing pattern A of the intake / exhaust valve performed in the low load area | region R1 of FIG. 図4の第1中負荷域R2aで実行される吸排気弁の開閉パターンBの内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the opening / closing pattern B of the intake / exhaust valve performed in 1st middle load area | region R2a of FIG. 図4の第2中負荷域R2bで実行される吸排気弁の開閉パターンCの内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the opening / closing pattern C of the intake / exhaust valve performed in 2nd middle load area | region R2b of FIG. 図4の第3中負荷域R2cで実行される吸排気弁の開閉パターンDの内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the opening / closing pattern D of the intake / exhaust valve performed in 3rd middle load area | region R2c of FIG. 図4の高負荷域R3で実行される吸排気弁の開閉パターンEの内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the content of the opening / closing pattern E of the intake / exhaust valve performed in the high load area | region R3 of FIG. 上記各開閉パターンに沿って吸排気弁を制御した場合に得られる新気充填率の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the fresh air filling rate obtained when an intake / exhaust valve is controlled along each said opening / closing pattern. 上記各開閉パターンに沿って吸排気弁を制御した場合に得られる燃焼重心位置の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the combustion gravity center position obtained when the intake / exhaust valve is controlled along each opening / closing pattern.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。なお、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is a reciprocating piston type multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for driving driving. An engine body 1 of this engine includes a cylinder block 3 having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in the drawing) arranged in a direction orthogonal to the paper surface, and a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3. And a piston 5 inserted in each cylinder 2 so as to be slidable back and forth. In addition, the fuel supplied to the engine body 1 may be anything that contains gasoline as a main component, and the contents may be all gasoline, or gasoline containing ethanol (ethyl alcohol) or the like. But you can.

上記ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されており、上記ピストン5の往復運動に応じて上記クランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8, and the crankshaft 7 rotates around the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

上記ピストン5の上方には燃焼室6が形成され、燃焼室6に吸気ポート9および排気ポート10が開口し、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、上記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、各気筒につき上記吸気弁11および排気弁12がそれぞれ2つずつ設けられている(図2参照)。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5, an intake port 9 and an exhaust port 10 are opened in the combustion chamber 6, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 that open and close the ports 9 and 10 are connected to the cylinder head 4. Are provided respectively. The illustrated engine is a so-called double overhead camshaft (DOHC) engine, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided for each cylinder (see FIG. 2).

上記吸気弁11および排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト(図示省略)等を含む動弁機構13,14によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts (not shown) disposed in the cylinder head 4. The

上記吸気弁11用の動弁機構13には、VVT15が組み込まれている。VVT15は、吸気弁11の動作タイミングを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)と呼ばれるものであり、本発明にかかるタイミング可変機構に相当する。また、排気弁12用の動弁機構14にも、上記VVT15と同様のタイミング可変機構であるVVT17が組み込まれている。   A VVT 15 is incorporated in the valve operating mechanism 13 for the intake valve 11. The VVT 15 is called a variable valve timing mechanism that can continuously change the operation timing of the intake valve 11 and corresponds to a timing variable mechanism according to the present invention. Further, the valve operating mechanism 14 for the exhaust valve 12 incorporates a VVT 17 that is a timing variable mechanism similar to the VVT 15.

上記VVT15は、エンジンの全ての吸気弁11の動作タイミングを一括して変更できるように設けられており、また、上記VVT17は、エンジンの全ての排気弁12の動作タイミングを一括して変更できるように設けられている。これらVVT15およびVVT17が駆動されると、各気筒2における一対の吸気弁11の動作タイミング、および一対の排気弁12の動作タイミングが、それぞれ同時に変更され、その結果、各弁においては、リフト量が同一に維持されたまま、その開時期(開弁開始時期)および閉時期がそれぞれ同量ずつ変更されることになる。   The VVT 15 is provided so that the operation timings of all the intake valves 11 of the engine can be changed at once, and the VVT 17 can be changed all of the operation timings of all the exhaust valves 12 of the engine. Is provided. When these VVT 15 and VVT 17 are driven, the operation timing of the pair of intake valves 11 and the operation timing of the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 are simultaneously changed. As a result, the lift amount is increased in each valve. The opening timing (valve opening start timing) and closing timing are each changed by the same amount while maintaining the same.

このような機能を有するVVT15,17は、例えばチェーン等を介してクランク軸と連動連結されるカムプーリと、このカムプーリにより回転駆動されるカムシャフトとの間に、両者を相対回転可能に連結する位相変更部材を組み込むことによって実現することができる。同様の構造のVVL16は既に公知であり、その具体例は、例えば特開2007−85241号公報に開示されている(なお、同文献ではVCTと称されている)。   The VVTs 15 and 17 having such a function are, for example, a phase in which a cam pulley coupled to a crankshaft via a chain or the like and a camshaft driven to rotate by the cam pulley are coupled to each other so as to be relatively rotatable. This can be realized by incorporating a changing member. A VVL 16 having a similar structure is already known, and a specific example thereof is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85241 (referred to as VCT in the same document).

上記排気弁12用の動弁機構14には、吸気行程中に排気弁12を押し下げる機能を有効または無効にするON/OFFタイプの可変バルブリフト機構(Variable Valve Lift Mechanism)であるVVL18が組み込まれている。具体的に、このVVL18は、排気弁12を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁12の開弁を実行するか停止するかを切り替える機能を有しており、本発明にかかる排気側開閉切替機構に相当する。
The valve mechanism 14 for the exhaust valve 12 incorporates a VVL 18 that is an ON / OFF type variable valve lift mechanism (Variable Valve Lift Mechanism) that enables or disables the function of pushing down the exhaust valve 12 during the intake stroke. ing. Specifically, the VVL 18 has a function of enabling the exhaust valve 12 to be opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and switching whether the exhaust valve 12 is opened or stopped during the intake stroke. This corresponds to the exhaust side opening / closing switching mechanism according to the present invention.

上記ON/OFFタイプのVVL18は、エンジンの全ての排気弁12に対応して設けられており、かつ、各気筒2の一対の排気弁12に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できるように構成されている。   The ON / OFF type VVL 18 is provided corresponding to all the exhaust valves 12 of the engine, and individually opens the valve during the intake stroke with respect to the pair of exhaust valves 12 of each cylinder 2. Configured to run or stop.

このような機能を有するVVL18は、例えば、排気弁12駆動用の通常のカム(つまり排気行程中に排気弁12を押し下げるカム)とは別に吸気行程中に排気弁12を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁12に伝達されるのをキャンセルするいわゆるロストモーション機構とを、各排気弁12に対し個別に設けることで実現することができる。同様の構造のVVL18は既に公知であり、その具体例は、例えば特開2007−85241号公報に開示されている(なお、同文献では弁動作切替機構と称されている)。   The VVL 18 having such a function includes, for example, a sub cam that pushes down the exhaust valve 12 during the intake stroke separately from a normal cam for driving the exhaust valve 12 (that is, a cam that pushes down the exhaust valve 12 during the exhaust stroke), and this sub cam. A so-called lost motion mechanism that cancels the transmission of the drive force to the exhaust valves 12 can be realized by providing each exhaust valve 12 individually. A VVL 18 having a similar structure is already known, and a specific example thereof is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85241 (referred to as a valve operation switching mechanism in the same document).

上記吸気弁11用の動弁機構13には、上記VVL18と同様のON/OFFタイプの可変バルブリフト機構であるVVL16(本発明にかかる吸気側開閉切替機構に相当)が組み込まれている。ただし、VVL16は、各気筒2に設けられた一対の吸気弁11のうちの一方に対しては適用されておらず、他方の吸気弁11にのみVVL16が適用されている(図2参照)。また、VVL16は、上記他方の吸気弁11が吸気行程中に開弁するのを実行または停止するように設けられており、このVVL16が駆動されると、上記他方の吸気弁11は、吸気行程中に開弁する状態と、吸気行程を含めた全期間にわたって開弁しない状態とに切り替えられるようになっている。   The valve mechanism 13 for the intake valve 11 incorporates a VVL 16 (corresponding to the intake side opening / closing switching mechanism according to the present invention) which is an ON / OFF type variable valve lift mechanism similar to the VVL 18. However, the VVL 16 is not applied to one of the pair of intake valves 11 provided in each cylinder 2, and the VVL 16 is applied only to the other intake valve 11 (see FIG. 2). The VVL 16 is provided so as to execute or stop the opening of the other intake valve 11 during the intake stroke, and when the VVL 16 is driven, the other intake valve 11 is set to the intake stroke. It is possible to switch between a state in which the valve is opened and a state in which the valve is not opened over the entire period including the intake stroke.

なお、当明細書において、「○○弁が××行程で開弁」、または「××行程中に開弁する○○弁」などというときは、○○弁の開弁期間(開き始めてから閉じるまでの期間)が主に××行程と重複するように設定されるということであり、必ずしも開弁期間の全てが××行程中にあることを意味しない。これに対し、例えば「○○弁が××行程で開き始め(または開弁し始め)」というときは、文字通り、××行程中の所定時期に○○弁の開時期(開弁開始時期)が設定されることを意味する。   In this specification, when “XX valve opens in XX stroke” or “XX valve that opens during XX stroke”, etc., the opening period of the XX valve (after opening (Period until closing) is mainly set to overlap with the XX stroke, and does not necessarily mean that the entire valve opening period is in the XX stroke. On the other hand, for example, when “XX valve starts to open (or starts to open) in XX stroke”, literally, XX valve opening timing (valve opening start timing) at a predetermined time in XX stroke. Is set.

例えば、「排気弁12が排気行程で開弁」、または「排気行程中に開弁する排気弁12」などというときは、排気弁12の開弁期間が主に排気行程と重複することを意味し、後述する図6〜図10のリフトカーブEX1,EX2のように、排気行程よりも手前(膨張行程の後半)で開き始め、排気行程の後半で閉じるような態様もこれに該当する。一方、例えば「排気弁12が吸気行程中に開き始め(または開弁し始め)」というときは、後述する図6および図7のリフトカーブEX1a,EX2aのように、排気弁12の開時期(開弁開始時期)が吸気行程の期間内に設定されていることを意味する。   For example, when “exhaust valve 12 opens during exhaust stroke” or “exhaust valve 12 that opens during exhaust stroke”, it means that the opening period of exhaust valve 12 mainly overlaps with the exhaust stroke. However, as shown in lift curves EX1 and EX2 in FIGS. 6 to 10 described later, this also applies to a mode in which opening begins before the exhaust stroke (second half of the expansion stroke) and closes later in the second half of the exhaust stroke. On the other hand, for example, when “the exhaust valve 12 starts to open (or starts to open) during the intake stroke”, the opening timing of the exhaust valve 12 (see lift curves EX1a and EX2a in FIGS. 6 and 7 described later) It means that the valve opening start time) is set within the period of the intake stroke.

図2に、吸排気弁11,12に適用されている可変機構の種類をまとめて示している。上述した通り、当実施形態では、各気筒2における一対の排気弁12の両方に、動作タイミングを変更するためのVVT17と、吸気行程中の開弁を実行または停止するON/OFFタイプのVVL18とがそれぞれ適用されている。また、各気筒2における一対の吸気弁11については、その両方にVVT15が適用されるとともに、そのうちの片側の吸気弁11にのみ、ON/OFFタイプのVVL16が適用されている。   FIG. 2 collectively shows the types of variable mechanisms applied to the intake and exhaust valves 11 and 12. As described above, in the present embodiment, both the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 include the VVT 17 for changing the operation timing, and the ON / OFF type VVL 18 for executing or stopping the valve opening during the intake stroke. Are applied respectively. Further, the VVT 15 is applied to both of the pair of intake valves 11 in each cylinder 2, and the ON / OFF type VVL 16 is applied to only one of the intake valves 11.

