JP5589956B2 - Compression ignition gasoline engine - Google Patents

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Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式ガソリンエンジンに関する。   The technology disclosed herein relates to a compression ignition gasoline engine.

排気エミッションの向上と熱効率の向上とを両立させる技術として、リーンな混合気を圧縮着火させる圧縮着火式のガソリンエンジンが知られている。例えば特許文献1には、この圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、気筒内温度を高めて圧縮着火を安定化させるために、吸気行程中に排気弁を再開弁させることによって比較的高温の既燃ガスを気筒内に導入する技術が記載されている。   A compression ignition type gasoline engine that compresses and ignites a lean air-fuel mixture is known as a technology that achieves both improved exhaust emission and improved thermal efficiency. For example, Patent Document 1 discloses that in this compression ignition type gasoline engine, in order to stabilize the compression ignition by increasing the in-cylinder temperature, the exhaust valve is restarted during the intake stroke so that a relatively high temperature burned gas is generated. A technique to be introduced into the cylinder is described.

一方、エンジン負荷が高くなるにつれて、圧縮着火燃焼は、圧力上昇の激しい過早着火の燃焼となってしまう。そのため、燃焼騒音の増大やノッキング等の異常燃焼の発生を招くと共に、高い燃焼温度に起因するRaw NOxの増大を招く。そこで、例えば特許文献2には、圧縮着火燃焼は、低負荷側の運転領域のみに限定し、高負荷側の運転領域では、点火プラグの駆動による火花点火燃焼を行うガソリンエンジンが記載されている。さらに、例えば特許文献3には、圧縮着火燃焼から火花点火燃焼への切替時には、気筒内温度が高すぎてノッキングが生じやすいことから、空燃比を一時的にリッチに設定することによってノッキングを回避する技術が記載されている。   On the other hand, as the engine load increases, the compression ignition combustion becomes premature ignition combustion in which the pressure rises rapidly. As a result, combustion noise increases and abnormal combustion such as knocking occurs, and Raw NOx increases due to a high combustion temperature. Thus, for example, Patent Literature 2 describes a gasoline engine that performs compression ignition combustion only in a low load side operation region and performs spark ignition combustion by driving a spark plug in a high load side operation region. . Further, for example, in Patent Document 3, when switching from compression ignition combustion to spark ignition combustion, knocking is avoided by temporarily setting the air-fuel ratio to be rich because the cylinder temperature is too high and knocking is likely to occur. The technology to do is described.

特開2007−132319号公報JP 2007-132319 A 特開2007−154859号公報JP 2007-154859 A 特開2009−91994号公報JP 2009-91994 A

前述したように圧縮着火燃焼においては、特に低負荷域において安定燃焼が求められるため、気筒内温度を高めることが好ましい。一方で、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼との切り替えを行う場合、火花点火燃焼時の高すぎる気筒内温度はノッキング(つまり、プリイグニッション)を招く。   As described above, in compression ignition combustion, since stable combustion is required particularly in a low load region, it is preferable to increase the in-cylinder temperature. On the other hand, when switching between compression ignition combustion and spark ignition combustion, the cylinder temperature that is too high during spark ignition combustion causes knocking (that is, pre-ignition).

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮着火燃焼を実行する圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、圧縮着火燃焼の安定化を図ることにある。   The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to stabilize compression ignition combustion in a compression ignition gasoline engine that performs compression ignition combustion.

具体的に、ここに開示する圧縮着火式ガソリンエンジンは、少なくともガソリンを含有する燃料が気筒内に供給されるよう構成されたエンジン本体と、吸気弁及び排気弁の開弁動作を少なくとも制御するように構成された制御器と、を備え、前記制御器は、前記エンジン本体が少なくとも暖機後でかつ、その運転状態が所定の低負荷域にあるときには、吸気行程中に排気弁を開弁することによって前記気筒内に既燃ガスを導入すると共に、前記気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火モードとし、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火モードよりも負荷の高い領域にあるときには、前記気筒内への既燃ガスの導入が実質的に中止されるように、前記吸気行程中の前記排気弁の開弁動作を停止した状態で、前記エンジン本体を運転する。   Specifically, the compression ignition type gasoline engine disclosed herein controls at least the opening operation of the engine body configured to supply fuel containing at least gasoline into the cylinder, and the intake valve and the exhaust valve. And the controller opens the exhaust valve during the intake stroke when the engine body is at least warmed up and its operating state is in a predetermined low load range. Thus, while introducing the burned gas into the cylinder, the compression ignition mode in which the air-fuel mixture in the cylinder is compressed and ignited, and when the operating state of the engine body is in a higher load region than the compression ignition mode, The engine body is operated with the valve opening operation of the exhaust valve stopped during the intake stroke so that introduction of burned gas into the cylinder is substantially stopped.

そうして、前記気筒に連通する吸気ポート及び排気ポートの内、少なくとも前記圧縮着火モード時に前記吸気行程中に開弁する前記排気弁が配置されているポートには、前記気筒内に向かって当該ポートを通過するガスを加熱する加熱手段を設ける。   Then, among the intake port and the exhaust port communicating with the cylinder, at least the port where the exhaust valve that opens during the intake stroke in the compression ignition mode is arranged is directed toward the inside of the cylinder. A heating means for heating the gas passing through the port is provided.

ここで、「圧縮着火モード時に吸気行程中に開弁する排気弁が配置されているポート」とは、1つの気筒に対し排気弁が複数、設けられているときであって、吸気行程中に開弁する排気弁が、その内のいずれかであるとき、具体例として排気弁が二弁であって、そのうちの一つの排気弁のみが吸気行程中に開弁するときには、当該一つの排気弁が配置されているポートとなる。つまり、排気ポートの全てに加熱手段が設けられるとは限らない。   Here, “a port where an exhaust valve that opens during the intake stroke in the compression ignition mode” is provided when a plurality of exhaust valves are provided for one cylinder, and during the intake stroke. When the exhaust valve to be opened is one of them, as a specific example, there are two exhaust valves, and when only one of the exhaust valves opens during the intake stroke, the one exhaust valve Is the port where is located. That is, not all exhaust ports are provided with heating means.

また、「気筒内への既燃ガスの導入が実質的に中止されるように、吸気行程中の排気弁の開弁動作を停止」するとは、吸気行程中に排気弁が閉弁していることだけでなく、既燃ガスの気筒内への導入が実質的に中止されるのであれば、吸気行程中に排気弁が若干開弁していることも含む。   “To stop the opening of the exhaust valve during the intake stroke so that the introduction of burned gas into the cylinder is substantially stopped” means that the exhaust valve is closed during the intake stroke. In addition to this, if the introduction of burned gas into the cylinder is substantially stopped, this includes that the exhaust valve is slightly opened during the intake stroke.

先ず、エンジン本体の運転状態が、所定の低負荷域にあるときには、圧縮着火燃焼を実行する圧縮着火モードとする。圧縮着火燃焼は、排気エミッションの向上と熱効率の向上との両立に有利である。尚、圧縮着火モードでは、理論空燃比よりもリーンで、エンジン本体を運転すればよい。圧縮着火モードでは、吸気行程中に排気弁を開弁することによって前記気筒内に、比較的高温の既燃ガスを導入する。つまり、内部EGR制御の実行によって圧縮端温度を高めることにより、圧縮着火燃焼が安定化する。また、エンジン本体の運転領域が、圧縮着火モードよりも負荷の高い領域にあるときには、吸気行程中の排気弁の開弁動作を停止し、このことにより、既燃ガスの導入を実質的に中止する。こうすることで、相対的に負荷の高い領域において気筒内温度が高くなりすぎることが回避されて、ノッキングの回避に有利になる。   First, when the operating state of the engine body is in a predetermined low load region, the compression ignition mode is executed in which compression ignition combustion is executed. Compression ignition combustion is advantageous for improving both exhaust emission and thermal efficiency. In the compression ignition mode, the engine body may be operated with leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In the compression ignition mode, a relatively high temperature burned gas is introduced into the cylinder by opening the exhaust valve during the intake stroke. That is, the compression ignition combustion is stabilized by increasing the compression end temperature by executing the internal EGR control. In addition, when the engine operating region is in a region where the load is higher than in the compression ignition mode, the opening operation of the exhaust valve during the intake stroke is stopped, thereby substantially stopping the introduction of burned gas. To do. By doing so, it is avoided that the in-cylinder temperature becomes too high in a relatively high load region, which is advantageous in avoiding knocking.

そうして、排気ポート、又は、吸気及び排気ポートには、気筒内に向かってポートを通過するガスを加熱する加熱手段が設けられている。排気ポートに設けられている加熱手段は、吸気行程時に排気弁が開弁したときに、気筒内に導入される既燃ガスを加熱して、それを昇温する。一方、加熱手段が吸気ポートに設けられているときは、吸気行程時に気筒に導入される空気が加熱されて昇温する。その結果、圧縮着火モードにおいては気筒内温度が高まり、圧縮着火燃焼が安定化する。   Thus, the exhaust port or the intake and exhaust ports are provided with heating means for heating the gas passing through the ports toward the inside of the cylinder. The heating means provided in the exhaust port heats the burned gas introduced into the cylinder and raises the temperature when the exhaust valve opens during the intake stroke. On the other hand, when the heating means is provided in the intake port, the air introduced into the cylinder during the intake stroke is heated to raise the temperature. As a result, in the compression ignition mode, the in-cylinder temperature is increased and the compression ignition combustion is stabilized.

ここで、排気ポートに設けられている加熱手段は、前述したように、吸気行程時に排気弁が開弁したときに気筒内に導入される既燃ガスを加熱して昇温する一方、相対的に負荷の高い運転領域では、吸気行程時の排気弁の開弁動作を停止して既燃ガスの導入を実質的に中止するため、気筒内温度を上昇させない。このことは、相対的に負荷の高い運転領域において気筒内温度が高くなりすぎることを回避する上で有利である。   Here, as described above, the heating means provided in the exhaust port heats the burned gas introduced into the cylinder when the exhaust valve is opened during the intake stroke and raises the temperature. In an operation region where the load is high, the opening operation of the exhaust valve during the intake stroke is stopped and the introduction of burned gas is substantially stopped, so that the in-cylinder temperature is not increased. This is advantageous in avoiding that the temperature in the cylinder becomes too high in the operation region where the load is relatively high.

一方、吸気ポートに加熱手段が設けられているときには、相対的に負荷の高い運転領域では、当該加熱手段によって気筒内に導入される空気の昇温が行われないようにすることが望ましい。   On the other hand, when the heating means is provided in the intake port, it is desirable that the temperature of the air introduced into the cylinder is not increased by the heating means in the operation region where the load is relatively high.

そのために、前記加熱手段は、前記吸気ポート及び排気ポートの内、前記排気ポートにのみ設けられている、としてもよい。   Therefore, the heating means may be provided only in the exhaust port among the intake port and the exhaust port.

こうすることで、吸気ポートに加熱手段が設けられないため、相対的に負荷の高い運転領域において、気筒内に導入される空気(つまり、新気)の昇温は行われない。一方、排気ポートに設けられた加熱手段は、相対的に負荷の高い運転領域では、吸気行程時の排気弁の開弁動作を停止するため、気筒内温度は上昇しない。   In this way, since no heating means is provided at the intake port, the temperature of the air introduced into the cylinder (that is, fresh air) is not increased in the operation region where the load is relatively high. On the other hand, the heating means provided at the exhaust port stops the opening operation of the exhaust valve during the intake stroke in an operation region where the load is relatively high, so the in-cylinder temperature does not increase.

特に吸気ポートに加熱手段を設けた場合、圧縮着火モードでは、加熱手段によって空気を加熱する一方で、その圧縮着火モードから相対的に負荷の高い運転領域に移行した直後は、加熱手段への、例えば通電を停止して加熱を停止しても、加熱手段の余熱によって気筒内に導入する空気を昇温してしまう場合がある。これに対し、吸気ポートに加熱手段が設けない構成は、余熱による導入空気の昇温が確実に回避される。従って、排気ポートにのみ加熱手段を設ける構成は、相対的に負荷の高い運転領域におけるノッキングの回避を、より確実にする上で有利になる。   In particular, when the heating means is provided in the intake port, in the compression ignition mode, while the air is heated by the heating means, immediately after shifting from the compression ignition mode to the operation region with a relatively high load, to the heating means, For example, even if energization is stopped and heating is stopped, the temperature of the air introduced into the cylinder may increase due to the residual heat of the heating means. On the other hand, in the configuration in which the heating means is not provided in the intake port, the temperature rise of the introduced air due to residual heat is reliably avoided. Therefore, the configuration in which the heating means is provided only at the exhaust port is advantageous in making it more reliable to avoid knocking in the operation region where the load is relatively high.

前記の構成において、前記加熱手段は、前記制御器により作動及び非作動が切り替えられる発熱体を含んでおり、前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記負荷の高い領域にあるときには、前記発熱体の作動を停止する。 In the above configuration, the heating means includes a heating element that is switched between operation and non-operation by the controller, and the controller is configured such that when the operating state of the engine body is in the high load region, It stops the operation of the heating element.

加熱手段が発熱体を含むことによって、気筒内に導入されるガスを効率的に昇温することが可能になり、圧縮端温度がより確実に上昇する。このことは、圧縮着火燃焼の安定化に有利である。一方、エンジン本体の運転状態が、相対的に負荷の高い領域にあるときには、発熱体の作動を停止する。このことにより、気筒内温度が高くなりすぎることが回避される。また、排気ポートに加熱手段を設けた構成においては、前述したように吸気行程時の排気弁の開弁を停止して、既燃ガスが気筒内に導入されることを禁止するため、仮に発熱体を作動させていても気筒内の温度は上昇しないものの、発熱体の作動を停止することは、エネルギーロスの低減に有利になり、ひいては燃費の向上に有利になる。   When the heating means includes the heating element, the gas introduced into the cylinder can be efficiently heated, and the compression end temperature is more reliably increased. This is advantageous for stabilization of compression ignition combustion. On the other hand, when the operating state of the engine body is in a relatively high load region, the operation of the heating element is stopped. This avoids an excessive increase in the cylinder temperature. Further, in the configuration in which the heating means is provided in the exhaust port, as described above, the exhaust valve is stopped during the intake stroke, and the burned gas is prohibited from being introduced into the cylinder. Even if the body is operated, the temperature in the cylinder does not rise, but stopping the operation of the heating element is advantageous in reducing energy loss and, in turn, in improving fuel efficiency.

前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が少なくとも全開負荷域にあるときには、点火プラグの駆動によって前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードとすると共に、その点火時期を、膨張行程において燃焼が開始するように遅角させる、としてもよい。これにより、少なくとも全開負荷域ではノッキングを回避しながら高トルクが確保される。   The controller sets a spark ignition mode in which an air-fuel mixture in the cylinder is ignited by driving an ignition plug when the operating state of the engine body is at least in a fully open load region, and the ignition timing is burned in an expansion stroke. It is also possible to retard the angle so as to start. Thereby, a high torque is ensured while avoiding knocking at least in the fully open load region.

前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火モードの負荷領域に隣接する中負荷域にあるときには、前記気筒内への既燃ガスの導入が実質的に中止されるように、前記吸気行程中の前記排気弁の開弁動作を停止した状態で、前記気筒内の混合気を圧縮着火させる、としてもよい。   The controller is configured so that the introduction of burned gas into the cylinder is substantially stopped when the operating state of the engine body is in a medium load region adjacent to the load region in the compression ignition mode. The air-fuel mixture in the cylinder may be compressed and ignited with the valve opening operation of the exhaust valve being stopped during the intake stroke.

このことにより、エンジン負荷が高くなるにつれて、圧縮着火燃焼は、圧力上昇の激しい過早着火の燃焼となってしまうものの、エンジンの中負荷域においては、吸気行程中の排気弁の開弁動作を停止して気筒内温度が高くなることを抑制することにより、過早着火を回避しつつ、圧縮着火燃焼が可能になる。従って、圧縮着火モードの領域が、その分、高負荷側に拡大することになり、排気エミッションの向上と熱効率の向上とに有利になる。尚、この負荷領域では、排気側と吸気側とをつなぐEGR通路を介して既燃ガスを還流させることによって、相対的に低温の既燃ガスを気筒内に導入させる外部EGR制御を実行してもよい。   As a result, as the engine load increases, the compression ignition combustion becomes the combustion of premature ignition with a severe pressure rise, but in the middle load region of the engine, the exhaust valve opening operation during the intake stroke is performed. By suppressing the increase in the in-cylinder temperature by stopping, compression ignition combustion becomes possible while avoiding premature ignition. Therefore, the compression ignition mode region is expanded correspondingly to the high load side, which is advantageous for improving exhaust emission and improving thermal efficiency. In this load region, external EGR control is performed to introduce the relatively low-temperature burned gas into the cylinder by recirculating the burned gas through the EGR passage connecting the exhaust side and the intake side. Also good.

前記加熱手段は、蓄熱材を含む、としてもよい。こうすることで、特に排気ポートに設けた加熱手段は、既燃ガスが気筒内から排出されるときに、蓄熱材が吸熱を行う一方、既燃ガスが気筒内に導入されるときに、蓄熱材が放熱を行って、既燃ガスを昇温する。つまり、気筒内から吸気ポートに一旦排出された既燃ガスが、気筒内に再導入されるまでの間に既燃ガスの温度が若干低下するものの、蓄熱材によって、排出直後の既燃ガスの熱を有効に利用することが可能になる。このことは、気筒内温度を高めるために必要な追加のエネルギを可及的に少なく、又は、追加のエネルギを不要にする。   The heating means may include a heat storage material. In this way, the heating means provided in the exhaust port in particular allows the heat storage material to absorb heat when the burned gas is exhausted from the cylinder while the heat storage material stores heat when the burned gas is introduced into the cylinder. The material dissipates heat and raises the temperature of the burned gas. In other words, although the temperature of the burned gas once discharged from the cylinder to the intake port is slightly lowered until it is reintroduced into the cylinder, Heat can be used effectively. This reduces the additional energy required to increase the in-cylinder temperature as much as possible or eliminates the need for additional energy.

前記加熱手段は、前記ポートのスロートに設けられている、としてもよい。スロートは、ガス流速が最も高い箇所であるため、ここに加熱手段を配置することは、高い熱伝達率が得られ、ガスを効率的に昇温することを可能にする。また、前述した蓄熱材を含む加熱手段を排気ポートのスロートに設けることは、ここを通過する既燃ガスに対する吸熱効率及び放熱効率をそれぞれ高めるから、気筒内の温度上昇に必要なエネルギを、より一層、少なくする。また、熱源が燃焼室内に露出しないため、ノッキングの回避にも有利になる。   The heating means may be provided at a throat of the port. Since the throat is the place where the gas flow rate is the highest, disposing the heating means here can provide a high heat transfer coefficient and efficiently raise the temperature of the gas. In addition, providing the heating means including the above-described heat storage material at the throat of the exhaust port increases the heat absorption efficiency and the heat dissipation efficiency for the burned gas that passes through the throat. Make it even less. Further, since the heat source is not exposed in the combustion chamber, it is advantageous for avoiding knocking.

以上説明したように、この圧縮着火式ガソリンエンジンは、少なくとも圧縮着火モード時に吸気行程中に開弁する排気弁が配置されているポートに加熱手段を設けることによって、圧縮着火モード時には、気筒内に導入されるガスを加熱して昇温することになり、気筒内温度をより高めることが可能になるから、圧縮着火燃焼を安定化させる一方、圧縮着火モードよりも負荷の高い領域では、吸気行程中の排気弁の開弁動作を停止して気筒内への既燃ガスの導入を実質的に中止することで、気筒内温度が高くなりすぎることを回避して、ノッキングの回避に有利になる。   As described above, this compression ignition type gasoline engine is provided with a heating means at least in a port where an exhaust valve that opens during the intake stroke in the compression ignition mode is provided. Since the temperature of the introduced gas is increased by heating the cylinder, it is possible to increase the temperature in the cylinder, so that the compression ignition combustion is stabilized, while in the region where the load is higher than the compression ignition mode, the intake stroke By stopping the opening operation of the exhaust valve inside and substantially stopping the introduction of the burned gas into the cylinder, it is advantageous for avoiding knocking by avoiding that the temperature in the cylinder becomes too high. .

火花点火式ガソリンエンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a spark ignition type gasoline engine. 火花点火式ガソリンエンジンの制御に係るブロック図である。It is a block diagram concerning control of a spark ignition type gasoline engine. エンジンの運転領域を例示する図である。It is a figure which illustrates the operating area of an engine. 高圧リタード噴射によるSI燃焼の状態と、従来のSI燃焼の状態とを比較する図である。It is a figure which compares the state of SI combustion by a high pressure retarded injection, and the state of conventional SI combustion. エンジンの負荷の相違に対する、吸気弁及び排気弁の動作の相違と、点火タイミング及び噴射タイミングの相違とを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the difference in operation | movement of an intake valve and an exhaust valve with respect to the difference in an engine load, and the difference in an ignition timing and an injection timing. 低負荷域において吸気弁の制御により内部EGR量の制御を行いかつ、高負荷域において外部EGRを利用する場合の、(a)混合気充填量、(b)スロットル弁開度、(c)EGR弁開度、(d)排気弁の二度開きの閉弁タイミング、(e)吸気弁の開弁タイミング、(f)吸気弁の閉弁タイミング、(g)吸気弁のリフト量、の変化の一例をそれぞれ示す図である。(A) Mixture filling amount, (b) Throttle valve opening, (c) EGR when the internal EGR amount is controlled by controlling the intake valve in the low load region and the external EGR is used in the high load region Change in valve opening, (d) closing timing of exhaust valve opening twice, (e) opening timing of intake valve, (f) closing timing of intake valve, (g) lift amount of intake valve It is a figure which shows an example, respectively. 低負荷域において内部EGR量の制御を行いかつ、高負荷域において外部EGRを利用する場合の、(a)混合気充填量、(b)G/F、(c)外部EGR率、(d)噴射タイミング、(e)燃料圧力、(f)噴射パルス幅、(g)点火タイミングの変化の一例をそれぞれ示す図である。(A) Mixture filling amount, (b) G / F, (c) External EGR rate, (d) when controlling the internal EGR amount in the low load range and using the external EGR in the high load range It is a figure which shows an example of the change of injection timing, (e) fuel pressure, (f) injection pulse width, and (g) ignition timing, respectively. エンジンの吸気ポート及び排気ポート付近を拡大して示す断面図(図9のVIII−VIII断面図)である。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view (sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 9) showing the vicinity of an intake port and an exhaust port of the engine. 排気ポートに設けられたヒータの構成を示す平面説明図である。It is plane explanatory drawing which shows the structure of the heater provided in the exhaust port. 吸気弁及び排気弁のリフトカーブの一例と、そのときの既燃ガスの流動を説明する図である。It is a figure explaining an example of the lift curve of an intake valve and an exhaust valve, and the flow of burned gas at that time. 図9とは異なる構成のヒータを示す図9対応図である。FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 9 illustrating a heater having a configuration different from that of FIG. 9.