図1に戻って、上記エンジン本体1のシリンダヘッド4には、点火プラグ20およびインジェクタ21が、各気筒2につき1組ずつ設けられている。   Returning to FIG. 1, the cylinder head 4 of the engine body 1 is provided with one set of spark plugs 20 and injectors 21 for each cylinder 2.

上記インジェクタ21は、燃焼室6を吸気側の側方から臨むように設けられており、図外の燃料供給管から供給される燃料(ガソリンを主成分とする燃料)を先端から噴射する。そして、エンジンの吸気行程等において上記インジェクタ21から燃焼室6に対し燃料が噴射され、噴射された燃料が空気と混合されることにより、燃焼室6に所望の空燃比の混合気が生成されるようになっている。   The injector 21 is provided so as to face the combustion chamber 6 from the side of the intake side, and injects fuel (fuel mainly composed of gasoline) supplied from a fuel supply pipe (not shown) from the tip. Then, fuel is injected from the injector 21 into the combustion chamber 6 during the intake stroke of the engine, and the injected fuel is mixed with air, so that an air-fuel mixture having a desired air-fuel ratio is generated in the combustion chamber 6. It is like that.

上記点火プラグ20は、燃焼室6を上方から臨むように設けられており、図外の点火回路からの給電に応じて先端から火花を放電する。   The spark plug 20 is provided so as to face the combustion chamber 6 from above, and discharges a spark from the tip in response to power supply from an ignition circuit (not shown).

以上のように構成されたエンジン本体1は、その幾何学的圧縮比が15以上に設定されている。すなわち、一般的なガソリンエンジンの幾何学的圧縮比が約9〜11程度であるのに対し、当実施形態のエンジン本体1では、その幾何学的圧縮比が、15以上というかなり高い値に設定されている。   The engine main body 1 configured as described above has a geometric compression ratio set to 15 or more. That is, while the geometric compression ratio of a general gasoline engine is about 9 to 11, the geometric compression ratio of the engine body 1 of the present embodiment is set to a fairly high value of 15 or more. Has been.

上記エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路23および排気通路24がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気(新気)が上記吸気通路23を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)が上記排気通路24を通じて外部に排出されるようになっている。   An intake passage 23 and an exhaust passage 24 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10 of the engine body 1, respectively. That is, intake air (fresh air) from the outside is supplied to the combustion chamber 6 through the intake passage 23 and burned gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust passage 24. It has become so.

上記吸気通路23にはスロットル弁25が設けられている。なお、このスロットル弁25は、電子制御式のスロットル弁であり、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルとは非連動とされている。   A throttle valve 25 is provided in the intake passage 23. The throttle valve 25 is an electronically controlled throttle valve and is not linked to an accelerator pedal (not shown) that is depressed by the driver.

上記排気通路24には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ26が設けられている。触媒コンバータ26には例えば三元触媒が内蔵されており、排気通路24を通過する排気ガス中の有害成分が上記三元触媒の作用により浄化されるようになっている。   The exhaust passage 24 is provided with a catalytic converter 26 for purifying exhaust gas. For example, a three-way catalyst is incorporated in the catalytic converter 26, and harmful components in the exhaust gas passing through the exhaust passage 24 are purified by the action of the three-way catalyst.

(2)制御系
図3は、エンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるECU40は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(2) Control System FIG. 3 is a block diagram showing an engine control system. The ECU 40 shown in the figure is a device for comprehensively controlling each part of the engine, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like.

上記ECU40には、各種センサ類からの検出信号が入力される。すなわち、ECU40は、クランク軸7の回転速度Neを検出するエンジン回転速度センサ30と、吸気通路23を通過する吸入空気の流量Qaを検出するエアフローセンサ31と、図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ32と電気的に接続されており、これら各センサで検出された状態量が電気信号として上記ECU40に逐次入力されるようになっている。   The ECU 40 receives detection signals from various sensors. That is, the ECU 40 determines the opening of the engine rotation speed sensor 30 that detects the rotation speed Ne of the crankshaft 7, the airflow sensor 31 that detects the flow rate Qa of the intake air passing through the intake passage 23, and the accelerator pedal opening (not shown). It is electrically connected to the accelerator opening sensor 32 to be detected, and the state quantity detected by each of these sensors is sequentially input to the ECU 40 as an electrical signal.

また、上記ECU40は、上記VVT15,17、VVL16,18、点火プラグ20、インジェクタ21、およびスロットル弁25とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。   The ECU 40 is also electrically connected to the VVTs 15, 17, VVLs 16, 18, spark plug 20, injector 21, and throttle valve 25, and outputs drive control signals to these devices. It is configured.

上記ECU40が有するより具体的な機能について説明すると、上記ECU40は、その主な機能的要素として、記憶手段41、燃料制御手段42、点火制御手段43、およびバルブ制御手段44を有している。   A more specific function of the ECU 40 will be described. The ECU 40 includes a storage unit 41, a fuel control unit 42, an ignition control unit 43, and a valve control unit 44 as main functional elements.

上記記憶手段41は、エンジンを制御する際に必要な各種データやプログラムを記憶するものである。その一例として、上記記憶手段41には、図4に示される運転領域マップが記憶されている。この運転領域マップは、エンジンの回転速度Neおよび負荷T(要求トルク)に応じて、エンジンをどのような態様で運転すべきかを規定したものである。   The storage means 41 stores various data and programs necessary for controlling the engine. As an example, the storage means 41 stores an operation region map shown in FIG. This operation region map defines in what manner the engine should be operated according to the engine speed Ne and load T (required torque).

図4の運転領域マップにおいて、エンジンの部分負荷域にはHCCI領域Rが設定されており、このHCCI領域Rでは、混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が実行される。HCCI領域Rは、大きく分けて、低負荷域R1と、これよりも負荷の高い中負荷域R2と、さらに負荷の高い高負荷域R3とに分割される。このうち、中負荷域R2は、さらに3つの領域に細分化され、それらは負荷の低い方から順に、第1中負荷域R2a、第2中負荷域R2b、第3中負荷域R2cとされる。これら各負荷域(R1,R2a,R2b,R2c,R3)では、それぞれ、吸排気弁11,12の開閉制御のパターンを変化させながら、いずれも圧縮自己着火燃焼が実行されるようになっている(詳細は後述する)。   In the operation region map of FIG. 4, an HCCI region R is set in the partial load region of the engine, and in this HCCI region R, compression self-ignition combustion is performed in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition. The HCCI region R is roughly divided into a low load region R1, a medium load region R2 having a higher load, and a high load region R3 having a higher load. Among these, the medium load region R2 is further subdivided into three regions, which are, in order from the lowest load, a first medium load region R2a, a second medium load region R2b, and a third medium load region R2c. . In each of these load regions (R1, R2a, R2b, R2c, R3), the compression self-ignition combustion is performed while changing the opening / closing control pattern of the intake / exhaust valves 11, 12 respectively. (Details will be described later).

上記燃料制御手段42は、上記インジェクタ21から燃焼室6に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。より具体的に、上記燃料制御手段42は、エンジン回転速度センサ30から入力されるエンジン回転速度Neやエアフローセンサ31から入力される吸入空気量Qa等の情報に基づいて、目標とする燃料の噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果に基づいてインジェクタ21の開弁時期および開弁期間を制御する。   The fuel control means 42 controls the injection amount and timing of fuel injected from the injector 21 into the combustion chamber 6. More specifically, the fuel control means 42 performs target fuel injection based on information such as the engine speed Ne input from the engine speed sensor 30 and the intake air amount Qa input from the airflow sensor 31. The amount and the injection timing are calculated, and the valve opening timing and valve opening period of the injector 21 are controlled based on the calculation result.

上記点火制御手段43は、エンジンの運転状態に応じ予め定められた所定のタイミングで点火プラグ20の点火回路に給電信号を出力することにより、上記点火プラグ20が火花放電を行うタイミング(点火時期)等を制御するものである。ただし、当実施形態において、少なくとも図4に示したHCCI領域Rでは、火花点火によらず混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼が実行されるため、この圧縮自己着火燃焼の実行時には、基本的に点火プラグ20からの火花点火は停止される。   The ignition control means 43 outputs a power supply signal to the ignition circuit of the spark plug 20 at a predetermined timing determined in accordance with the operating state of the engine, whereby the spark plug 20 performs a spark discharge (ignition timing). Etc. are controlled. However, in the present embodiment, at least in the HCCI region R shown in FIG. 4, compression self-ignition combustion that performs self-ignition of the air-fuel mixture is executed regardless of spark ignition. The spark ignition from the spark plug 20 is stopped.

上記バルブ制御手段44は、上記VVL16,18を駆動して吸排気弁11,12の吸気行程中の開弁を実行または停止するとともに、上記VVT15,17を駆動して吸排気弁11,12の動作タイミングを可変的に設定するものである。特に、上記HCCI領域Rにおいて、バルブ制御手段44は、上記のような吸排気弁11,12の制御に基づいて、筒内(気筒2の内部)に導入される新気量を調節するとともに、筒内に導入される既燃ガスの量を増減させて筒内温度を調節する機能を有している。   The valve control means 44 drives the VVLs 16 and 18 to execute or stop the opening of the intake and exhaust valves 11 and 12 during the intake stroke, and drives the VVTs 15 and 17 to drive the intake and exhaust valves 11 and 12. The operation timing is variably set. In particular, in the HCCI region R, the valve control means 44 adjusts the amount of fresh air introduced into the cylinder (inside the cylinder 2) based on the control of the intake and exhaust valves 11 and 12 as described above, It has a function of adjusting the in-cylinder temperature by increasing / decreasing the amount of burned gas introduced into the cylinder.

例えば、一対の吸気弁11の片側についてその吸気行程中の開弁の有無が上記VVL16により切り替えられることで、吸気行程中に開弁する吸気弁11の数が増減され、吸気ポート9を通じて筒内に導入される新気量が調節される。   For example, the presence or absence of valve opening during the intake stroke on one side of the pair of intake valves 11 is switched by the VVL 16, thereby increasing or decreasing the number of intake valves 11 opened during the intake stroke. The amount of fresh air introduced into is adjusted.

また、一対の排気弁12についてその吸気行程中の開弁の有無が上記VVL18により切り替えられることで、筒内に逆流する既燃ガスの量が増減され、筒内温度の上昇幅が調節される。例えば、一対の排気弁12の少なくとも一方が吸気行程中に開弁すると、一旦は排気ポート10に排出された高温の既燃ガス(排気ガス)が、排気ポート10から逆流して再び筒内に導入され、筒内温度が上昇する。また、このような既燃ガスの逆流が起きると、その分だけ吸気ポート9からの新気の流入が制限されるため、筒内の新気量が減少する。逆に、排気弁12が吸気行程中に開弁しなくなれば、上記のような既燃ガスの逆流が起きなくなることで、筒内温度が相対的に低下し、新気量が増大する。   Further, the presence or absence of the valve opening during the intake stroke of the pair of exhaust valves 12 is switched by the VVL 18 so that the amount of burnt gas flowing back into the cylinder is increased and decreased, and the increase range of the in-cylinder temperature is adjusted. . For example, when at least one of the pair of exhaust valves 12 is opened during the intake stroke, the high-temperature burned gas (exhaust gas) once discharged to the exhaust port 10 flows backward from the exhaust port 10 and enters the cylinder again. It is introduced and the in-cylinder temperature rises. Further, when such a backflow of burned gas occurs, the flow of fresh air from the intake port 9 is limited by that amount, so the amount of fresh air in the cylinder decreases. Conversely, if the exhaust valve 12 does not open during the intake stroke, the burnt gas backflow as described above does not occur, so that the in-cylinder temperature relatively decreases and the amount of fresh air increases.