以下、火花点火式ガソリンエンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。図1,2は、エンジン(エンジン本体)1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18(一つのみ図示)が設けられたシリンダブロック11と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、リエントラント形のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述する直噴インジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を区画する。尚、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。   Hereinafter, an embodiment of a control device for a spark ignition gasoline engine will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is exemplary. 1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1. The engine 1 is a spark ignition gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with fuel containing at least gasoline. The engine 1 is provided with a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (only one shown), a cylinder head 12 provided on the cylinder block 11, and a cylinder block 11 below the cylinder block 11. And an oil pan 13 in which oil is stored. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. A cavity 141 having a reentrant shape is formed on the top surface of the piston 14. The cavity 141 faces a direct injection injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18, and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber 19. The shape of the combustion chamber 19 is not limited to the illustrated shape. For example, the shape of the cavity 141, the top surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber 19, and the like can be changed as appropriate.

このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、14以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は14以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。   The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 14 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency, stabilizing the compression ignition combustion described later, and the like. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 14-20.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。   The cylinder head 12 is provided with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 have an intake valve 21 and an exhaust for opening and closing the opening on the combustion chamber 19 side. Each valve 22 is disposed.

吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁22の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構(図2参照。以下、VVL(Variable Valve Lift)と称する)71が設けられている。VVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第1カムとカム山を二つ有する第2カムとの、カムプロファイルの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動する(図5(b)(c)(d)参照)のに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する(図5(a)参照)。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部EGRの実行は、排気の二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁21を二回開く、吸気の二度開きによって内部EGR制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁21及び排気弁22の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒18内に残留させる内部EGR制御を行ってもよい。   Among the valve systems that drive the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, on the exhaust side, the operation mode of the exhaust valve 22 is switched between a normal mode and a special mode, for example, a hydraulically operated variable mechanism (see FIG. 2). Hereinafter, a VVL (Variable Valve Lift) 71 is provided. Although the VVL 71 is not shown in detail in its configuration, two types of cams having different cam profiles, a first cam having one cam crest and a second cam having two cam crests, and its first And a lost motion mechanism that selectively transmits an operating state of one of the second cams to the exhaust valve. When the operating state of the first cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 operates in a normal mode in which the valve is opened only once during the exhaust stroke (see FIGS. 5B, 5C, and 5D). On the other hand, when the operating state of the second cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 opens during the exhaust stroke and also opens during the intake stroke. It operates in a special mode that opens twice (see FIG. 5A). The normal mode and the special mode of the VVL 71 are switched according to the operating state of the engine. Specifically, the special mode is used in the control related to the internal EGR. In order to enable switching between the normal mode and the special mode, an electromagnetically driven valve system that drives the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed. Also, the execution of internal EGR is not realized only by opening the exhaust twice. For example, the internal EGR control may be performed by opening the intake valve 21 twice or by opening the intake valve twice, or by providing a negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed in the exhaust stroke or the intake stroke. Internal EGR control that causes the fuel gas to remain in the cylinder 18 may be performed.

VVL71を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図2に示すように、クランクシャフト15に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable Valve Timing)と称する)72と、吸気弁21のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構(以下、CVVL(Continuously Variable Valve Lift)と称する)73とが設けられている。VVT72は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。また、CVVL73も、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。VVT72及びCVVL73によって、吸気弁21は、図5(a)〜(d)に示すように、その開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。   As shown in FIG. 2, the exhaust side valve system having the VVL 71 is arranged on the intake side as shown in FIG. 2. 72) and a lift variable mechanism (hereinafter referred to as CVVL (Continuously Variable Valve Lift)) 73 capable of continuously changing the lift amount of the intake valve 21. . The VVT 72 may employ a hydraulic, electromagnetic, or mechanical structure as appropriate, and illustration of the detailed structure is omitted. The CVVL 73 can also adopt various known structures as appropriate, and the detailed structure is not shown. With the VVT 72 and the CVVL 73, the intake valve 21 can change its valve opening timing, valve closing timing, and lift amount, as shown in FIGS.

シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ67と、吸気ポート16内に燃料を噴射するポートインジェクタ68とがそれぞれ取り付けられている。   Further, for each cylinder 18, a direct injection injector 67 that directly injects fuel into the cylinder 18 and a port injector 68 that injects fuel into the intake port 16 are attached to the cylinder head 12.

直噴インジェクタ67は、図8に拡大して示すように、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されている。直噴インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じた噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、直噴インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、直噴インジェクタ67は、燃料噴霧が放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動することにより、後述する点火プラグ25の周囲に到達するようになる。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、点火プラグ25の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、直噴インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを、直噴インジェクタに採用してもよい。   As shown in an enlarged view in FIG. 8, the direct injection injector 67 is disposed such that its injection hole faces the inside of the combustion chamber 19 from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber 19. The direct injection injector 67 directly injects an amount of fuel into the combustion chamber 19 at an injection timing according to the operating state of the engine 1 and according to the operating state of the engine 1. In this example, the direct injection injector 67 is a multi-injector type injector having a plurality of injection holes, although detailed illustration is omitted. Thereby, the direct injection injector 67 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially. At the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber 19 flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the top surface of the piston. As a result, it reaches around the spark plug 25 described later. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. The combination of the multi-hole injector 67 and the cavity 141 is advantageous in that it shortens the time until the fuel spray reaches around the spark plug 25 after fuel injection and shortens the combustion period. is there. In addition, the direct injection injector 67 is not limited to a multi-injection type injector, and an external valve-opening type injector may be adopted as the direct injection injector.

ポートインジェクタ68は、図1に示すように、吸気ポート16乃至吸気ポート16に連通する独立通路に臨んで配置されかつ、吸気ポート16内に燃料を噴射する。ポートインジェクタ68は、一つの気筒18に対して一つ設けてもよいし、一つの気筒18に対し二つの吸気ポート16が設けられているのであれば、二つの吸気ポート16のそれぞれに設けてもよい。ポートインジェクタ68の形式は特定の形式に限定されるものではなく、種々の形式のインジェクタを、適宜採用することが可能である。   As shown in FIG. 1, the port injector 68 is arranged facing an independent passage communicating with the intake port 16 to the intake port 16 and injects fuel into the intake port 16. One port injector 68 may be provided for each cylinder 18, and if two intake ports 16 are provided for one cylinder 18, the port injector 68 is provided for each of the two intake ports 16. Also good. The format of the port injector 68 is not limited to a specific format, and various types of injectors can be appropriately employed.

図外の燃料タンクと直噴インジェクタ67との間は、高圧燃料供給経路によって互いに連結されている。この高圧燃料供給経路上には、高圧燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、直噴インジェクタ67に、相対的に高い燃料圧力で燃料を供給する高圧燃料供給システム62が介設されている。高圧燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。直噴インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料が直噴インジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、高圧燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、例えばクランク軸とカム軸との間のタイミングベルトに連結されることにより、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の高圧燃料供給システム62は、40MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、直噴インジェクタ67に供給することを可能にする。直噴インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン1の運転状態に応じて変更される。尚、高圧燃料供給システム62は、これに限定されるものではない。   The fuel tank (not shown) and the direct injection injector 67 are connected to each other by a high-pressure fuel supply path. A high-pressure fuel supply system 62 that includes a high-pressure fuel pump 63 and a common rail 64 and supplies fuel to the direct injection injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the high-pressure fuel supply path. The high-pressure fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 stores the pumped fuel at a high fuel pressure. When the direct injection injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the direct injection injector 67. Here, although not shown, the high-pressure fuel pump 63 is a plunger type pump, and is driven by the engine 1 by being connected to a timing belt between a crankshaft and a camshaft, for example. The high-pressure fuel supply system 62 configured to include this engine-driven pump makes it possible to supply fuel with a high fuel pressure of 40 MPa or more to the direct injection injector 67. The pressure of the fuel supplied to the direct injection injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1 as will be described later. The high-pressure fuel supply system 62 is not limited to this.

同様に、図外の燃料タンクとポートインジェクタ68との間は、低圧燃料供給経路によって互いに連結されている。この低圧燃料供給経路上には、ポートインジェクタ68に対し、相対的に低い燃料圧力の燃料を供給する低圧燃料供給システム66が介設されている。低圧燃料供給システム66は、詳細な図示は省略するが、電動又はエンジン駆動の低圧燃料ポンプとレギュレータとを備えており、所定圧力の燃料を、各ポートインジェクタ68に供給するように構成されている。ポートインジェクタ68は、吸気ポートに燃料を噴射するため、低圧燃料供給システム66が供給する燃料の圧力は、高圧燃料供給システム62が供給する燃料の圧力に比べて、低い圧力に設定されている。   Similarly, the fuel tank (not shown) and the port injector 68 are connected to each other by a low-pressure fuel supply path. On this low pressure fuel supply path, a low pressure fuel supply system 66 for supplying fuel with a relatively low fuel pressure to the port injector 68 is interposed. Although not shown in detail, the low-pressure fuel supply system 66 includes an electric or engine-driven low-pressure fuel pump and a regulator, and is configured to supply a predetermined pressure of fuel to each port injector 68. . Since the port injector 68 injects fuel into the intake port, the pressure of the fuel supplied by the low pressure fuel supply system 66 is set lower than the pressure of the fuel supplied by the high pressure fuel supply system 62.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室19内の混合気に点火する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。図8に示すように、点火プラグ25の先端は、燃焼室19の中央部分に配置された直噴インジェクタ67の先端近傍で、燃焼室19内に臨んで配置されている。   A spark plug 25 that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 is also attached to the cylinder head 12. The spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. As shown in FIG. 8, the tip of the spark plug 25 is disposed facing the combustion chamber 19 in the vicinity of the tip of the direct injection injector 67 disposed in the center portion of the combustion chamber 19.

エンジン1の一側面には、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。   An intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 19 of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、各気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 downstream of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク33との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ/ウォーマ34と、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36とが配設されている。吸気通路30にはまた、インタークーラ/ウォーマ34をバイパスするインタークーラバイパス通路35が接続されており、このインタークーラバイパス通路35には、当該通路35を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁351が配設されている。インタークーラバイパス弁351の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路35の通過流量とインタークーラ/ウォーマ34の通過流量との割合を調整することにより、気筒18に導入する新気の温度を調整する。   Between the air cleaner 31 and the surge tank 33 in the intake passage 30, a water-cooled intercooler / warmer 34 that cools or heats the air and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 are arranged. It is installed. An intercooler bypass passage 35 that bypasses the intercooler / warmer 34 is also connected to the intake passage 30. The intercooler bypass passage 35 is connected to an intercooler for adjusting the flow rate of air passing through the passage 35. A bypass valve 351 is provided. The temperature of fresh air introduced into the cylinder 18 is adjusted by adjusting the ratio between the flow rate of the intercooler bypass passage 35 and the flow rate of the intercooler / warmer 34 through the adjustment of the opening degree of the intercooler bypass valve 351.

排気通路40の上流側の部分は、各気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. . A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices for purifying harmful components in the exhaust gas. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case.

吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51と、EGRクーラ52をバイパスするためのEGRクーラバイパス通路53と、を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設され、EGRクーラバイパス通路53には、EGRクーラバイパス通路53を流通する排気ガスの流量を調整するためのEGRクーラバイパス弁531が配設されている。   A portion between the surge tank 33 and the throttle valve 36 in the intake passage 30 and a portion upstream of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40 are used for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected via a passage 50. The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed, and an EGR cooler bypass passage 53 for bypassing the EGR cooler 52. ing. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30, and the EGR cooler bypass passage 53 has a flow rate of exhaust gas flowing through the EGR cooler bypass passage 53. An EGR cooler bypass valve 531 for adjustment is provided.

このように構成されたエンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。   The engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. This PCM 10 constitutes a controller.

PCM10には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW16の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1及び新気の温度を検出する吸気温度センサSW2、インタークーラ/ウォーマ34の下流側に配置されかつ、インタークーラ/ウォーマ34を通過した後の新気の温度を検出する、第2吸気温度センサSW3、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアOセンサSW9、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダOセンサSW10、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13、吸気側及び排気側のカム角センサSW14,SW15、及び、高圧燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、直噴インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16である。 As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are input to the PCM 10. The various sensors include the following sensors. That is, the air flow sensor SW1 that detects the flow rate of fresh air, the intake air temperature sensor SW2 that detects the temperature of fresh air, the downstream side of the intercooler / warmer 34, and the intercooler / warmer 34 downstream of the air cleaner 31. A second intake air temperature sensor SW3 for detecting the temperature of fresh air after passing through the EGR gas temperature sensor SW4, which is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas. An intake port temperature sensor SW5 that is attached to the intake port 16 and detects the temperature of the intake air just before flowing into the cylinder 18, and an in-cylinder pressure sensor SW6 that is attached to the cylinder head 12 and detects the pressure in the cylinder 18. The exhaust passage 40 is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50, and the exhaust temperature and the exhaust respectively. Exhaust temperature sensor SW7 and exhaust pressure sensor SW8 for detecting a force, and is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, the linear O 2 sensor SW9, direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas The lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas, the water temperature sensor SW11 that detects the temperature of the engine coolant, the crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, and the vehicle An accelerator opening sensor SW13 for detecting an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown), intake side and exhaust side cam angle sensors SW14 and SW15, and a common rail 64 of the high pressure fuel supply system 62 are attached. Further, a fuel pressure sensor SW for detecting the fuel pressure supplied to the direct injection injector 67 16.

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて直噴インジェクタ67、ポートインジェクタ68、点火プラグ25、吸気弁側のVVT72及びCVVL73、排気弁側のVVL71、高圧燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、及びEGRクーラバイパス弁531)のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。   The PCM 10 performs various calculations based on these detection signals to determine the state of the engine 1 and the vehicle, and in response to this, the direct injection injector 67, the port injector 68, the spark plug 25, the VVT 72 on the intake valve side, Control signals are output to the actuators of the CVVL 73, the exhaust valve side VVL 71, the high-pressure fuel supply system 62, and various valves (throttle valve 36, intercooler bypass valve 351, EGR valve 511, and EGR cooler bypass valve 531). Thus, the PCM 10 operates the engine 1.

図3は、エンジン1の運転領域の一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッションの向上を目的として、エンジン1の暖機後は、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ25による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した火花点火燃焼に切り替える。従って、このエンジン1は、エンジン1の運転状態に応じて、圧縮着火燃焼を行うCI(Compression Ignition)モードと、火花点火燃焼を行うSI(Spark Ignition)モードとを切り替えるように構成されている。   FIG. 3 shows an example of the operation region of the engine 1. For the purpose of improving fuel efficiency and exhaust emission, the engine 1 is compressed and self-ignited without ignition by the spark plug 25 in a low load region where the engine load is relatively low after the engine 1 is warmed up. Compressed ignition combustion is performed by performing combustion. However, as the load on the engine 1 increases, in the compression ignition combustion, the combustion becomes too steep and causes problems such as combustion noise. Therefore, in the engine 1, in a high load region where the engine load is relatively high, the compression ignition combustion is stopped, and the engine 1 is switched to the spark ignition combustion using the spark plug 25. Therefore, the engine 1 is configured to switch between a CI (Compression Ignition) mode in which compression ignition combustion is performed and an SI (Spark Ignition) mode in which spark ignition combustion is performed according to the operating state of the engine 1.

詳しくは後述するが、CIモードでは基本的に、例えば吸気行程乃至圧縮行程中の、比較的早いタイミングで、直噴インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射することにより、比較的均質なリーン混合気を形成すると共に、その混合気を圧縮上死点付近において圧縮自己着火させる。このCIモードにおける相対的に負荷の低い領域では、気筒内温度を高めて圧縮着火燃焼を安定化させる観点から、内部EGR制御が併用される。一方、CIモードにおける相対的に負荷の高い領域では、エンジン負荷の増大に伴い、気筒内温度が高まり、圧縮着火燃焼が急峻になることから、内部EGR制御を止めて、外部EGR制御に切り替える。尚、この中負荷の領域では、その一部において、内部EGR制御と外部EGR制御とを併用してもよい。   As will be described in detail later, in the CI mode, for example, a relatively homogeneous lean mixing is achieved by injecting fuel into the cylinder 18 by the direct injection injector 67 at a relatively early timing, for example, during an intake stroke or a compression stroke. The air-fuel mixture is compressed and self-ignited in the vicinity of the compression top dead center. In the relatively low load region in the CI mode, the internal EGR control is used together from the viewpoint of stabilizing the compression ignition combustion by increasing the in-cylinder temperature. On the other hand, in the relatively high load region in the CI mode, as the engine load increases, the in-cylinder temperature rises and the compression ignition combustion becomes steep, so the internal EGR control is stopped and switched to the external EGR control. In the middle load region, the internal EGR control and the external EGR control may be used together in part.

これに対し、SIモードでは基本的に、例えば吸気行程乃至圧縮行程中に、直噴インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射することにより、均質乃至成層化した混合気を形成すると共に、圧縮上死点付近において点火を実行することによってその混合気に着火する。SIモードではまた、理論空燃比(λ=1)でエンジン1を運転する。これは、三元触媒の利用を可能にするから、エミッション性能の向上に有利になる。   In contrast, in the SI mode, basically, for example, during the intake stroke or the compression stroke, the direct injection injector 67 injects fuel into the cylinder 18 to form a homogeneous or stratified air-fuel mixture and improve the compression. The mixture is ignited by performing ignition in the vicinity of the dead center. In the SI mode, the engine 1 is also operated at the theoretical air fuel ratio (λ = 1). This makes it possible to use a three-way catalyst, which is advantageous for improving the emission performance.

このエンジン1の幾何学的圧縮比は、前述の通り、14以上(例えば18)に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、CIモードでは、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン1は、高負荷域においてはSIモードに切り替えるため、エンジン負荷が高くなればなるほど、過早着火やノッキング(以下、これらを総称してノッキングという場合がある)といった異常燃焼が生じやすくなってしまうという不都合がある。   The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 14 or more (for example, 18) as described above. Since the high compression ratio increases the compression end temperature and the compression end pressure, the CI mode is advantageous in stabilizing the compression ignition combustion. On the other hand, since the high compression ratio engine 1 is switched to the SI mode in the high load region, the higher the engine load, the faster the ignition or the knocking (hereinafter, these may be collectively referred to as knocking). There is an inconvenience that abnormal combustion tends to occur.

そこでこのエンジン1では、エンジンの運転状態が高負荷域にあるときには、燃料の噴射形態を従来とは大きく異ならせたSI燃焼を実行することによって、異常燃焼を回避するようにしている。具体的に、この燃料の噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけての大幅に遅角した期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内で、直噴インジェクタ67によって、気筒18内に燃料噴射を実行するものである。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」と呼ぶ。   Therefore, in this engine 1, when the operating state of the engine is in a high load range, abnormal combustion is avoided by executing SI combustion in which the fuel injection form is greatly different from the conventional one. Specifically, this fuel injection mode is a period that is significantly retarded from the latter half of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke with a fuel pressure that is significantly higher than in the past (hereinafter, this period is referred to as the retard period). The fuel is injected into the cylinder 18 by the direct injection injector 67. This characteristic fuel injection mode is hereinafter referred to as “high pressure retarded injection”.

図4は、前述した高圧リタード噴射によるSI燃焼(実線)と、吸気行程中に燃料噴射を実行する従来のSI燃焼(破線)とにおける、熱発生率(上図)及び未燃混合気反応進行度(下図)の違いを比較する図である。図4の横軸は、クランク角である。この比較の前提として、エンジン1の運転状態は共に低速域内の高負荷域であり、噴射する燃料量は、高圧リタード噴射によるSI燃焼と従来のSI燃焼との場合で互いに同じである。   FIG. 4 shows the heat generation rate (upper figure) and the progress of the unburned mixture reaction in the SI combustion by the high pressure retarded injection (solid line) and the conventional SI combustion (broken line) in which fuel injection is performed during the intake stroke. It is a figure which compares the difference in a degree (lower figure). The horizontal axis in FIG. 4 is the crank angle. As a premise for this comparison, the operating state of the engine 1 is a high load region in the low speed region, and the amount of fuel to be injected is the same in the case of SI combustion by high pressure retarded injection and conventional SI combustion.

先ず、従来のSI燃焼では、吸気行程中に気筒18内に所定量の燃料噴射を実行する(上図の破線)。気筒18内では、その燃料の噴射後、ピストン14が圧縮上死点に至るまでの間に、比較的均質な混合気が形成される。そして、この例では、圧縮上死点以降の、白丸で示す所定タイミングで点火が実行され、それによって燃焼が開始する。燃焼の開始後は、図4の上図に破線で示すように、熱発生率のピークを経て燃焼が終了する。ここで、燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間が未燃混合気の反応可能時間(以下、単に反応可能時間という場合がある)に相当し、図4の下図に破線で示すように、この間に未燃混合気の反応は次第に進行する。同図における点線は、未燃混合気が着火に至る反応度である、着火しきい値を示しており、従来のSI燃焼は反応可能時間が非常に長く、その間、未燃混合気の反応が進行し続けてしまうことから、点火の前後に未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えてしまい、過早着火又はノッキングといった異常燃焼を引き起こす。   First, in the conventional SI combustion, a predetermined amount of fuel is injected into the cylinder 18 during the intake stroke (broken line in the upper diagram). In the cylinder 18, a relatively homogeneous air-fuel mixture is formed after the fuel injection until the piston 14 reaches the compression top dead center. In this example, ignition is executed at a predetermined timing indicated by a white circle after the compression top dead center, thereby starting combustion. After the start of combustion, as shown by the broken line in the upper diagram of FIG. 4, the combustion ends through the peak of the heat generation rate. Here, the period from the start of fuel injection to the end of combustion corresponds to the reaction possible time of the unburned mixture (hereinafter sometimes simply referred to as the reaction possible time). As shown by the broken line in the lower diagram of FIG. During this time, the reaction of the unburned mixture gradually proceeds. The dotted line in the figure shows the ignition threshold, which is the degree of reactivity with which the unburned mixture reaches ignition. Conventional SI combustion has a very long reaction time, during which the unburned mixture reacts. Since it continues to advance, the reactivity of the unburned mixture before and after ignition exceeds the ignition threshold, causing abnormal combustion such as premature ignition or knocking.