さらに、上記VVT15,17による吸排気弁11,12の動作タイミングの設定により、排気行程の途中から吸気行程にかけて吸気弁11および排気弁12の双方が閉じられる期間(いわゆるネガティブオーバーラップ期間)が設けられることで、既燃ガスの残留に基づく筒内温度および新気量の調節が図られる。すなわち、上記ネガティブオーバーラップ期間が設けられると、筒内で生成された既燃ガスの一部がそのまま筒内に閉じ込められるため、この残留した既燃ガスの存在により筒内温度が上昇するとともに、新気量の流入が制限される。したがって、上記VVT15,17の駆動により上記ネガティブオーバーラップ期間が増減されることで、筒内に残留する既燃ガスの量が増減され、これに応じて筒内温度の上昇幅および新気量が調節される。   Further, by setting the operation timing of the intake / exhaust valves 11 and 12 by the VVT 15 and 17, a period (so-called negative overlap period) in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are closed from the middle of the exhaust stroke to the intake stroke is provided. As a result, the in-cylinder temperature and the amount of fresh air are adjusted based on the remaining burned gas. That is, when the negative overlap period is provided, since a part of the burned gas generated in the cylinder is confined in the cylinder as it is, the in-cylinder temperature rises due to the presence of the remaining burned gas, Inflow of fresh air is limited. Accordingly, the negative overlap period is increased or decreased by driving the VVTs 15 and 17, so that the amount of burned gas remaining in the cylinder is increased or decreased, and the increase range of the in-cylinder temperature and the amount of fresh air are accordingly increased. Adjusted.

なお、上記のように筒内に既燃ガスを残留(または逆流)させる操作は、内部EGR(Internal Exhaust Gas Recirculation)と呼ばれるため、以下では、筒内に残留(または逆流)させる既燃ガスのことを、EGRガスということがある。   In addition, since the operation of causing the burned gas to remain (or backflow) in the cylinder as described above is called internal EGR (Internal Exhaust Gas Recirculation), hereinafter, the operation of the burnt gas remaining (or backflow) in the cylinder is referred to. This is sometimes called EGR gas.

上記バルブ制御手段44は、上記のような吸排気弁11,12の制御に基づいて、EGRガスの量および新気量を適正に調節することにより、エンジンが上記HCCI領域R内のいずれで運転されている場合でも、混合気を適正な時期に確実に自着火させ、安定した圧縮自己着火燃焼を継続的に行わせる役割を担っている。   The valve control means 44 adjusts the amount of EGR gas and the amount of fresh air appropriately based on the control of the intake and exhaust valves 11 and 12 as described above, so that the engine can be operated in any of the HCCI regions R. Even when the air-fuel mixture is used, the air-fuel mixture is surely self-ignited at an appropriate time, and plays a role of continuously performing stable compression self-ignition combustion.

なお、上述したように、HCCI領域Rでは、バルブ制御手段44による吸排気弁11,12の制御に基づいて新気量が調節されるため、スロットル弁25による吸気通路23の絞り制御は基本的に不要であり、スロットル弁25の開度は、例えばエンジンの緊急停止時等を除いて、全開(100%)もしくはその近傍に維持される。   Note that, as described above, in the HCCI region R, the fresh air amount is adjusted based on the control of the intake and exhaust valves 11 and 12 by the valve control means 44. Therefore, the throttle control of the intake passage 23 by the throttle valve 25 is basically performed. The opening of the throttle valve 25 is maintained fully open (100%) or in the vicinity thereof, except when the engine is stopped, for example.

ここで、上記HCCI領域R以外の運転領域における燃焼制御について簡単に説明する。上記HCCI領域R以外の運転領域、つまり、HCCI領域Rよりも高回転側の回転域と、HCCI領域Rよりも高負荷側の負荷域とを合わせた領域をSRとすると、同領域SRでは、火花点火による燃焼、または、上記HCCI領域Rとは異なる態様の圧縮自己着火燃焼が行われる。   Here, the combustion control in the operation region other than the HCCI region R will be briefly described. If the operation region other than the HCCI region R, that is, the region combining the rotation region on the higher rotation side than the HCCI region R and the load region on the higher load side than the HCCI region R is defined as SR, Combustion by spark ignition or compression self-ignition combustion in a mode different from that of the HCCI region R is performed.

例えば、上記HCCI領域Rよりも高回転側では、燃料の受熱期間が短く、混合気の自着火が困難であるため、圧縮自己着火燃焼は実行されず、点火プラグ20を用いた火花点火による強制燃焼(SI燃焼)が実行される。   For example, on the higher rotation side than the HCCI region R, since the heat receiving period of the fuel is short and it is difficult to self-ignite the air-fuel mixture, compression self-ignition combustion is not performed, and forced ignition by spark ignition using the spark plug 20 is performed. Combustion (SI combustion) is performed.

また、上記HCCI領域Rより高負荷側では、上述の高回転側での制御と同じくSI燃焼に切り替えてもよいが、例えば、エンジンが過給機付エンジンである場合には、吸気弁11の閉時期を吸気下死点に対し大幅にシフトさせてエンジンの有効圧縮比を低下させながら、不足する新気を過給により補うことで、圧縮自己着火燃焼を継続させることも可能である。つまり、HCCI領域Rよりも高負荷側において、単に燃料の噴射量を増大させただけでは、過早着火等の異常燃焼を引き起こすおそれがあるが、エンジンの有効圧縮比を低下させつつ過給を行うようにすれば、新気を十分に確保しながら、圧縮上死点付近の燃焼室6の温度を低下させることができるため、HCCI領域Rよりさらに高負荷側であっても、過早着火等を引き起こすことなく圧縮自己着火燃焼を継続させることが可能である。   Further, on the higher load side than the HCCI region R, switching to SI combustion may be performed in the same manner as the control on the higher rotation side described above. For example, when the engine is a supercharged engine, the intake valve 11 It is also possible to continue compression self-ignition combustion by supplementing the shortage of fresh air with supercharging while greatly reducing the effective compression ratio of the engine by shifting the closing timing significantly with respect to the intake bottom dead center. That is, simply increasing the fuel injection amount on the higher load side than the HCCI region R may cause abnormal combustion such as pre-ignition, but supercharging is performed while reducing the effective compression ratio of the engine. If this is done, the temperature of the combustion chamber 6 near the compression top dead center can be lowered while sufficiently securing fresh air. Therefore, pre-ignition can occur even at a higher load side than the HCCI region R. It is possible to continue the compression self-ignition combustion without causing etc.

ただし、本発明において、HCCI領域R以外でどのような燃焼制御を行うかについては特に問題ではない。このため、以下では、HCCI領域Rでの制御動作についてのみ説明する。   However, in the present invention, what kind of combustion control is performed outside the HCCI region R is not particularly a problem. Therefore, only the control operation in the HCCI region R will be described below.

(3)HCCI領域Rでの制御動作
次に、上記HCCI領域Rにおける制御動作の内容を、図5〜図10に基づき説明する。なお、図5は、ECU40により実行される制御の手順を示すフローチャートであり、図6〜図10は、上記HCCI領域Rの各負荷域R1,R2(R2a〜R2c),R3において選択される吸排気弁11,12の開閉パターンを示す図である。
(3) Control operation in HCCI region R Next, the contents of the control operation in the HCCI region R will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure executed by the ECU 40, and FIGS. 6 to 10 show the suction selected in the load regions R1, R2 (R2a to R2c), R3 of the HCCI region R. It is a figure which shows the opening / closing pattern of the exhaust valves 11 and 12. FIG.

図5のフローチャートに示す処理がスタートすると、まず、各種センサ値を読み込む制御が実行される(ステップS1)。具体的には、上記エンジン回転速度センサ30、エアフローセンサ31、およびアクセル開度センサ32から、それぞれ、エンジン回転速度Ne、吸入空気量Qa、およびアクセル開度ACが読み出され、ECU40に入力される。   When the process shown in the flowchart of FIG. 5 starts, first, control for reading various sensor values is executed (step S1). Specifically, the engine speed Ne, the intake air amount Qa, and the accelerator opening degree AC are read from the engine speed sensor 30, the airflow sensor 31, and the accelerator opening degree sensor 32, respectively, and are input to the ECU 40. The

次いで、上記ステップS1で読み込まれた情報に基づき定まるエンジンの運転点が、図4に示したHCCI領域Rにあるか否かを判定する制御が実行される(ステップS2)。具体的には、上記ステップS1で読み込まれたエンジン回転速度Neと、アクセル開度AC等に基づき演算されるエンジン負荷(要求トルク)Tとが、ともに図4のHCCI領域Rの範囲に含まれるか否かが判定される。   Next, control for determining whether or not the engine operating point determined based on the information read in step S1 is in the HCCI region R shown in FIG. 4 is executed (step S2). Specifically, the engine rotational speed Ne read in step S1 and the engine load (requested torque) T calculated based on the accelerator opening degree AC and the like are both included in the range of the HCCI region R in FIG. It is determined whether or not.

上記ステップS2でYESと判定されてエンジンの運転点がHCCI領域Rにあることが確認された場合には、さらに、その中の低負荷域R1にあるか否かが判定される(ステップS3)。   When it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the engine operating point is in the HCCI region R, it is further determined whether or not the engine is in the low load region R1 (step S3). .

上記ステップS3でYESと判定されてHCCI領域R内の低負荷域R1にあることが確認された場合には、次のステップS7に移行して、予め定められた開閉パターンAに沿って吸排気弁11,12を開閉駆動する制御が実行される。   When it is determined YES in step S3 and it is confirmed that the vehicle is in the low load region R1 in the HCCI region R, the process proceeds to the next step S7, and intake / exhaust along the predetermined opening / closing pattern A Control for opening and closing the valves 11 and 12 is executed.

上記開閉パターンAに基づく吸排気弁11,12のリフトカーブを図6に示す。本図において、EX1とは、各気筒2に設けられた一対の排気弁12のうちの一方が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、EX2とは、他方の排気弁12が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。また、EX1aとは、上記一方の排気弁12が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、EX2aとは、上記他方の排気弁12が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。さらに、IN1とは、各気筒2に設けられた一対の吸気弁11のうちの一方が開弁した場合のリフトカーブである。なお、他方の吸気弁11が開弁した場合のリフトカーブについては、後述する図7〜図10のように、IN2として示す。   FIG. 6 shows lift curves of the intake and exhaust valves 11 and 12 based on the opening / closing pattern A. In the drawing, EX1 is a lift curve when one of a pair of exhaust valves 12 provided in each cylinder 2 is opened during the exhaust stroke, and EX2 is an exhaust valve of the other exhaust valve 12 is exhausted. This is the lift curve when the valve is opened during the stroke. EX1a is a lift curve when the one exhaust valve 12 is opened during the intake stroke, and EX2a is a lift curve when the other exhaust valve 12 is opened during the intake stroke. is there. Furthermore, IN1 is a lift curve when one of the pair of intake valves 11 provided in each cylinder 2 is opened. The lift curve when the other intake valve 11 is opened is shown as IN2 as shown in FIGS.

また、図6の横軸CAはクランク角を表し、TDCは上死点、BDCは下死点を表す。この横軸上で、リフトカーブの始点と終点は、それぞれ、バルブの開時期(開弁開始時期)および閉時期を表すが、ここでいう開時期および閉時期は、バルブのリフト量が完全にゼロになる時期ではなく、リフトカーブのランプ部(リフト量が緩やかに変化する部分)を除いた区間をバルブの開弁期間として定義した場合における開時期および閉時期を指すものとする。このことは、後述する図7〜図10のケースでも同様である。   6 represents the crank angle, TDC represents the top dead center, and BDC represents the bottom dead center. On the horizontal axis, the start point and end point of the lift curve represent the valve opening timing (valve opening timing) and the closing timing, respectively. It is not the time to become zero, but refers to the opening timing and closing timing when the section excluding the ramp part of the lift curve (the part where the lift amount changes gently) is defined as the valve opening period. The same applies to the cases of FIGS. 7 to 10 described later.