これに対し、高圧リタード噴射は反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、図4にも示しているように、直噴インジェクタ67が燃料を噴射する期間((1)噴射期間)と、噴射終了後、点火プラグ25の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間((2)混合気形成期間)と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間((3)燃焼期間)と、を足し合わせた時間、つまり、(1)+(2)+(3)である。高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮し、それによって、反応可能時間を短くする。   On the other hand, the high pressure retarded injection aims to shorten the reaction possible time, thereby avoiding abnormal combustion. That is, as shown in FIG. 4, the reaction possible time is the period during which the direct injection injector 67 injects the fuel ((1) injection period) and the combustible air-fuel mixture around the spark plug 25 after the completion of the injection. The sum of the period until formation ((2) mixture formation period) and the period until combustion ended by ignition ((3) combustion period), that is, (1) + (2) + (3). The high-pressure retarded injection shortens the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, thereby shortening the reaction time.

つまり、気筒18内の乱れエネルギは、高い方が燃焼期間の短縮に有利である。前述の通り高い燃料圧力での燃料噴射は、気筒18内の乱れエネルギを高めるとしても、仮にその噴射タイミングが吸気行程中であれば、点火タイミングまでの時間が長いことや、吸気行程後の圧縮行程において気筒18内が圧縮されることに起因して乱れが減衰し、燃焼期間内における気筒内の乱れエネルギは、比較的低くなってしまう。すなわち、高い燃料圧力で気筒18内に燃料を噴射するとしても、噴射タイミングが吸気行程中である以上は、燃焼期間を、ほとんど短縮しない。   That is, a higher turbulence energy in the cylinder 18 is advantageous for shortening the combustion period. As described above, fuel injection at a high fuel pressure increases the turbulent energy in the cylinder 18, but if the injection timing is during the intake stroke, the time until the ignition timing is long, and the compression after the intake stroke The disturbance is attenuated due to the compression of the cylinder 18 in the stroke, and the disturbance energy in the cylinder during the combustion period becomes relatively low. That is, even if fuel is injected into the cylinder 18 at a high fuel pressure, the combustion period is hardly shortened as long as the injection timing is during the intake stroke.

これに対し、リタード期間内のタイミング、つまり、比較的遅いタイミングでかつ、高い燃料圧力で気筒内に燃料を噴射することは、気筒内の乱れの減衰を抑制しつつ、燃焼を開始することを可能にする。このことから、燃焼期間内における気筒内の乱れエネルギが高くなる。これによって、燃焼期間は短くなり、燃焼の安定化が図られる。   On the other hand, injecting fuel into the cylinder at a timing within the retard period, that is, at a relatively late timing and at high fuel pressure, starts combustion while suppressing attenuation of turbulence in the cylinder. to enable. For this reason, the turbulent energy in the cylinder during the combustion period increases. This shortens the combustion period and stabilizes combustion.

また、高い燃料圧力は、単位時間当たりに噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、同一の燃料噴射量で比較した場合に、高い燃料圧力は、噴射期間を、低い燃料圧力のときよりも短縮する。   Moreover, a high fuel pressure relatively increases the amount of fuel injected per unit time. For this reason, when compared with the same fuel injection amount, a high fuel pressure shortens the injection period compared with a low fuel pressure.

さらに、高い燃料圧力は、気筒内に噴射する燃料噴霧の微粒化に有利になると共に、燃料噴霧の飛翔距離を、より長くする。このことから、高い燃料圧力は、混合気形成期間を短縮する。   Furthermore, the high fuel pressure is advantageous for atomizing the fuel spray injected into the cylinder, and makes the flight distance of the fuel spray longer. Thus, high fuel pressure shortens the mixture formation period.

従って、前述した噴射期間の短縮及び混合気形成期間の短縮は、燃料の噴射タイミング(より正確には、噴射開始タイミング)を、比較的遅いタイミングにすることを可能にする。つまり、高い燃料圧力は、リタード期間内における燃料噴射を可能にする。   Therefore, the shortening of the injection period and the mixture formation period described above make it possible to set the fuel injection timing (more precisely, the injection start timing) to a relatively late timing. That is, the high fuel pressure enables fuel injection within the retard period.

こうして火花点火モードにおいては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内に気筒内に燃料噴射を実行することによって、燃焼期間の短い急速燃焼が実現し、それによって燃焼が安定化する。   Thus, in the spark ignition mode, by performing fuel injection into the cylinder at a high fuel pressure and within the retard period, rapid combustion with a short combustion period is realized, thereby stabilizing the combustion.

このように高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短縮し、その結果、図4に示すように、燃料の噴射開始タイミングSOIから燃焼終了時期θendまでの、未燃混合気の反応可能時間を、従来の吸気行程中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くすることを可能にする。この反応可能時間を短縮する結果、従来の低い燃料圧力での吸気行程噴射では、燃焼終了時における未燃混合気の反応進行度が、着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうところ、高圧リタード噴射は、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。   As described above, the high pressure retarded injection shortens the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, and as a result, as shown in FIG. 4, the fuel injection start timing SOI to the combustion end timing θend are not changed. It is possible to significantly shorten the reaction time of the fuel mixture as compared with the case of fuel injection during the conventional intake stroke. As a result of shortening the reaction possible time, in the conventional intake stroke injection at a low fuel pressure, the reaction progress of the unburned mixture at the end of combustion exceeds the ignition threshold, and abnormal combustion occurs. As a result, the high-pressure retarded injection suppresses the progress of the reaction of the unburned air-fuel mixture at the end of combustion, and can avoid abnormal combustion.

次に、図5を参照しながら、エンジン1の運転状態に対応した、吸気弁21及び排気弁22の作動状態、並びに、燃料噴射タイミング及び点火タイミングの制御例について説明する。ここで、図5の(a)(b)(c)(d)はそれぞれ、(a)<(b)<(c)<(d)の順にエンジン負荷が高くなる。(a)(b)は、CIモードに対応する低、中負荷域であり、(c)は、SIモードに対応する高負荷域である。(d)は、SIモードに対応する全開負荷域である。   Next, with reference to FIG. 5, a description will be given of an operation state of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 and a control example of the fuel injection timing and the ignition timing corresponding to the operating state of the engine 1. Here, in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D, the engine load increases in the order of (a) <(b) <(c) <(d). (A) and (b) are low and medium load regions corresponding to the CI mode, and (c) is a high load region corresponding to the SI mode. (D) is a fully open load region corresponding to the SI mode.

先ず、図5(a)は、エンジン1の運転状態が低負荷域にあるときを示す。この運転領域はCIモードであるため、VVL71の制御によって、排気弁22を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行い(同図のEx2の実線を参照。尚、実線は排気弁22のリフトカーブを、破線は吸気弁21のリフトカーブをそれぞれ示す)、そのことによって内部EGRガスを気筒18内に導入する。内部EGRガスの導入は圧縮端温度を高め、圧縮着火燃焼を安定化させる。但し、エンジン負荷の上昇に伴い気筒18内の温度が自然と高まることから、過早着火(つまり、ノッキング)を回避する観点から、内部EGR量は低下させる。図5に例示するように、CVVL73の制御によって、吸気弁21のリフト量を調整することにより、内部EGR量を調整してもよい。尚、図5には図示しないが、スロットル弁36の開度調整によって、内部EGR量を調整してもよい。燃料噴射のタイミングは吸気行程中に設定され、直噴インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射することによって気筒18内に均質なリーン混合気を形成する。尚、燃料噴射量は、エンジン1の負荷に応じて設定される。   First, Fig.5 (a) shows the time of the driving | running state of the engine 1 in a low load region. Since this operation region is in the CI mode, the exhaust valve 22 is opened twice during the intake stroke under the control of the VVL 71 (see the solid line Ex2 in the figure. The solid line is the exhaust valve 22). ), And the broken line indicates the lift curve of the intake valve 21), whereby the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18. The introduction of internal EGR gas increases the compression end temperature and stabilizes compression ignition combustion. However, since the temperature in the cylinder 18 naturally increases as the engine load increases, the internal EGR amount is reduced from the viewpoint of avoiding premature ignition (that is, knocking). As illustrated in FIG. 5, the internal EGR amount may be adjusted by adjusting the lift amount of the intake valve 21 under the control of the CVVL 73. Although not shown in FIG. 5, the internal EGR amount may be adjusted by adjusting the opening degree of the throttle valve 36. The fuel injection timing is set during the intake stroke, and the direct injection injector 67 injects fuel into the cylinder 18 to form a homogeneous lean air-fuel mixture in the cylinder 18. The fuel injection amount is set according to the load of the engine 1.

尚、図5(a)においては、吸気行程中における排気弁22の開弁期間を、その吸気行程の前半に設定している例を示している。排気弁22の開弁期間は、吸気行程の後半に設定してもよい。また、開弁期間を吸気行程の前半に設定する場合は、排気上死点を挟んだ排気行程から吸気行程の前半にかけて、排気弁22を開弁したままに構成してもよい。   FIG. 5A shows an example in which the valve opening period of the exhaust valve 22 during the intake stroke is set in the first half of the intake stroke. The valve opening period of the exhaust valve 22 may be set in the latter half of the intake stroke. When the valve opening period is set to the first half of the intake stroke, the exhaust valve 22 may be left open from the exhaust stroke sandwiching the exhaust top dead center to the first half of the intake stroke.

図5(b)は、エンジン1の運転状態が、同図(a)よりもエンジン負荷が高い、中負荷域にあるときを示す。この運転領域もまた、CIモードであるが、エンジン負荷が高く、気筒内温度が比較的高いことから、内部EGRガスを気筒18内に導入したのでは、気筒内温度が高くなりすぎてしまう。そこで、エンジン負荷が中負荷域にあるときには、排気弁22の二度開きを中止して内部EGRガスの導入を止め、代わりに外部EGRガスを気筒18内に導入する。燃料噴射のタイミングは、吸気行程乃至圧縮行程中の適宜のタイミングに設定される。このタイミングで、直噴インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射することにより、気筒18内に均質乃至成層化したリーン混合気を形成する。燃料噴射量がエンジン1の負荷に応じて設定される点は、図5(a)と同様である。   FIG. 5B shows a case where the operating state of the engine 1 is in an intermediate load region where the engine load is higher than that in FIG. Although this operation region is also in the CI mode, the engine load is high and the temperature in the cylinder is relatively high. Therefore, if the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18, the temperature in the cylinder becomes too high. Therefore, when the engine load is in the middle load range, the exhaust valve 22 is stopped twice to stop the introduction of the internal EGR gas, and the external EGR gas is introduced into the cylinder 18 instead. The fuel injection timing is set to an appropriate timing during the intake stroke or the compression stroke. At this timing, the direct injection injector 67 injects fuel into the cylinder 18 to form a homogeneous or stratified lean mixture in the cylinder 18. The point that the fuel injection amount is set according to the load of the engine 1 is the same as in FIG.