図6に示すように、低負荷域R1で選択される開閉パターンAでは、各気筒2における一対の排気弁12が、両方とも排気行程中に開弁し(EX1,EX2)、かつ吸気行程中にも開弁する(EX1a,EX2a)。また、各気筒2における一対の吸気弁11は、そのうちの一方のみが吸気行程中に開弁する(IN1)。上記バルブ制御手段44は、このようなバルブの開閉パターンの設定に従って、VVT15,17およびVVL16,18の駆動を制御する。   As shown in FIG. 6, in the open / close pattern A selected in the low load region R1, the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 are both opened during the exhaust stroke (EX1, EX2) and during the intake stroke. (EX1a, EX2a). Further, only one of the pair of intake valves 11 in each cylinder 2 is opened during the intake stroke (IN1). The valve control means 44 controls the driving of the VVTs 15 and 17 and the VVLs 16 and 18 in accordance with such valve opening / closing pattern settings.

より具体的に、上記開閉パターンAのとき、各気筒2における一対の吸気弁11は、そのうちの一方の弁のみが、排気上死点(TDC)よりも遅れた吸気行程の途中から開き始め、吸気下死点(右側のBDC)よりも遅角側で閉じられる(IN1)。これに対し、他方の吸気弁11については、吸気行程中の開弁が停止され、吸気行程を含めた全期間にわたって閉じた状態に維持される。   More specifically, in the case of the opening / closing pattern A, the pair of intake valves 11 in each cylinder 2 starts to open from the middle of the intake stroke delayed from the exhaust top dead center (TDC), only one of them. It is closed on the retard side from the intake bottom dead center (BDC on the right side) (IN1). On the other hand, with respect to the other intake valve 11, the valve opening during the intake stroke is stopped, and the closed state is maintained over the entire period including the intake stroke.

一方、各気筒2における一対の排気弁12については、その両方が、まず膨張下死点(左側のBDC)よりも手前から開き始め、排気上死点(TDC)よりも手前の排気行程の途中で閉じられる(EX1,EX2)。また、排気上死点よりも遅れた排気行程の途中で、一対の排気弁12の両方が再度開き始め、吸気下死点(右側のBDC)よりも遅角側で閉じられる(EX1a,EX2a)。   On the other hand, both of the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 begin to open from the front before the expansion bottom dead center (left BDC), and in the middle of the exhaust stroke before the exhaust top dead center (TDC). (EX1, EX2). Further, in the middle of the exhaust stroke delayed from the exhaust top dead center, both of the pair of exhaust valves 12 begin to open again and are closed on the retard side from the intake bottom dead center (BDC on the right side) (EX1a, EX2a). .

吸気行程中に開弁する上記一対の排気弁12は、その開時期(開弁開始時期)が、上記一方の吸気弁11の開時期と同時に設定されている。これら吸気行程中に開弁する吸気弁11および排気弁12の開時期から、その直前の排気上死点までの期間をYとし、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期から、その直後の排気上死点までの期間をXとすると、これら期間Xおよび期間Yは略同一(図6の例ではともに約45°CA)に設定されており、排気上死点を挟んで略左右対称のリフトカーブが形成されるようになっている。なお、このことは、後述する図7〜図9に示される開閉パターンB〜Dでも同様である。   The pair of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke have their opening timing (valve opening start timing) set simultaneously with the opening timing of the one intake valve 11. The period from the opening timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 that are opened during these intake strokes to the exhaust top dead center just before that is Y, and from the closing timing of the exhaust valve 12 that is opened during the exhaust stroke, Assuming that the period until the exhaust top dead center immediately after is X, the period X and the period Y are set to be substantially the same (both are about 45 ° CA in the example of FIG. 6). A symmetrical lift curve is formed. This also applies to the opening / closing patterns B to D shown in FIGS.

上記排気弁12の閉時期から排気上死点までの期間Xと、上記吸気弁11および排気弁12の開時期から排気上死点までの期間Yとを足した合計の期間(X+Y)は、吸気弁11および排気弁12の双方が閉じられる、いわゆるネガティブオーバーラップ期間となる。このようなネガティブオーバーラップ期間(X+Y)が排気上死点の前後に設けられると、ピストン5が排気上死点に達する前に筒内が密閉されることから、筒内に生成された既燃ガスの一部が筒内に残留することになる。   The total period (X + Y) obtained by adding the period X from the closing timing of the exhaust valve 12 to the exhaust top dead center and the period Y from the opening timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 to the exhaust top dead center is: This is a so-called negative overlap period in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are closed. If such a negative overlap period (X + Y) is provided before and after the exhaust top dead center, the cylinder is sealed before the piston 5 reaches the exhaust top dead center. A part of the gas remains in the cylinder.

さらに、上記ネガティブオーバーラップ期間(X+Y)の後の吸気行程途中からは、上述したように、排気弁12が再び開弁するため(EX1a,EX2a)、その間は、一旦排気ポート10に排出された既燃ガスの一部が筒内に逆流するという現象が起きる。このように、開閉パターンAでは、ネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを筒内に残留させた上で、さらに、吸気行程中に排気弁12を再開弁させ、筒内に既燃ガスを逆流させるようにしている。そして、これら2種類の既燃ガスの導入操作が内部EGRとして行われることで、かなり多量の既燃ガスが筒内に確保されて、筒内の温度上昇が図られるようになっている。   Further, from the middle of the intake stroke after the negative overlap period (X + Y), as described above, the exhaust valve 12 is opened again (EX1a, EX2a), and during that time, the exhaust port 10 was once exhausted. A phenomenon occurs in which part of the burned gas flows backward into the cylinder. As described above, in the open / close pattern A, a negative overlap period is provided to allow the burned gas to remain in the cylinder, and then the exhaust valve 12 is restarted during the intake stroke so that the burned gas is discharged into the cylinder. I try to make it flow backward. The introduction operation of these two types of burned gas is performed as the internal EGR, so that a considerably large amount of burned gas is secured in the cylinder and the temperature in the cylinder is increased.

また、開閉パターンAでは、上述したように、一対の吸気弁11のうちの一方のみが吸気行程中に開弁し、他方の吸気弁11は開弁しないため、吸気ポート9から筒内への新気の流入が制限される。そして、このことと、上記EGRガスの導入との相互作用により、新気量が大幅に減少して、EGRガスの割合が増大する結果、筒内温度がかなりの高温まで上昇するようになっている。   Further, in the opening / closing pattern A, as described above, only one of the pair of intake valves 11 opens during the intake stroke, and the other intake valve 11 does not open. Inflow of fresh air is restricted. As a result of the interaction between this and the introduction of the EGR gas, the amount of fresh air is greatly reduced and the proportion of EGR gas is increased. As a result, the in-cylinder temperature rises to a considerably high temperature. Yes.

再び図5のフローチャートに戻って、上記ステップS3でNOと判定された場合の制御動作について説明する。この場合には、現在のエンジンの運転点が、図4の第1中負荷域R2aにあるか否かを判定する制御が実行される(ステップS4)。そして、ここでの判定がNOであれば、次に、エンジンの運転点が第2中負荷域R2bにあるか否かが判定され(ステップS5)、さらに、ここでの判定もNOであった場合に、第3中負荷域R2cにあるか否かが判定される(ステップS6)。   Returning to the flowchart of FIG. 5 again, the control operation when NO is determined in step S3 will be described. In this case, control for determining whether or not the current engine operating point is in the first medium load range R2a of FIG. 4 is executed (step S4). If the determination here is NO, it is next determined whether or not the operating point of the engine is in the second middle load range R2b (step S5). Furthermore, the determination here is also NO. In this case, it is determined whether or not the vehicle is in the third middle load range R2c (step S6).

上記ステップS4,S5,S6のいずれかでYESと判定されて現在のエンジンの運転点が第1〜第3中負荷域R2a〜R2c(つまり中負荷域R2)にあることが確認された場合には、ステップS8,S9,S10のいずれかに移行して、予め定められた開閉パターンB,C,Dのいずれかに沿って吸排気弁11,12を開閉駆動する制御が実行される。これら開閉パターンB,C,Dでは、各気筒2において吸気行程中に開弁する吸気弁11の数が、1つから2つに増やされる一方、各気筒2において吸気行程中に開弁する排気弁12の数が、負荷の増大に伴って2→1→0と徐々に減らされる。以下、各開閉パターンB,C,Dでの具体的な制御内容について説明する。   When it is determined YES in any of the above steps S4, S5, and S6 and it is confirmed that the current engine operating point is in the first to third middle load ranges R2a to R2c (that is, the middle load range R2). Shifts to one of steps S8, S9, and S10, and executes control for opening and closing the intake and exhaust valves 11 and 12 along any one of the predetermined opening and closing patterns B, C, and D. In these open / close patterns B, C, and D, the number of intake valves 11 that open during each intake stroke in each cylinder 2 is increased from one to two, while the exhaust that opens during each intake stroke in each cylinder 2 is increased. The number of valves 12 is gradually reduced from 2 → 1 → 0 as the load increases. Hereinafter, specific control contents in each of the open / close patterns B, C, and D will be described.

まず、第1中負荷域R2aで選択される開閉パターンB(ステップS8)について図7に基づき説明する。本図に示すように、開閉パターンBでは、上述した開閉パターンAのときと異なり、各気筒2における一対の吸気弁11の両方が吸気行程中に開弁する(IN1,IN2)。すなわち、低負荷域R1のときに選択される上記開閉パターンA(図6)では、一対の吸気弁11の一方のみが吸気行程中に開弁し、他方の吸気弁11は閉じたままであったが、第1中負荷域R2aまで負荷が高まって開閉パターンBに切り替わった場合には、上記バルブ制御手段44によりVVL16が駆動され、上記他方の吸気弁11の開弁が解禁される結果、一対の吸気弁11の両方が吸気行程中に開弁することになる。   First, the opening / closing pattern B (step S8) selected in the first medium load region R2a will be described with reference to FIG. As shown in this figure, in the open / close pattern B, unlike the open / close pattern A described above, both the pair of intake valves 11 in each cylinder 2 are opened during the intake stroke (IN1, IN2). That is, in the opening / closing pattern A (FIG. 6) selected in the low load region R1, only one of the pair of intake valves 11 is opened during the intake stroke, and the other intake valve 11 remains closed. However, when the load increases to the first middle load region R2a and the switching is made to the opening / closing pattern B, the VVL 16 is driven by the valve control means 44, and the opening of the other intake valve 11 is lifted. Both intake valves 11 are opened during the intake stroke.

一方、各気筒2における一対の排気弁12については、上記開閉パターンAのときと変わらず、吸気行程および排気行程の両方で開弁する。このため、吸気弁11および排気弁12が双方とも閉じるネガティブオーバーラップ期間の長さも、上記開閉パターンAのときと同一のX+Yとなる。   On the other hand, the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 is opened in both the intake stroke and the exhaust stroke, as in the case of the opening / closing pattern A. For this reason, the length of the negative overlap period in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are closed is also the same X + Y as in the opening / closing pattern A.

このように、開閉パターンBでは、排気弁12に対し開閉パターンAのときと同様の制御を実行しながら、吸気弁11の開弁数を1気筒あたり1つから2つに増やすようにした。これにより、吸気ポート9から筒内に流入する新気の量が増大し、その分だけ筒内に導入される既燃ガス(EGRガス)の量が減少する。   Thus, in the opening / closing pattern B, the number of opening of the intake valve 11 is increased from one to two per cylinder while executing the same control as the opening / closing pattern A for the exhaust valve 12. As a result, the amount of fresh air flowing into the cylinder from the intake port 9 increases, and the amount of burned gas (EGR gas) introduced into the cylinder correspondingly decreases.

次に、第2中負荷域R2bで選択される開閉パターンC(ステップS9)について図8に基づき説明する。本図に示すように、開閉パターンCでは、各気筒2における一対の排気弁12のうちの一方のみが吸気行程中に開弁し、他方の排気弁12は吸気行程中に開弁しなくなる。すなわち、上記バルブ制御手段44によりVVL18が駆動されて、吸気行程中に上記他方の排気弁12を押し下げる機能が無効にされることで、他方の排気弁12は、排気行程中にのみ開弁し(EX2)、吸気行程中には開弁しなくなる。   Next, the opening / closing pattern C (step S9) selected in the second medium load region R2b will be described with reference to FIG. As shown in this figure, in the open / close pattern C, only one of the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2 opens during the intake stroke, and the other exhaust valve 12 does not open during the intake stroke. That is, when the VVL 18 is driven by the valve control means 44 and the function of depressing the other exhaust valve 12 during the intake stroke is disabled, the other exhaust valve 12 is opened only during the exhaust stroke. (EX2) The valve will not open during the intake stroke.

これに対し、一方の排気弁12については、排気行程中および吸気行程中の両方で開弁する(EX1,EX1a)。このように、各気筒2において吸気行程中に開弁する排気弁12の数が2つから1つに減らされることで、EGRガスの量が減少し、新気量が増大する。なお、これ以外のバルブの動作は、上記開閉パターンBのときと同様である。また、吸排気弁11,12がともに閉じるネガティブオーバーラップ期間についても、同一量(X+Y)だけ確保される。   On the other hand, one of the exhaust valves 12 is opened during both the exhaust stroke and the intake stroke (EX1, EX1a). In this manner, the number of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke in each cylinder 2 is reduced from two to one, so that the amount of EGR gas decreases and the amount of fresh air increases. The operation of the other valves is the same as in the opening / closing pattern B. Also, the same amount (X + Y) is ensured during the negative overlap period when both the intake and exhaust valves 11 and 12 are closed.

次に、第3中負荷域R2cで選択される開閉パターンD(ステップS10)について図9に基づき説明する。本図に示すように、開閉パターンDでは、各気筒2における一対の排気弁12の両方について、吸気行程中の開弁が禁止される。すなわち、上記バルブ制御手段44によりVVL18が駆動されて、吸気行程中に一対の排気弁12を押し下げる機能がともに無効にされる。これにより、一対の排気弁12は、ともに排気行程中にのみ開弁し(EX1,EX2)、吸気行程中には開弁しなくなる。このように、吸気行程中に開弁する排気弁12の数がゼロにされることで、EGRガスの量がさらに減少し、かつ新気量が増大する。   Next, the opening / closing pattern D (step S10) selected in the third middle load region R2c will be described with reference to FIG. As shown in this figure, in the opening / closing pattern D, the valve opening during the intake stroke is prohibited for both the pair of exhaust valves 12 in each cylinder 2. That is, the VVL 18 is driven by the valve control means 44, and both the functions of pushing down the pair of exhaust valves 12 during the intake stroke are disabled. As a result, the pair of exhaust valves 12 are both opened only during the exhaust stroke (EX1, EX2), and are not opened during the intake stroke. Thus, the number of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke is reduced to zero, whereby the amount of EGR gas is further reduced and the amount of fresh air is increased.

なお、開閉パターンDにおいて、上記内容以外のバルブの動作は、上記開閉パターンCのときと同様である。また、吸排気弁11,12がともに閉じるネガティブオーバーラップ期間についても、同一量(X+Y)だけ確保される。上記のように、開閉パターンDでは、吸気行程中に開弁する排気弁12の数がゼロとされるが、上記ネガティブオーバーラップ期間(X+Y)が存在することで、EGRガスの量はある程度確保される。すなわち、開閉パターンDでは、吸気行程中に排気弁12が一切開弁せず、排気ポート10からの既燃ガスの逆流はほとんど起きなくなるものの、上記ネガティブオーバーラップ期間(X+Y)中の既燃ガスの残留は依然として起きるため、この残留した既燃ガスがEGRガスとして確保される。   In the open / close pattern D, the valve operations other than those described above are the same as in the open / close pattern C. Also, the same amount (X + Y) is ensured during the negative overlap period when both the intake and exhaust valves 11 and 12 are closed. As described above, in the open / close pattern D, the number of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke is zero, but the presence of the negative overlap period (X + Y) ensures a certain amount of EGR gas. Is done. That is, in the open / close pattern D, the exhaust valve 12 does not make one incision valve during the intake stroke, and the backflow of the burned gas from the exhaust port 10 hardly occurs, but the burned gas during the negative overlap period (X + Y). Since this still remains, the remaining burned gas is ensured as EGR gas.

再び図5のフローチャートに戻って、上記ステップS6でNOと判定された場合の制御動作について説明する。この場合は、現在のエンジンの運転点が、図4の高負荷域R3にあることになる。すると、次のステップS11に移行して、予め定められた開閉パターンEに沿って吸排気弁11,12を開閉駆動する制御が実行される。   Returning to the flowchart of FIG. 5 again, the control operation when NO is determined in step S6 will be described. In this case, the current engine operating point is in the high load region R3 of FIG. Then, the process proceeds to the next step S11, and control for opening and closing the intake and exhaust valves 11 and 12 along a predetermined opening / closing pattern E is executed.

上記開閉パターンEに基づく吸排気弁11,12のリフトカーブを図10に示す。本図に示すように、高負荷域R3で選択される開閉パターンEでは、各気筒2の一対の排気弁12が排気行程中に開弁し、かつ一対の吸気弁11が吸気行程中に開弁するのは上記開閉パターンDと同じであるが、開閉パターンDと異なる点として、図中の矢印に示すように、上記吸気弁11および排気弁12の各動作タイミングが、負荷の増大に応じて互いに接近方向にシフトされる。   FIG. 10 shows lift curves of the intake and exhaust valves 11 and 12 based on the opening / closing pattern E. As shown in this figure, in the opening / closing pattern E selected in the high load region R3, the pair of exhaust valves 12 of each cylinder 2 opens during the exhaust stroke, and the pair of intake valves 11 opens during the intake stroke. Although the valve is the same as the opening / closing pattern D, it is different from the opening / closing pattern D. As indicated by the arrows in the figure, the operation timings of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 correspond to the increase in load. Are shifted toward each other.

すなわち、上記バルブ制御手段44によりVVT15,17が駆動されることにより、負荷の増大に応じて、一対の排気弁12の動作タイミングが遅角側(図中右側)にシフトされるとともに、一対の吸気弁11の動作タイミングが進角側(図中左側)にシフトされる。これにより、排気弁12の閉時期と、吸気弁11の開時期(開弁開始時期)とが、ともに排気上死点(TDC)に近づき、最終的に、高負荷域R3の上限値付近まで負荷が増大した時点で、図示のように、排気弁12の閉時期と吸気弁11の開時期とが排気上死点において略一致する。これにより、排気上死点の前後にわたって吸排気弁11,12がともに閉じるネガティブオーバーラップ期間が存在しなくなるため、筒内に導入されるEGRガスがほとんどなくなり、新気量が十分に確保されるようになる。   That is, by driving the VVTs 15 and 17 by the valve control means 44, the operation timing of the pair of exhaust valves 12 is shifted to the retard side (right side in the figure) as the load increases, The operation timing of the intake valve 11 is shifted to the advance side (left side in the figure). As a result, the closing timing of the exhaust valve 12 and the opening timing (opening start timing) of the intake valve 11 both approach the exhaust top dead center (TDC), and finally reach the vicinity of the upper limit value of the high load range R3. When the load increases, as shown in the figure, the closing timing of the exhaust valve 12 and the opening timing of the intake valve 11 substantially coincide at the exhaust top dead center. As a result, there is no negative overlap period in which both the intake and exhaust valves 11 and 12 close before and after the exhaust top dead center, so there is almost no EGR gas introduced into the cylinder, and a sufficient amount of fresh air is secured. It becomes like this.

(4)作用効果
以上説明したように、当実施形態では、気筒2ごとに一対の吸気弁11および一対の排気弁12が設けられ、かつ、圧縮自己着火燃焼で運転するHCCI領域Rが部分負荷域に設定されたエンジンにおいて、上記HCCI領域Rを、負荷の低い順に、低負荷域R1、中負荷域R2(第1〜第3中負荷域R2a〜R2c)、高負荷域R3に分割し、各負荷域において、吸排気弁11,12をそれぞれ図6〜図10に示したような開閉パターンに沿って制御するようにした。このような構成によれば、EGRガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることができる。
(4) Operational Effects As described above, in the present embodiment, a pair of intake valves 11 and a pair of exhaust valves 12 are provided for each cylinder 2, and the HCCI region R operated by compression self-ignition combustion is a partial load. In the engine set in the region, the HCCI region R is divided into a low load region R1, a medium load region R2 (first to third medium load regions R2a to R2c), and a high load region R3 in order of increasing load, In each load region, the intake / exhaust valves 11 and 12 are controlled along the open / close patterns as shown in FIGS. According to such a configuration, proper compression self-ignition combustion can be performed in a wider load region by appropriately controlling the amount of EGR gas according to the load.

例えば、HCCI領域Rの中で最も負荷の低い低負荷域R1では、図6の開閉パターンAに示したように、各気筒における一対の排気弁12を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させ、かつ各気筒2における一対の吸気弁11の一方のみを吸気行程で開弁させるようにしたため、一旦排気ポート10に排出された高温の既燃ガスを筒内に逆流させることができるとともに、筒内への新気の流入を規制して新気量を減少させることができる。また、上記吸気弁11および排気弁12を吸気行程中に開き始め、かつ、その開時期(開弁開始時期)と、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期とを、排気上死点(TDC)を挟んで所定期間離れた時期に設定するようにしたため、吸気弁11および排気弁12の双方が閉じるネガティブオーバーラップ期間(X+Y)を排気上死点の前後に設けて、その間筒内を密閉することにより、高温の既燃ガスを筒内に残留させることができる。   For example, in the low load region R1 with the lowest load in the HCCI region R, as shown in the opening / closing pattern A in FIG. 6, the pair of exhaust valves 12 in each cylinder is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke. In addition, since only one of the pair of intake valves 11 in each cylinder 2 is opened in the intake stroke, the high-temperature burned gas once discharged to the exhaust port 10 can be made to flow back into the cylinder, The amount of fresh air can be reduced by restricting the flow of fresh air into the interior. Further, the exhaust valve 11 and the exhaust valve 12 begin to open during the intake stroke, and the opening timing (valve opening start timing) and the closing timing of the exhaust valve 12 that opens during the exhaust stroke are determined as exhaust top dead. Since the point (TDC) is set at a predetermined time interval, a negative overlap period (X + Y) in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are closed is provided before and after the exhaust top dead center. By sealing the inside, high-temperature burned gas can remain in the cylinder.