図5(c)は、エンジン1の運転状態が高負荷域にあるときを示す。この運転領域はSIモードであり、この運転領域においては、排気弁22の二度開きを中止する。また、SIモードでは、空燃比λ=1となるように充填量が調整される。充填量の調整は、スロットル弁36を全開にする一方で、VVT72及びCVVL73の制御によって、吸気弁21の閉弁タイミングを吸気下死点以降に設定する、吸気弁21の遅閉じによって行ってもよい。これは、ポンプ損失の低減に有利である。充填量の調整はまた、スロットル弁36を全開にする一方で、EGR弁511の開度調整により、気筒18内に導入する新気量と外部EGRガス量とを調整することによって行ってもよい。これは、ポンプ損失の低減と共に、冷却損失の低減にも有効である。また、外部EGRガスの導入は、異常燃焼の回避に寄与すると共に、Raw NOxの生成を抑制するという利点もある。さらに、充填量の調整として、吸気弁21の遅閉じ制御と、外部EGRの制御とを組み合わせてもよい。特に、高負荷域内における低負荷側においては、EGR率が高すぎてしまうことを抑制すべく、外部EGRを気筒18内に導入しつつ、吸気弁21の遅閉じ制御によって充填量を調整してもよい。   FIG. 5C shows a case where the operating state of the engine 1 is in a high load range. This operation region is the SI mode, and in this operation region, the opening of the exhaust valve 22 is stopped twice. In the SI mode, the filling amount is adjusted so that the air-fuel ratio λ = 1. The adjustment of the filling amount may be performed by slow closing of the intake valve 21 in which the throttle valve 36 is fully opened while the closing timing of the intake valve 21 is set after the intake bottom dead center by the control of the VVT 72 and the CVVL 73. Good. This is advantageous for reducing pump loss. The adjustment of the filling amount may also be performed by adjusting the opening amount of the EGR valve 511 and adjusting the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 and the amount of external EGR gas while the throttle valve 36 is fully opened. . This is effective for reducing pumping loss and cooling loss. In addition, introduction of external EGR gas contributes to avoiding abnormal combustion and also has an advantage of suppressing generation of Raw NOx. Further, as the adjustment of the filling amount, the slow closing control of the intake valve 21 and the control of the external EGR may be combined. In particular, on the low load side in the high load region, in order to prevent the EGR rate from being too high, the charging amount is adjusted by the slow closing control of the intake valve 21 while introducing the external EGR into the cylinder 18. Also good.

また、燃料噴射の形態は、前述した高圧リタード噴射である。従って、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に、高い燃料圧力でもって、直噴インジェクタ67が燃料を気筒18内に直接、噴射する。高圧リタード噴射は、一回の噴射によって構成してもよい(つまり、一括噴射)が、図5(c)に示すように、第1噴射と、その後の第2噴射との二回の噴射を、リタード期間内において行うように構成してもよい(つまり、分割噴射)。第1噴射は、相対的に長い混合気形成期間を確保することができるため、燃料の気化霧化に有利である。第1噴射によって十分な混合気形成期間が確保される分、第2噴射の噴射タイミングは、より一層遅角したタイミングに設定することが可能になる。このことは、気筒内の乱れエネルギの向上に有利になり、燃焼期間の短縮に有利になる。分割噴射を行う場合は、第2噴射の燃料噴射量を、第1噴射の燃料噴射量よりも大に設定することが好ましい。こうすることで、気筒18内の乱れエネルギが十分に高まり、燃焼期間の短縮、ひいては異常燃焼の回避に有利になる。尚、こうした分割噴射は、高負荷域内において、燃料噴射量が多くなる相対的に高負荷側でのみ行い、燃料噴射量が比較的少ない、高負荷域内の低負荷側では、一括噴射を行うようにしてもよい。また、分割回数は2回に限定されず、3回以上に設定してもよい。   The form of fuel injection is the high-pressure retarded injection described above. Therefore, the direct injection injector 67 directly injects the fuel into the cylinder 18 with a high fuel pressure during the retard period from the latter half of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. The high-pressure retarded injection may be configured by one injection (that is, batch injection), but as shown in FIG. 5C, two injections of the first injection and the subsequent second injection are performed. It may be configured to perform within the retard period (that is, divided injection). Since the first injection can ensure a relatively long air-fuel mixture formation period, it is advantageous for fuel vaporization atomization. Since a sufficient mixture formation period is secured by the first injection, the injection timing of the second injection can be set to a more retarded timing. This is advantageous for improving the turbulent energy in the cylinder and for shortening the combustion period. When performing split injection, it is preferable to set the fuel injection amount of the second injection to be larger than the fuel injection amount of the first injection. By doing so, the turbulent energy in the cylinder 18 is sufficiently increased, which is advantageous for shortening the combustion period and for avoiding abnormal combustion. Such split injection is performed only on the relatively high load side where the fuel injection amount increases in the high load region, and batch injection is performed on the low load side in the high load region where the fuel injection amount is relatively small. It may be. Further, the number of divisions is not limited to two, and may be set to three or more.

そうして、SIモードでは、燃料噴射終了後の、圧縮上死点付近において、点火プラグ25による点火が実行される。   Thus, in the SI mode, ignition by the spark plug 25 is executed in the vicinity of the compression top dead center after the end of fuel injection.

図5(d)は、エンジン1の運転状態が全開負荷域にあるときを示す。この運転領域は、図5(c)と同様に、SIモードであり、排気弁22の二度開きを中止する。また、全開負荷域であるため、EGR弁511を閉弁することにより、外部EGRも中止する。   FIG. 5D shows a case where the operating state of the engine 1 is in the fully open load region. This operating region is the SI mode, as in FIG. 5C, and stops the exhaust valve 22 from being opened twice. Further, since it is in the fully open load region, the external EGR is also stopped by closing the EGR valve 511.

燃料噴射の形態は、基本的には高圧リタード噴射であり、図に示すように、第1噴射と第2噴射との、リタード期間内における、気筒18内への二回の噴射によって構成される。尚、高圧リタード噴射は、一括噴射であってもよい。また、この全開負荷域においては、吸気充填効率の向上を目的として、吸気行程中の噴射が追加される場合がある。この吸気行程噴射は、燃料噴射に伴う吸気の冷却効果によって吸気充填効率が向上し、トルクの向上に有利になる。従って、エンジン1の運転状態が全開負荷域にあるときは、吸気行程噴射と、第1及び第2噴射との三回の燃料噴射が実行される、又は、吸気行程噴射と、一括噴射との二回の燃料噴射が実行される。   The form of fuel injection is basically high-pressure retarded injection, and is constituted by two injections into the cylinder 18 during the retard period of the first injection and the second injection, as shown in the figure. . The high pressure retarded injection may be batch injection. In this fully open load region, injection during the intake stroke may be added for the purpose of improving the intake charge efficiency. In this intake stroke injection, the intake air charging efficiency is improved by the intake air cooling effect accompanying the fuel injection, which is advantageous in improving the torque. Therefore, when the operating state of the engine 1 is in the fully open load region, three fuel injections of the intake stroke injection and the first and second injections are executed, or the intake stroke injection and the batch injection are performed. Two fuel injections are performed.

ここで、前述の通り、直噴インジェクタ67によって気筒18内に燃料を直接噴射する高圧リタード噴射は、燃料圧力が極めて高い。そのため、そうした高い燃料圧力でもって、吸気行程中に、気筒18内に直接燃料を噴射してしまうと、気筒18内の壁面に燃料が大量に付着して、オイル希釈等の問題を引き起こす可能性がある。そこで、この吸気行程噴射は、直噴インジェクタ67ではなく、相対的に低い燃料圧力でもって燃料を噴射するポートインジェクタ68を通じて、吸気ポート16内に燃料を噴射する。こうすることで、前述したオイル希釈等の問題が回避される。   Here, as described above, the high pressure retarded injection in which the fuel is directly injected into the cylinder 18 by the direct injection injector 67 has a very high fuel pressure. Therefore, if fuel is directly injected into the cylinder 18 during the intake stroke with such a high fuel pressure, a large amount of fuel may adhere to the wall surface in the cylinder 18 and cause problems such as oil dilution. There is. Therefore, in this intake stroke injection, fuel is injected into the intake port 16 not through the direct injection injector 67 but through the port injector 68 that injects fuel with a relatively low fuel pressure. By doing so, the above-mentioned problems such as oil dilution can be avoided.

図6は、負荷の変動に対するエンジン1の各パラメータ、つまり、(b)スロットル弁36の開度、(c)EGR弁511の開度、(d)排気弁22の二度開きの閉弁タイミング、(e)吸気弁21の開弁タイミング、(f)吸気弁21の閉弁タイミング、及び、(g)吸気弁のリフト量それぞれの制御例を示している。   6 shows the parameters of the engine 1 with respect to the load variation, that is, (b) the opening degree of the throttle valve 36, (c) the opening degree of the EGR valve 511, and (d) the closing timing of the exhaust valve 22 being opened twice. (E) The valve opening timing of the intake valve 21, (f) the valve closing timing of the intake valve 21, and (g) the lift amount of the intake valve are shown.

図6(a)は、気筒18内の状態を示している。同図は、横軸をトルク(言い換えるとエンジン負荷)、縦軸を気筒内の混合気充填量として、気筒内の混合気の構成を示している。前述の通り、相対的に負荷の低い、図の左側の領域はCIモードとなり、所定負荷よりも負荷が高い、図の右側の領域はSIモードとなる。燃料量(総括燃料量)は、CIモード及びSIモードに拘わらず、負荷の増大に従って増量される。この燃料量に対して、理論空燃比(λ=1)となるための新気量が設定されることとなり、この新気量は、負荷の増大に対し、燃料量の増量に伴って増量することになる。   FIG. 6A shows the state in the cylinder 18. This figure shows the configuration of the air-fuel mixture in the cylinder with the horizontal axis representing torque (in other words, engine load) and the vertical axis representing the air-fuel mixture charge amount in the cylinder. As described above, the area on the left side of the figure where the load is relatively low is the CI mode, and the area on the right side of the figure where the load is higher than the predetermined load is the SI mode. The fuel amount (total fuel amount) is increased as the load increases regardless of the CI mode and the SI mode. A fresh air amount for setting the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1) is set with respect to this fuel amount, and this new air amount increases with an increase in the fuel amount as the load increases. It will be.