そして、上記のように排気上死点の前後にわたって筒内を密閉する操作と、吸気行程中に排気弁12を再開弁させる操作とを、筒内に既燃ガスを導入するための操作(内部EGR)としてそれぞれ行い、さらに吸気弁11の開弁数を1つに減らすことにより、多量の既燃ガス(EGRガス)を筒内に確保できるとともに、筒内に占める新気の割合を相対的に小さくすることができる。これにより、筒内温度が大幅に上昇し、混合気が自着火し易い環境がつくり出されるため、負荷が低く燃料噴射量が少ない状況であっても、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことができる。また、多量のEGRガスを導入することにより、筒内の負圧を減らし、ポンピングロスを効果的に低減できるという利点もある。   The operation for sealing the inside of the cylinder before and after the exhaust top dead center as described above and the operation for resuming the exhaust valve 12 during the intake stroke are the operations for introducing the burned gas into the cylinder (internal EGR), and by reducing the number of intake valves 11 to one, a large amount of burned gas (EGR gas) can be secured in the cylinder, and the proportion of fresh air in the cylinder is relatively Can be made smaller. This greatly increases the in-cylinder temperature and creates an environment in which the air-fuel mixture easily ignites. Therefore, even in a situation where the load is low and the fuel injection amount is small, the compression self-ignition combustion is surely caused. it can. Further, by introducing a large amount of EGR gas, there is an advantage that the negative pressure in the cylinder can be reduced and the pumping loss can be effectively reduced.

ただし、負荷がある程度高まった状況で、上記のような多量のEGRガスの導入が継続して行われた場合には、新気量が不足するだけでなく、混合気の自着火が促進され過ぎて、例えば混合気が異常に早いタイミングで自着火する過早着火と呼ばれる異常燃焼が起きるおそれがある。そこで、このような事態を回避すべく、上記実施形態では、上記低負荷域R1よりも負荷の高い中負荷域R2(第1〜第3中負荷域R2a〜R2c)および高負荷域R3で、吸気弁11の開弁数を増やすとともに、吸気行程中に開弁する排気弁12の数を減らし、さらにはネガティブオーバーラップ期間を短縮することで、EGRガスと新気の割合を負荷に応じて適宜調節するようにした。   However, if the introduction of a large amount of EGR gas as described above is continued in a situation where the load has increased to some extent, not only the amount of new air is insufficient, but also the self-ignition of the air-fuel mixture is promoted too much. For example, there is a possibility that abnormal combustion called pre-ignition in which the air-fuel mixture self-ignites at an abnormally early timing may occur. Therefore, in order to avoid such a situation, in the above embodiment, in the medium load region R2 (first to third medium load regions R2a to R2c) and the high load region R3 having a higher load than the low load region R1, By increasing the number of intake valves 11 opened, reducing the number of exhaust valves 12 opened during the intake stroke, and further shortening the negative overlap period, the ratio of EGR gas and fresh air can be adjusted according to the load. Adjustments were made accordingly.

具体的に、上記中負荷域R2のうち、最も負荷の低い第1中負荷域R2aでは、吸気弁11の開弁数を1つから2つに増やして(図7の開閉パターンB)、筒内への新気の流入を促進することにより、新気量を増やし、かつEGRガスの量を減らすようにしたため、ポンピングロスの低減を図りながら、上記低負荷域R1のときよりも筒内温度を低下させ、適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせることができる。   Specifically, in the first intermediate load region R2a having the lowest load among the intermediate load regions R2, the number of intake valves 11 is increased from one to two (open / close pattern B in FIG. 7), and the cylinder By increasing the amount of fresh air and reducing the amount of EGR gas by promoting the inflow of fresh air, the in-cylinder temperature is lower than that in the low load range R1 while reducing the pumping loss. And the proper compression self-ignition combustion can be continued.

次に、上記中負荷域R2のうち、上記第1中負荷域R2aよりも負荷の高い第2中負荷域R2bおよび高い第3中負荷域R2cでは、吸気行程中に開弁する排気弁12の数を2つから1つに減らし、さらにはゼロまで減らすようにたため(図8,9の開閉パターンC,D)、排気ポート10からの逆流により得られるEGRガスの量を負荷に応じて徐々に減少させることにより、上記第1中負荷域R2aのときよりもさらに筒内温度を低下させることができる。   Next, in the second intermediate load region R2b and the third third intermediate load region R2c that are higher in load than the first intermediate load region R2a in the intermediate load region R2, the exhaust valve 12 that opens during the intake stroke is used. Since the number is reduced from two to one and further reduced to zero (opening and closing patterns C and D in FIGS. 8 and 9), the amount of EGR gas obtained by the backflow from the exhaust port 10 is gradually increased according to the load. By reducing the temperature, the in-cylinder temperature can be further lowered than in the first middle load range R2a.

そして、最終的に、エンジン負荷が高負荷域R3まで高まった場合には、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期と、吸気行程中に開弁する吸気弁11の開時期とを、負荷の増大に応じてともに排気上死点に近づく方向にシフトさせるようにしたため、排気上死点の前後にわたって吸気弁11および排気弁12の双方が閉じるネガティブオーバーラップ期間が徐々に短縮され、当該期間中の筒内の密閉により得られるEGRガスの量を徐々に減少させることができる。これにより、高い負荷に応じた十分な量の新気を確保できるとともに、筒内温度をより低く抑えて、過早着火のような異常燃焼を効果的に防止できるという利点がある。   Finally, when the engine load increases to the high load range R3, the closing timing of the exhaust valve 12 that opens during the exhaust stroke and the opening timing of the intake valve 11 that opens during the intake stroke are set. In addition, since both are shifted toward the exhaust top dead center according to the increase in load, the negative overlap period in which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are closed before and after the exhaust top dead center is gradually shortened. The amount of EGR gas obtained by sealing in the cylinder during the period can be gradually reduced. Thus, there is an advantage that a sufficient amount of fresh air corresponding to a high load can be secured, and the in-cylinder temperature can be kept lower, and abnormal combustion such as pre-ignition can be effectively prevented.

また、上記実施形態では、HCCI領域R内の低負荷域R1および中負荷域R2において、図6〜図9の開閉パターンA〜Dに示したように、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期から排気上死点までの期間Xと、吸気行程中に開弁する吸気弁11および排気弁12(ただし開閉パターンDでは吸気弁11のみ)の開時期から排気上死点までの期間Yとが、略同一に設定されているため、筒内の密閉により残留する既燃ガスをEGRガスとして確保しながら、ポンピングロスの増大を効果的に防止できるという利点がある。   Further, in the above embodiment, the exhaust valve 12 that opens during the exhaust stroke in the low load region R1 and the medium load region R2 in the HCCI region R, as shown in the open / close patterns AD of FIGS. Period X from the closing timing of the engine to the exhaust top dead center and the period from the opening timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 (only the intake valve 11 in the opening / closing pattern D) that opens during the intake stroke to the exhaust top dead center Since Y is set to be substantially the same, there is an advantage that an increase in pumping loss can be effectively prevented while securing the burned gas remaining as a result of sealing in the cylinder as EGR gas.

例えば、筒内に既燃ガスを残留させる操作は、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期を排気上死点よりもある程度前に設定して期間Xを確保しさえすれば可能であり、排気上死点を過ぎた後は、すぐに吸気弁11または排気弁12を開弁させ始めてもよい(つまり期間Yは必ずしも必要ない)。しかしながら、排気上死点を過ぎた後ですぐに吸気弁11または排気弁12を開き始めた場合には、上記期間Xの間のピストン5の圧縮作用により上昇した筒内の圧力が、排気上死点で一気に大気圧まで低下することになる。このため、P−V線図上において、排気行程中の圧力変化のラインと吸気行程中の圧力変化のラインとの間に所定の面積が形成され、その面積の分の仕事にエネルギーが費やされてしまう。   For example, the operation of causing the burned gas to remain in the cylinder is possible only by setting the closing timing of the exhaust valve 12 that opens during the exhaust stroke to some extent before the exhaust top dead center and ensuring the period X. Yes, the intake valve 11 or the exhaust valve 12 may be started immediately after passing the exhaust top dead center (that is, the period Y is not necessarily required). However, if the intake valve 11 or the exhaust valve 12 starts to open immediately after passing the exhaust top dead center, the pressure in the cylinder increased by the compression action of the piston 5 during the period X is It will drop to atmospheric pressure at a dead point. For this reason, on the PV diagram, a predetermined area is formed between the pressure change line during the exhaust stroke and the pressure change line during the intake stroke, and energy is consumed for work corresponding to the area. Will be.

これに対し、上記実施形態のように、期間Xおよび期間Yを略同一に設定した場合には、P−V線図上において、排気行程中の圧力変化のラインと吸気行程中の圧力変化のラインとが略同じ経路を辿ることにより、これら両ラインの間にほとんど面積が形成されず、上記のような余計な仕事が生じることがない。このため、上記期間Xおよび期間Yを略同一に設定した上記実施形態によれば、EGRガスを確保しながら、上記期間内に生じ得るポンピングロスの増大を効果的に防止することができる。   On the other hand, when the period X and the period Y are set to be substantially the same as in the above embodiment, the pressure change line during the exhaust stroke and the pressure change during the intake stroke on the PV diagram. When the lines follow substantially the same path, almost no area is formed between the two lines, and the above-described extra work does not occur. For this reason, according to the embodiment in which the period X and the period Y are set to be substantially the same, an increase in pumping loss that can occur within the period can be effectively prevented while securing EGR gas.

図11は、以上のような作用効果を確認するために本願発明者が行った実験の結果を示すグラフである。なお、この実験で使用したエンジンの幾何学的圧縮比は20で、ボア×ストロークはφ87.5×83.1であった。そして、このようなエンジンを用いて、圧縮自己着火燃焼による運転を行い、そのときの新気の充填率(充填効率)ηvを測定した。なお、測定時のエンジン回転速度Neは1000rpmで一定とし、吸気温度は50℃で一定とした。   FIG. 11 is a graph showing the results of an experiment conducted by the inventor of the present application in order to confirm the effects as described above. The geometric compression ratio of the engine used in this experiment was 20, and the bore × stroke was φ87.5 × 83.1. Then, using such an engine, an operation by compression self-ignition combustion was performed, and the filling rate (filling efficiency) ηv of fresh air at that time was measured. The engine speed Ne during measurement was constant at 1000 rpm, and the intake air temperature was constant at 50 ° C.

グラフ中の「◆」「■」「▲」「▼」「●」マークの各プロットは、吸排気弁11,12を図6〜図10に示した開閉パターンに沿ってそれぞれ制御した場合に得られる新気充填率ηvの値を示している。すなわち、「◆」が開閉パターンA(図6)のときの値、「■」が開閉パターンB(図7)のときの値、「▲」が開閉パターンC(図8)のときの値、「▼」が開閉パターンD(図9)のときの値、「●」が開閉パターンE(図10)のときの値を示している。なお、このうち、開閉パターンEのときの「●」のプロットについては、図10に示したように、排気弁12の閉時期および吸気弁11の開時期をともに排気上死点付近に設定し、ネガティブオーバーラップの期間を略ゼロにした状態での新気充填率ηvを示している。   The plots of “◆”, “■”, “▲”, “▼”, and “●” marks in the graph are obtained when the intake and exhaust valves 11 and 12 are controlled according to the open / close patterns shown in FIGS. The value of the fresh air filling rate ηv is shown. That is, “◆” is a value when the open / close pattern A (FIG. 6), “■” is a value when the open / close pattern B (FIG. 7), “▲” is a value when the open / close pattern C (FIG. 8), “▼” indicates a value when the open / close pattern D (FIG. 9), and “●” indicates a value when the open / close pattern E (FIG. 10). Of these, for the plot of “●” for the open / close pattern E, as shown in FIG. 10, both the closing timing of the exhaust valve 12 and the opening timing of the intake valve 11 are set near the exhaust top dead center. The fresh air filling rate ηv in a state where the negative overlap period is substantially zero is shown.