CIモードにおいては、前述の通り、その低負荷側では、内部EGRガスが気筒18内に導入されることから、充填量の残り分は、内部EGRガスと余剰の新気とによって構成される。また、CIモードにおける高負荷側(つまり、中負荷)では、内部EGRガスの導入が中止される一方で、外部EGRガスが気筒18内に導入され、充填量の残り分は、外部EGRガスと余剰の新気とによって構成される。従って、CIモードでは、リーン混合気となる。一方、SIモードにおいてはλ=1となるようにエンジン1が運転されると共に、外部EGRガスが気筒18内に導入される。   In the CI mode, as described above, since the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18 on the low load side, the remaining amount of the filling amount is constituted by the internal EGR gas and excess fresh air. Further, on the high load side (that is, medium load) in the CI mode, the introduction of the internal EGR gas is stopped, while the external EGR gas is introduced into the cylinder 18, and the remaining filling amount is the same as the external EGR gas. Composed of surplus fresh air. Therefore, in the CI mode, a lean mixture is obtained. On the other hand, in the SI mode, the engine 1 is operated so that λ = 1, and external EGR gas is introduced into the cylinder 18.

スロットル弁36は、同図(b)に示すように、基本的には、エンジン1の負荷の高低に拘わらず全開に設定される。また、EGR弁511は、同図(c)に示すように、内部EGRガスを導入している間は全閉に設定される一方、CIモードにおいて外部EGRガスを導入する際には全開に設定される。また、それよりも高負荷のSIモードにおいては、エンジン1の負荷が高まるに従って、EGR弁511は次第に閉じられ、全開負荷では、全閉にされる。このスロットル弁36とEGR弁511との開度調整により、外部EGR率は、図7(c)に示すように、CIモードの低負荷側では0(ゼロ)となる一方、高負荷側では最大となり、SIモードにおいてはエンジン1の負荷が高まるに従って、EGR率が次第に低下して、全開負荷において再び0になる。   The throttle valve 36 is basically set to fully open regardless of the load of the engine 1 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5C, the EGR valve 511 is set to be fully closed while the internal EGR gas is being introduced, while being fully opened when the external EGR gas is being introduced in the CI mode. Is done. Further, in the SI mode with a higher load than that, the EGR valve 511 is gradually closed as the load of the engine 1 increases, and is fully closed at the fully opened load. By adjusting the opening degree of the throttle valve 36 and the EGR valve 511, the external EGR rate becomes 0 (zero) on the low load side of the CI mode as shown in FIG. In the SI mode, as the load on the engine 1 increases, the EGR rate gradually decreases and becomes 0 again at the fully opened load.

図6(d)は、排気弁22の二度開き時の閉弁タイミングを示している。CIモードで内部EGRガスを気筒18内に導入するときには、その閉弁タイミングが排気上死点と吸気下死点との間の、所定タイミングに設定される。一方、CIモード及びSIモードにおいて、内部EGRガスを導入しないときには、その閉弁タイミングが排気上死点に設定される。   FIG. 6D shows the valve closing timing when the exhaust valve 22 is opened twice. When the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18 in the CI mode, the valve closing timing is set to a predetermined timing between the exhaust top dead center and the intake bottom dead center. On the other hand, in the CI mode and the SI mode, when the internal EGR gas is not introduced, the valve closing timing is set to the exhaust top dead center.

このように、内部EGRの実行のために所定の閉弁タイミングに設定される排気弁22の二度開きに対して、図6(e)に示すように、吸気弁21の開弁タイミングが、エンジン1の負荷が高くなるほど排気上死点に近づくように進角される。従って、エンジン1の負荷が低いほど、気筒18内に導入される内部EGRガスが増量するのに対し、エンジン1の負荷が高くなればなるほど、気筒18内に導入される内部EGRガスは減少する。エンジン1の負荷が低いほど、大量の内部EGRガスによって気筒18内の圧縮端温度が高まるため、安定した圧縮着火燃焼を実現する上で有利になる。一方、エンジン1の負荷が高いほど、内部EGRガスを抑制することで気筒18内の圧縮端温度の上昇を抑制するため、過早着火を抑制する上で有利になる。また、エンジン負荷が高まり、内部EGR制御を中止するに伴い、吸気弁21の開弁タイミングは、排気上死点に設定される。また、図6(f)に示すように、吸気弁21の閉弁タイミングは、吸気下死点で一定にされる。   As described above, as shown in FIG. 6 (e), when the exhaust valve 22 is opened twice, which is set to a predetermined valve closing timing for the execution of the internal EGR, the valve opening timing of the intake valve 21 is As the load on the engine 1 increases, the engine 1 is advanced so as to approach the exhaust top dead center. Therefore, the internal EGR gas introduced into the cylinder 18 increases as the load on the engine 1 decreases, whereas the internal EGR gas introduced into the cylinder 18 decreases as the load on the engine 1 increases. . As the load on the engine 1 is lower, the compression end temperature in the cylinder 18 is increased by a large amount of internal EGR gas, which is advantageous in realizing stable compression ignition combustion. On the other hand, the higher the load of the engine 1, the lower the compression end temperature in the cylinder 18 by suppressing the internal EGR gas, which is advantageous in suppressing premature ignition. As the engine load increases and the internal EGR control is stopped, the opening timing of the intake valve 21 is set to the exhaust top dead center. In addition, as shown in FIG. 6F, the closing timing of the intake valve 21 is made constant at the intake bottom dead center.

さらに、図6(g)に示すように、吸気弁21のリフト量は、内部EGRの制御中は、エンジン負荷の増大に伴い、最小リフト量から次第に大きくなるのに対し、内部EGRの制御を行わないときには、エンジン負荷の高低に拘わらず、最大リフト量で一定に設定される。   Furthermore, as shown in FIG. 6 (g), the lift amount of the intake valve 21 gradually increases from the minimum lift amount as the engine load increases during the control of the internal EGR, whereas the control of the internal EGR is performed. When not performed, the maximum lift amount is set constant regardless of the engine load.

従って、SIモードでは、スロットル弁36が全開で一定にされ(図6(b))、吸気弁21の開弁タイミング及び閉弁タイミングが一定にされる(図6(e)(f))と共に、リフト量が最大で一定にされる(図6(g))。このことから、EGR弁511の開度調整によって、気筒18内の導入される新気量と、外部EGRガス量との割合が調整されることになる。このような制御は、ポンプ損失の低減に有利である。   Therefore, in the SI mode, the throttle valve 36 is made fully constant (FIG. 6B), and the opening timing and closing timing of the intake valve 21 are made constant (FIGS. 6E and 6F). The lift amount is made constant at the maximum (FIG. 6 (g)). From this, the ratio between the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 and the amount of external EGR gas is adjusted by adjusting the opening of the EGR valve 511. Such control is advantageous in reducing pump loss.

尚、図6では、CIモードの低負荷側において、スロットル弁36を全開にする一方、エンジン負荷の増大に伴い、吸気弁21の開弁タイミングを排気上死点に近づくように進角しかつ、吸気弁21のリフト量を次第に大きくしているが、これとは異なり、CIモードの低負荷側において、スロットル弁36の開度がエンジン負荷の増大に伴い次第に大きくなるように制御する一方で、エンジン負荷の高低に拘わらず、吸気弁21の開弁タイミングを排気上死点で一定にしかつ、吸気弁21のリフト量を所定のリフト量で一定にしてもよい。こうすることによって、内部EGR制御を実行しているときには、スロットル弁36の開度に応じて、気筒18内に導入される内部EGRガス量が調整されることになる。   In FIG. 6, the throttle valve 36 is fully opened on the low load side of the CI mode, while the opening timing of the intake valve 21 is advanced so as to approach the exhaust top dead center as the engine load increases. In contrast, the lift amount of the intake valve 21 is gradually increased. On the other hand, on the low load side of the CI mode, the throttle valve 36 is controlled so that the opening degree of the throttle valve 36 gradually increases as the engine load increases. The opening timing of the intake valve 21 may be constant at the exhaust top dead center and the lift amount of the intake valve 21 may be constant at a predetermined lift amount regardless of the engine load. By doing so, when the internal EGR control is being executed, the internal EGR gas amount introduced into the cylinder 18 is adjusted according to the opening degree of the throttle valve 36.

次に、図7は、低速域内における負荷の変動に対するエンジン1の各制御パラメータ、すなわち、(b)G/F、(c)外部EGR率、(d)噴射タイミング、(e)燃料圧力、(f)燃料噴射パルス幅(つまり、噴射期間)、及び、(g)点火タイミングの変化を示している。   Next, FIG. 7 shows each control parameter of the engine 1 with respect to the load fluctuation in the low speed range, that is, (b) G / F, (c) external EGR rate, (d) injection timing, (e) fuel pressure, ( f) Fuel injection pulse width (that is, injection period) and (g) changes in ignition timing.

先ず、気筒内の混合気の状態は、図7(a)に示すような構成となる。このため、G/Fは、図7(b)に示すように、燃料量の増大に伴いリーンから次第に理論空燃比に近づくようになり、SIモードにおける全開負荷において、G/F=14.7となる。   First, the state of the air-fuel mixture in the cylinder is configured as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 7B, the G / F gradually approaches the stoichiometric air-fuel ratio from the lean as the fuel amount increases, and G / F = 14.7 at the fully open load in the SI mode. It becomes.

図7(c)は、外部EGR率を示しており、前述したように、外部EGR率は、CIモードにおける内部EGR制御の実行中は0(ゼロ)となり、CIモードにおいて外部EGRの制御中は最大となる。そうして、SIモードにおいては、エンジン1の負荷が高まるに従ってEGR率が次第に低下して、全開負荷において再び0になる。つまり、SIモードにおいても、全開負荷では、外部EGR制御を中止する。   FIG. 7C shows the external EGR rate. As described above, the external EGR rate becomes 0 (zero) during the execution of the internal EGR control in the CI mode, and during the control of the external EGR in the CI mode. Maximum. Thus, in the SI mode, the EGR rate gradually decreases as the load on the engine 1 increases, and becomes 0 again at the fully opened load. That is, even in the SI mode, the external EGR control is stopped at the fully open load.

図7(d)に示すように、燃料噴射タイミングは、CIモードにおいては、一例として、排気上死点と吸気下死点との間の吸気行程中に設定される。燃料噴射タイミングは、エンジン1の負荷に応じて変更してもよい。これに対し、SIモードにおいては、燃料噴射タイミングは、圧縮行程後半から膨張行程初期にかけてのリタード期間に設定される。つまり、高圧リタード噴射である。また、SIモードでは、エンジン負荷の増大に伴い、その噴射タイミングは次第に遅角側に変更される。これは、エンジンの負荷が増大するに伴い、気筒18内の圧力及び温度が高まって異常燃焼が発生しやすくなることから、これを効率的に回避するためには、噴射タイミングを遅角側に設定する必要があるためである。ここで、図7(d)の実線は、高圧リタード噴射を一回の燃料噴射によって行う、一括噴射の場合の、燃料噴射タイミングの一例を示している。これに対し、図7(d)の一点鎖線は、高圧リタード噴射を、第1噴射と第2噴射との二回の燃料噴射に分割した場合の、第1噴射及び第2噴射それぞれの燃料噴射タイミングの一例を示している。これによると、分割噴射における第2噴射は、一括噴射を行う場合よりも、遅角側で実行することになるため、異常燃焼の回避により有利になる。これは、前述したように、比較的早期に第1噴射を実行して燃料の気化霧化時間を確保していること、第2噴射の燃料噴射量が相対的少なくなるため、必要な気化霧化時間が短くなることに起因する。   As shown in FIG. 7D, the fuel injection timing is set, for example, during the intake stroke between the exhaust top dead center and the intake bottom dead center in the CI mode. The fuel injection timing may be changed according to the load of the engine 1. On the other hand, in the SI mode, the fuel injection timing is set to a retard period from the latter half of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. That is, high pressure retarded injection. In the SI mode, the injection timing is gradually changed to the retard side as the engine load increases. This is because, as the engine load increases, the pressure and temperature in the cylinder 18 increase and abnormal combustion is likely to occur. Therefore, in order to avoid this efficiently, the injection timing is set to the retarded side. This is because it is necessary to set. Here, the solid line in FIG. 7D shows an example of the fuel injection timing in the case of collective injection in which the high pressure retarded injection is performed by one fuel injection. In contrast, the alternate long and short dash line in FIG. 7D shows the fuel injection for each of the first injection and the second injection when the high-pressure retarded injection is divided into two fuel injections of the first injection and the second injection. An example of timing is shown. According to this, since the second injection in the divided injection is executed on the retarded angle side compared with the case of performing the batch injection, it is advantageous for avoiding abnormal combustion. This is because, as described above, the first injection is executed relatively early to ensure the vaporization time of the fuel, and the fuel injection amount of the second injection is relatively reduced. This is because the conversion time is shortened.