また、図11のグラフにおいて、横軸のIMEPは、負荷(仕事)の大小を表す指標である図示平均有効圧力を示している。各プロット間で横軸方向の位置が異なるものは、負荷に応じた燃料噴射量の相違を表しており、右側に位置するほど燃料噴射量が多いことになる。   In the graph of FIG. 11, IMEP on the horizontal axis indicates the indicated mean effective pressure that is an index representing the magnitude of the load (work). The difference in the position in the horizontal axis direction between the plots represents the difference in the fuel injection amount according to the load, and the more the fuel injection amount is located on the right side.

図11のグラフに示すように、新気充填率ηvは、開閉パターンA→B→C→D→Eの順に段階的に大きくなっていることが分かる。すなわち、新気充填率ηvは、開閉パターンAのときが20%弱であるのに対し、開閉パターンBでは30%強まで、開閉パターンCでは50%強まで、開閉パターンDでは60%強まで増大し、開閉パターンEに至っては略100%まで増大している。なお、開閉パターンEのときのプロット「●」は、ネガティブオーバーラップ期間が略ゼロになった状態での新気充填率ηvを示しているので、同期間がこれよりも長くなれば、新気充填率ηvの値は当然に「●」よりも小さくなり、パターンDの「▼」の値に近づいていく。   As shown in the graph of FIG. 11, it can be seen that the fresh air filling rate ηv increases stepwise in the order of the open / close patterns A → B → C → D → E. That is, the fresh air filling rate ηv is slightly less than 20% in the case of the open / close pattern A, but is slightly over 30% in the open / close pattern B, up to over 50% in the open / close pattern C, and over 60% in the open / close pattern D. The opening / closing pattern E is increased to about 100%. Note that the plot “●” for the open / close pattern E shows the fresh air filling rate ηv in a state where the negative overlap period is substantially zero. The value of the filling rate ηv is naturally smaller than “●” and approaches the value of “▼” of the pattern D.

一方、新気の領域を除いたグラフ中のグレーの領域は、筒内に導入されたEGRガスの量を示しており、このEGRガスの割合(EGR率)は、新気とは逆に、開閉パターンA→B→C→D→Eの順に段階的に小さくなっている。なお、EGR率を示すグレーの領域の上辺部が左下がりになっているのは、EGRガスの量が多いほど密度が低下するためである。   On the other hand, the gray area in the graph excluding the fresh air area indicates the amount of EGR gas introduced into the cylinder, and this EGR gas ratio (EGR rate) is opposite to that of fresh air. The opening / closing pattern A is gradually reduced in the order of A → B → C → D → E. The reason why the upper side portion of the gray region indicating the EGR rate is lowered to the left is that the density decreases as the amount of EGR gas increases.

以上の実験結果からも明らかなように、吸排気弁11,12の開閉パターンをグラフ中の破線矢印のように負荷の増大に応じてパターンA→B→C→D→Eの順に切り替えるようにした場合(つまり上記実施形態と同様の制御を行った場合)には、負荷に応じて段階的に新気量を増大させ、かつEGRガスの量を減少させることができる。すなわち、開閉パターンAでは、EGRガスが最大限に導入されて筒内の高温化が図られる一方、この状態から、負荷の増大に応じて開閉パターンをB→C→D→Eへと移行させることにより、EGRガスの量を段階的に減少させて筒内温度を抑制し、かつ新気量を増大させることができる。   As is clear from the above experimental results, the opening / closing patterns of the intake / exhaust valves 11 and 12 are switched in the order of patterns A → B → C → D → E in accordance with the increase in load as indicated by broken arrows in the graph. In this case (that is, when the same control as that in the above embodiment is performed), the amount of fresh air can be increased stepwise according to the load, and the amount of EGR gas can be decreased. That is, in the open / close pattern A, the EGR gas is introduced to the maximum to raise the temperature in the cylinder, and from this state, the open / close pattern is shifted from B → C → D → E as the load increases. As a result, the amount of EGR gas can be decreased stepwise to suppress the in-cylinder temperature and increase the amount of fresh air.

図12は、上記図11のときと同じ条件下で運転したときの燃焼状態を確認した実験の結果であり、縦軸の燃焼重心位置とは、燃料の50%質量が燃焼した時点(50%MB)のクランク角を示している。この図12のグラフによれば、開閉パターンA,B,C,D,Eのいずれの場合における燃焼重心位置も、圧縮上死点(0°CA)より遅角側の適正範囲Pの中に概ね含まれていることが分かる。これにより、上記のように負荷の増大に応じ開閉パターンをA→B→C→D→Eと切り替えることで、負荷にかかわらず適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせ得ることが分かった。   FIG. 12 shows the result of an experiment for confirming the combustion state when operating under the same conditions as in FIG. 11, and the vertical axis of the combustion center of gravity is the time when 50% mass of the fuel burns (50% MB) is shown. According to the graph of FIG. 12, the position of the combustion center of gravity in any of the open / close patterns A, B, C, D, and E is also within the appropriate range P on the retard side from the compression top dead center (0 ° CA). It can be seen that it is mostly included. As a result, it has been found that by switching the opening / closing pattern from A → B → C → D → E as the load increases as described above, proper compression self-ignition combustion can be continuously performed regardless of the load. .

なお、以上説明したような実験結果は、幾何学的圧縮比が20という高圧縮比エンジンを用いて得られたものであるが、ある程度高い圧縮比であれば、上記と同様の結果を得ることが可能である。ただし、少なくとも一部のEGRガスを吸気行程中の排気弁12の再開弁によって確保する上記実施形態の特徴を十分に生かそうとすれば、幾何学的圧縮比は15以上とするのが望ましい。   The experimental results described above were obtained using a high compression ratio engine with a geometric compression ratio of 20. However, if the compression ratio is somewhat high, the same result as above can be obtained. Is possible. However, it is desirable that the geometric compression ratio is 15 or more in order to make full use of the feature of the above-described embodiment in which at least a part of the EGR gas is secured by the restart valve of the exhaust valve 12 during the intake stroke.

例えば、開閉パターンA〜Cでは、筒内に既燃ガスを導入するために、吸気行程中に排気弁12を再開弁するだけでなく、排気上死点の前後にわたって吸排気弁11,12の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間(図6〜図8のX+Y)を排気上死点の前後に設けるようにしたが、このネガティブオーバーラップ期間(X+Y)を図6〜図8の例よりもさらに長くすれば、吸気行程中に排気弁12を再開弁しなくても、同程度の量のEGRガスを確保することが可能である。しかしながら、ネガティブオーバーラップ期間を延長し、かなりの長期間にわたって吸排気弁11,12の双方を閉じるようにした場合には、その間に残留した多量の既燃ガスが圧縮されて排気上死点付近でさらに高温化するため、多くの熱量が外部に放出されてしまい(つまり冷却損失が増大し)、その後の圧縮上死点付近での筒内温度の上昇効果が減殺されてしまうおそれがある。   For example, in the open / close patterns A to C, in order to introduce burned gas into the cylinder, not only the exhaust valve 12 is restarted during the intake stroke, but also the intake and exhaust valves 11 and 12 before and after the exhaust top dead center. A negative overlap period (X + Y in FIGS. 6 to 8) for closing both sides is provided before and after exhaust top dead center, but this negative overlap period (X + Y) is longer than the examples in FIGS. By doing so, it is possible to secure a similar amount of EGR gas without restarting the exhaust valve 12 during the intake stroke. However, if the negative overlap period is extended and both the intake and exhaust valves 11 and 12 are closed for a considerable period of time, a large amount of burned gas remaining in the meantime is compressed and near the exhaust top dead center. Since the temperature is further increased, a large amount of heat is released to the outside (that is, the cooling loss is increased), and the effect of increasing the in-cylinder temperature near the compression top dead center may be diminished.

このような懸念は、圧縮比が高いエンジンほど大きくなる。具体的に、ネガティブオーバーラップ期間を利用して既燃ガスを筒内に導入する操作をNVO方式のEGR、吸気行程中に排気弁12を開弁させることで既燃ガスを筒内に導入する操作を排気2度開き方式のEGRとすると、本願発明者の研究によれば、同量のEGRガスを確保した場合でも、NVO方式による方が、排気2度開き方式のEGRによる場合よりも、筒内温度の上昇幅が小さく、しかもその低下幅は、圧縮比が高いほど大きくなることが分かっている。例えば、ある条件下で、圧縮上死点における筒内温度をNVO方式と排気2度開き方式とで比較したところ、両者の温度差は、幾何学的圧縮比が15のエンジンでは20℃程度になり、幾何学的圧縮比が20のエンジンに至っては、50℃程度まで増大した。一方、幾何学的圧縮比が10のエンジンでは、これほど有意な温度差は見られなかった。   Such a concern becomes greater as the engine has a higher compression ratio. Specifically, the operation of introducing burned gas into the cylinder using the negative overlap period is NVO EGR, and the burned gas is introduced into the cylinder by opening the exhaust valve 12 during the intake stroke. Assuming that the operation is EGR with the exhaust double opening method, according to the research of the present inventor, even when the same amount of EGR gas is secured, the NVO method is more effective than the EGR with the exhaust double opening method. It has been found that the increase range of the in-cylinder temperature is small and the decrease range increases as the compression ratio increases. For example, when the in-cylinder temperature at the compression top dead center is compared between the NVO method and the exhaust double opening method, the temperature difference between the two is about 20 ° C. for an engine with a geometric compression ratio of 15. As a result, the engine with a geometric compression ratio of 20 increased to about 50 ° C. On the other hand, in the engine having a geometric compression ratio of 10, no significant temperature difference was observed.

以上のことから、特に高圧縮比エンジンにおいては、少なくとも一部のEGRガスを排気2度開き方式のEGRによって確保した方が、NVO方式のEGRのみによってEGRガスを確保するよりも、冷却損失を低く抑えることができ、着火性や効率面で有利であるといえる。そして、このような排気2度開き方式の利点が有意に現れるのが、幾何学的圧縮比が15以上のエンジンといえ、15よりも圧縮比が高くなるほど、より優位性が増すことになる。   In view of the above, especially in a high compression ratio engine, at least a part of the EGR gas is secured by EGR of the exhaust double opening type, and cooling loss is secured rather than securing EGR gas only by the NVO type EGR. It can be kept low, which is advantageous in terms of ignitability and efficiency. The advantage of such an exhaust double opening method is that the engine having a geometric compression ratio of 15 or more can be more advantageous as the compression ratio becomes higher than 15.

ただし、幾何学的圧縮比を高めるといっても実用上の限度があり、圧縮比をむやみに高くしても、それによって得られる効果は徐々に薄まっていく。このような点を考慮して、エンジンの幾何学的圧縮比は22以下にするのがよい。   However, even if the geometric compression ratio is increased, there is a practical limit, and even if the compression ratio is increased excessively, the resulting effect gradually diminishes. Considering these points, the geometric compression ratio of the engine should be 22 or less.

すなわち、幾何学的圧縮比が15以上22以下のエンジンにおいて、排気2度開き方式のEGRを行い、負荷に応じて吸排気弁11,12を上述した開閉パターンA〜Eのように制御することで、排気2度開き方式の利点を十分に生かしつつ、効率の高い圧縮自己着火燃焼を幅広い負荷域にわたって適正に実行させることができる。   That is, in an engine having a geometric compression ratio of 15 or more and 22 or less, the exhaust gas double opening type EGR is performed, and the intake / exhaust valves 11 and 12 are controlled as in the above-described opening / closing patterns A to E according to the load. Thus, highly efficient compression self-ignition combustion can be appropriately executed over a wide load range while fully utilizing the advantages of the exhaust double opening method.

(5)変形例
なお、上記実施形態では、圧縮自己着火燃焼を行うHCCI領域Rのうち、最も負荷の低い低負荷域R1で、図6に示した開閉パターンAを選択して、吸気行程中に、各気筒2に設けられた一対の吸気弁11のうちの一方のみを開弁させ、他方の吸気弁11は閉じたままとしたが、これに代えて、一対の吸気弁11の両方を開弁させるようにしてもよい。このようにすれば、上記他方の吸気弁11に適用されているVVL16を省略することができる。ただし、一対の吸気弁11の両方を開弁させれば、筒内に流入する新気量が増大してEGRガスの割合が低下するため、必要な場合には(特に無負荷近傍の極低負荷域では)、十分なEGRガスの量を確保するために、吸排気弁11,12の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間(X+Y)を延長すればよい。
(5) Modification In the embodiment described above, the open / close pattern A shown in FIG. 6 is selected in the low load region R1 having the lowest load among the HCCI regions R that perform compression self-ignition combustion, and the intake stroke is being performed. In addition, only one of the pair of intake valves 11 provided in each cylinder 2 is opened and the other intake valve 11 is kept closed. Instead, both the pair of intake valves 11 are opened. You may make it open a valve. In this way, the VVL 16 applied to the other intake valve 11 can be omitted. However, if both of the pair of intake valves 11 are opened, the amount of fresh air flowing into the cylinder increases and the ratio of EGR gas decreases, so if necessary (especially extremely low near no load) In the load region), in order to secure a sufficient amount of EGR gas, the negative overlap period (X + Y) for closing both the intake and exhaust valves 11 and 12 may be extended.

また、上記実施形態では、開閉パターンA〜Cのときに、吸気行程中に開弁する排気弁12の開時期と、吸気弁11の開時期とを同時期に設定したが、これら両弁の開時期はずれていてもよい。ただしこの場合でも、上記両弁のうち早く開弁する方の開時期については、排気上死点から期間Yだけ遅れた時期に固定するのが望ましい。これにより、筒内が密閉される期間が排気上死点を挟んで略左右対称となるため、上述したように、ネガティブオーバーラップ期間中に発生するポンピングロスを最小限に抑えることができる。   In the above embodiment, the opening timing of the exhaust valve 12 that opens during the intake stroke and the opening timing of the intake valve 11 are set at the same time in the open / close patterns A to C. The opening time may be off. However, even in this case, it is desirable to fix the opening timing of the earlier opening of both the valves at a timing delayed by the period Y from the exhaust top dead center. As a result, the period in which the inside of the cylinder is sealed becomes substantially bilaterally symmetric with respect to the exhaust top dead center, and as described above, the pumping loss that occurs during the negative overlap period can be minimized.

また、上記実施形態では、排気行程中に開弁する排気弁12の閉時期から排気上死点までの期間Xと、吸気行程中に開弁する吸気弁11および排気弁12の開時期から排気上死点までの期間Y(吸気行程中に排気弁12が開弁しない場合には吸気弁11単体の開時期から排気上死点までの期間Y)とを略同一に設定したが、より厳密には、期間Xの方が、期間Yよりも若干長くなるのがよい。すなわち、吸気弁11または排気弁12が吸気行程中に開弁し始めてから、実際に筒内に新気または既燃ガスが流入するまでには、若干のタイムラグが存在するので、仮にX=Yであれば、上記タイムラグに起因して筒内圧が一時的に大きく低下し、ポンピングロスが発生することが想定される。そこで、X>Yとし、多少早めに吸気弁11または排気弁12を開き始めるようにすれば、上記のようなポンピングロスの発生を回避することができる。ただし、期間Xに対し期間Yを短くし過ぎると、上述したように、圧縮によって一旦増大した筒内圧が急減することによるポンピングロスが発生するため、期間Xと期間Yとの差は、10°CA以内に留めることが望ましい。   Further, in the above-described embodiment, the exhaust gas is exhausted from the period X from the closing timing of the exhaust valve 12 that opens during the exhaust stroke to the exhaust top dead center and the opening timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 that opens during the intake stroke. The period Y to the top dead center (or the period Y from the opening timing of the intake valve 11 alone to the exhaust top dead center when the exhaust valve 12 does not open during the intake stroke) is set to be substantially the same. Therefore, it is preferable that the period X is slightly longer than the period Y. That is, there is a slight time lag from when the intake valve 11 or the exhaust valve 12 starts to open during the intake stroke until the fresh air or burned gas actually flows into the cylinder. If so, it is assumed that the in-cylinder pressure temporarily temporarily decreases due to the time lag and a pumping loss occurs. Therefore, if X> Y is set and the intake valve 11 or the exhaust valve 12 starts to open somewhat earlier, the occurrence of the pumping loss as described above can be avoided. However, if the period Y is made too short with respect to the period X, as described above, a pumping loss due to a sudden decrease in the in-cylinder pressure once increased due to compression occurs, so the difference between the period X and the period Y is 10 °. It is desirable to stay within CA.

また、上記実施形態では、吸気弁11および排気弁12を各気筒2につき2つずつ設けたが、吸排気弁11,12の数はこれに限られず、吸排気弁11,12の少なくとも一方を3つに増やしてもよい。例えば、排気弁12の数を1気筒あたり3つにした場合には、HCCI領域R内の中負荷域R2において、吸気行程中に開弁する排気弁12の数を、負荷の増大に応じて3→2→1→0というように減少させればよく、このようにすることで、より細やかに新気量およびEGRガスの量を調節することができる。   In the above embodiment, two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided for each cylinder 2. However, the number of intake / exhaust valves 11, 12 is not limited to this, and at least one of the intake / exhaust valves 11, 12 is provided. You may increase to three. For example, when the number of exhaust valves 12 is three per cylinder, the number of exhaust valves 12 that are opened during the intake stroke in the medium load region R2 in the HCCI region R is increased according to the increase in load. What is necessary is just to reduce it like 3-> 2-> 1-> 0, and by doing in this way, the amount of fresh air and the amount of EGR gas can be adjusted more finely.

11 吸気弁
12 排気弁
15,17 VVT(タイミング可変機構)
16 VVL(吸気側開閉切替機構)
18 VVL(排気側開閉切替機構)
44 バルブ制御手段
R HCCI領域
R1 中負荷域
R2a 第1中負荷域
R2b 第2中負荷域
R2c 第3中負荷域
R3 高負荷域
11 Intake valve 12 Exhaust valve 15, 17 VVT (variable timing mechanism)
16 VVL (Intake side open / close switching mechanism)
18 VVL ( exhaust side open / close switching mechanism)
44 Valve control means R HCCI region R1 Low and medium load region
R2a First medium load range
R2b Second medium load range
R2c Third medium load range R3 High load range

Claims (3)

1気筒あたり2つの吸気弁および2つの排気弁を備えるとともに、これら吸気弁および排気弁の動作タイミングを可変的に設定するタイミング可変機構と、上記吸気弁が吸気行程中に開弁する動作の有無を切り替え可能な吸気側開閉切替機構と、上記排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な排気側開閉切替機構と、上記タイミング可変機構、吸気側開閉切替機構、および排気側開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたHCCI領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置であって、
上記HCCI領域が、相対的に負荷の低い低負荷域と、低負荷域よりも負荷の高い第1中負荷域と、第1中負荷域よりも負荷の高い第2中負荷域と、第2中負荷域よりも負荷の高い第3中負荷域と、第3中負荷域よりも負荷の高い高負荷域とを含む複数の負荷域に分割され、
上記バルブ制御手段は、
上記HCCI領域内の低負荷域で、各気筒における1つの吸気弁と2つの排気弁とを吸気行程中に開き始め、かつ、これら吸気弁および排気弁の開時期と、排気行程中に開弁する上記排気弁の閉時期とを、排気上死点を挟んで所定期間離れた時期に設定することにより、吸気弁および排気弁の双方が閉じるネガティブオーバーラップ期間を形成し、
上記HCCI領域内の第1中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁および排気弁の数をともに2つにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、
上記HCCI領域内の第2中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数を1つにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、
上記HCCI領域内の第3中負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにするとともに、上記ネガティブオーバーラップ期間を形成し、
上記HCCI領域内の高負荷域で、吸気行程中に開弁する吸気弁の数を2つに、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにするとともに、負荷の増大に応じて、排気行程中に開弁する排気弁の閉時期と、吸気行程中に開弁する吸気弁の開時期とを、ともに排気上死点に近づく方向に変化させることにより、上記ネガティブオーバーラップ期間を徐々に短縮することを特徴とするエンジンの制御装置。
A timing variable mechanism that includes two intake valves and two exhaust valves per cylinder, and that variably sets operation timings of the intake valves and the exhaust valves, and an operation in which the intake valves are opened during the intake stroke. an intake on-off switching mechanism that can switch whether the exhaust-side opening and closing the switching mechanism capable of switching whether to open or to open, or only in the exhaust stroke in the intake stroke as well exhaust stroke the exhaust valve, Valve control means for controlling the intake valve and exhaust valve opening / closing operation by driving the variable timing mechanism , the intake side opening / closing switching mechanism, and the exhaust side opening / closing switching mechanism, and at least in an operation region including a partial load region of the engine. An engine control device configured to cause compression self-ignition combustion in a set HCCI region,
The HCCI region includes a low load region having a relatively low load, a first medium load region having a higher load than the low load region, a second medium load region having a higher load than the first medium load region, and a second Divided into a plurality of load areas including a third medium load area having a higher load than the medium load area and a high load area having a higher load than the third medium load area ;
The valve control means is
In the low load region in the HCCI region, one intake valve and two exhaust valves in each cylinder begin to open during the intake stroke, and the intake valve and exhaust valve open timing and open during the exhaust stroke By setting the closing timing of the exhaust valve to be a time separated by a predetermined period across the exhaust top dead center, a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed is formed ,
In the first medium load region in the HCCI region, the number of intake valves and exhaust valves that are opened during the intake stroke is both two, and the negative overlap period is formed,
In the second medium load region in the HCCI region, the number of intake valves that are opened during the intake stroke is two, the number of exhaust valves that are opened during the intake stroke is one, and the negative overlap Forming period,
In the third medium load region in the HCCI region, the number of intake valves opened during the intake stroke is set to two, the number of exhaust valves opened during the intake stroke is set to zero, and the negative overlap period Form the
In the high load region in the HCCI region, the number of intake valves that are opened during the intake stroke is set to two, the number of exhaust valves that are opened during the intake stroke is set to zero, and the load is increased, By gradually changing the closing timing of the exhaust valve that opens during the exhaust stroke and the opening timing of the intake valve that opens during the intake stroke in a direction approaching the exhaust top dead center, the negative overlap period is gradually increased. An engine control device characterized in that it is shortened .
請求項1記載のエンジンの制御装置において、
上記HCCI領域内の低負荷域および第1、第2、第3中負荷域では、排気行程中に開弁する排気弁の閉時期から排気上死点までの期間と、吸気行程中に開弁する吸気弁および排気弁のうち早い方の開時期から排気上死点までの期間とが、略同一に設定されることを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control device according to claim 1 ,
In the low load region and the first, second, and third medium load regions in the HCCI region, the period from the closing timing of the exhaust valve that opens during the exhaust stroke to the exhaust top dead center, and the valve that opens during the intake stroke An engine control device characterized in that a period from an earlier opening timing to an exhaust top dead center of the intake valve and the exhaust valve to be set is set to be substantially the same.
請求項1または2記載のエンジンの制御装置において、
上記エンジンの幾何学的圧縮比が15以上22以下に設定されたことを特徴とするエンジンの制御装置。
The engine control apparatus according to claim 1 or 2 ,
An engine control device, wherein a geometric compression ratio of the engine is set to 15 or more and 22 or less.
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