さらに図7(d)に点線で示すように、全開負荷域においては、総燃料噴射量が多くなることから、燃料噴射量の増量分を、吸気充填効率の向上を目的として、吸気行程噴射を実行するようにしてもよい。   Further, as indicated by a dotted line in FIG. 7 (d), the total fuel injection amount increases in the fully open load region. Therefore, the intake stroke injection is performed for the purpose of improving the intake charge efficiency by increasing the fuel injection amount. You may make it perform.

図7(e)は、直噴インジェクタ67に供給される燃料圧力の変化を示しており、CIモードでは最小燃料圧力で一定に設定される。これに対し、SIモードでは、最小燃料圧力よりも高い燃料圧力に設定されると共に、エンジン負荷の増大に伴い、燃料圧力が増大するように設定される。これは、エンジン負荷が高くなるにつれて異常燃焼が発生しやすくなることから、噴射期間のさらなる短縮や、噴射タイミングのさらなる遅角化が求められるためである。   FIG. 7E shows a change in the fuel pressure supplied to the direct injection injector 67. In the CI mode, the fuel pressure is set constant at the minimum fuel pressure. In contrast, in the SI mode, the fuel pressure is set to be higher than the minimum fuel pressure, and the fuel pressure is set to increase as the engine load increases. This is because abnormal combustion tends to occur as the engine load increases, so that further shortening of the injection period and further retarding of the injection timing are required.

図7(f)は、一括噴射を行う場合の噴射期間に相当する噴射パルス幅(インジェクタの開弁期間)の変化を示しており、CIモードにおいては、燃料噴射量の増大に伴いパルス幅も大きくなり、SIモードにおいても同様に、燃料噴射量の増大に伴いパルス幅も大きくなる。しかしながら、同図(e)に示すように、SIモードでは、CIモードよりも燃料圧力が大幅に高く設定されているため、SIモードにおける燃料噴射量は、CIモードにおける燃料噴射量よりも多いにも拘わらず、そのパルス幅は、CIモードのパルス幅よりも短く設定される。これは、未燃混合気反応可能時間を短縮し、異常燃焼の回避に有利になる。   FIG. 7 (f) shows the change in the injection pulse width (injector opening period) corresponding to the injection period in the case of batch injection. In the CI mode, the pulse width increases as the fuel injection amount increases. Similarly, in the SI mode, the pulse width increases as the fuel injection amount increases. However, as shown in FIG. 5 (e), in the SI mode, the fuel pressure is set to be significantly higher than in the CI mode. Therefore, the fuel injection amount in the SI mode is larger than the fuel injection amount in the CI mode. Nevertheless, the pulse width is set shorter than the pulse width in the CI mode. This shortens the unburned mixture reaction possible time and is advantageous for avoiding abnormal combustion.

また、図7(g)は、点火タイミングの変化を示しており、SIモードでは、燃料噴射タイミングがエンジン負荷の増大と共に遅角されることに従って、点火タイミングもまた、エンジン負荷の増大と共に遅角される。これにより、少なくとも全開負荷域においては、膨張行程において燃焼が開始するようになる。これは、異常燃焼の回避に有利である。また、CIモードでは、基本的には点火を実行しないものの、点火プラグ25のくすぶりを回避する目的で、同図に一点鎖線で示すように、例えば排気上死点付近で点火を行ってもよい。   FIG. 7G shows a change in the ignition timing. In the SI mode, as the fuel injection timing is retarded as the engine load increases, the ignition timing also retards as the engine load increases. Is done. Thereby, at least in the fully open load region, combustion starts in the expansion stroke. This is advantageous for avoiding abnormal combustion. In the CI mode, although ignition is basically not performed, for the purpose of avoiding smoldering of the spark plug 25, for example, ignition may be performed in the vicinity of the exhaust top dead center as shown by a one-dot chain line in FIG. .

そうして、このエンジン1においては、CIモード時の圧縮着火燃焼の安定化を目的として、図8及び図9に拡大して示すように、排気ポート17のスロートに、加熱手段としてのセラミックヒータ81が配設されている。より詳細に、セラミックヒータ81は、図例では無端環状に構成されており、気筒18毎に2つ形成された排気ポート17のそれぞれにおけるスロートに、その一部がポート壁面に埋め込まれるようにして取り付けられている。   Thus, in this engine 1, for the purpose of stabilizing compression ignition combustion in the CI mode, as shown in an enlarged view in FIGS. 8 and 9, a ceramic heater as a heating means is provided at the throat of the exhaust port 17. 81 is disposed. More specifically, the ceramic heater 81 is configured in an endless annular shape in the illustrated example, and a part of the ceramic heater 81 is embedded in the throat in each of the exhaust ports 17 formed for each cylinder 18 in the port wall surface. It is attached.

各セラミックヒータ81は、その詳細な構造の図示は省略するが、発熱体をセラミックに内蔵して構成されている。発熱体は、通電により発熱し、通電停止によりその発熱が停止する。セラミックヒータ81に対する通電及び通電停止の切り替えは、PCM10によって行われる。また、セラミックは、蓄熱体としても機能し、後述するように、気筒18内から排気ポート17に排出される既燃ガスの熱を吸熱する一方、排気ポート17から気筒18内に導入される既燃ガスに放熱する。   Although the detailed structure of each ceramic heater 81 is omitted, a heating element is built in the ceramic. The heating element generates heat when energized, and the heat generation stops when energization is stopped. Switching between energization and deenergization of the ceramic heater 81 is performed by the PCM 10. The ceramic also functions as a heat accumulator and absorbs the heat of burned gas discharged from the cylinder 18 to the exhaust port 17 while being introduced into the cylinder 18 from the exhaust port 17 as will be described later. Dissipates heat to the fuel gas.

そうしてこのセラミックヒータ81は、前述したCIモードにおける低負荷側の領域、言い換えると、排気弁22の二度開きによって内部EGR制御を実行しているときに、通電される。これにより、図10の左図に示すように、排気行程中に開弁される排気弁22を通じて、気筒18内から排気ポート17に既燃ガスが排出されるときに、その既燃ガスの熱が、セラミックヒータ81の蓄熱体に吸熱される。その後、図10の右図に示すように、吸気行程中に排気弁22が開弁されて、排気ポート17から気筒18内に既燃ガスが導入されるときに、セラミックヒータ81の蓄熱体の放熱と発熱体の発熱とによって、既燃ガスが加熱され、排気ポート17内で温度が低下していた既燃ガスが昇温される。こうして、より高温の既燃ガスが気筒18内に導入されることにより、気筒内温度がより一層高くなる。このことによって、圧縮着火燃焼は、より一層安定化する。   Thus, the ceramic heater 81 is energized when the internal EGR control is executed by opening the exhaust valve 22 twice, in other words, in the low load side region in the CI mode described above. As a result, as shown in the left diagram of FIG. 10, when the burned gas is discharged from the cylinder 18 to the exhaust port 17 through the exhaust valve 22 that is opened during the exhaust stroke, the heat of the burned gas is discharged. However, heat is absorbed by the heat storage body of the ceramic heater 81. Thereafter, as shown in the right diagram of FIG. 10, when the exhaust valve 22 is opened during the intake stroke and the burned gas is introduced into the cylinder 18 from the exhaust port 17, The burnt gas is heated by the heat radiation and the heat generated by the heating element, and the burnt gas whose temperature has decreased in the exhaust port 17 is heated. In this way, the higher temperature burned gas is introduced into the cylinder 18, thereby further increasing the in-cylinder temperature. This further stabilizes the compression ignition combustion.

また、エンジン1の負荷が高まり、内部EGR制御を中止したときには、セラミックヒータ81への通電も停止される。これによりエネルギーロスが抑制される。一方、セラミックヒータ81への通電が停止された後も、セラミックヒータ81の余熱が存在しているが、排気弁22の二度開きが中止されるため、セラミックヒータ81の余熱によって加熱された既燃ガスが気筒18内に導入されることはない。このことは、気筒18内の温度を不要に高めることを回避して、ノッキングの発生を回避する上で有利になる。   When the load on the engine 1 increases and the internal EGR control is stopped, the energization to the ceramic heater 81 is also stopped. Thereby, energy loss is suppressed. On the other hand, after the energization to the ceramic heater 81 is stopped, the residual heat of the ceramic heater 81 exists, but since the opening of the exhaust valve 22 is stopped twice, the residual heat of the ceramic heater 81 has already been heated. No fuel gas is introduced into the cylinder 18. This is advantageous in avoiding the occurrence of knocking by avoiding unnecessarily increasing the temperature in the cylinder 18.

例えば、セラミックヒータ81を、排気ポート17のスロートに配置する代わりに、又は、排気ポート17のスロートに配置することに加えて、吸気ポート16のスロートに配置してもよい。吸気ポート16のスロートに配置したセラミックヒータは、吸気行程時に吸気ポート16から気筒18内に導入されるガス(つまり、新気)を加熱して昇温する。従って、気筒内温度を高めて圧縮着火燃焼の安定化に寄与する。一方で、エンジン1の負荷が高まって、通電を停止した後も、吸気ポート16のスロートに配置したセラミックヒータは、その余熱によって新気を加熱してしまう。従って、吸気ポート16に加熱手段を配設することは、気筒内温度を不要に高めてしまう虞があり、この点で、加熱手段は、排気ポート17にのみ配設することが好ましい。   For example, the ceramic heater 81 may be disposed at the throat of the intake port 16 instead of being disposed at the throat of the exhaust port 17 or in addition to being disposed at the throat of the exhaust port 17. The ceramic heater disposed at the throat of the intake port 16 heats the gas (that is, fresh air) introduced from the intake port 16 into the cylinder 18 during the intake stroke to raise the temperature. Therefore, the in-cylinder temperature is increased, which contributes to stabilization of compression ignition combustion. On the other hand, even after the load on the engine 1 increases and the energization is stopped, the ceramic heater disposed at the throat of the intake port 16 heats fresh air due to the residual heat. Therefore, disposing the heating means at the intake port 16 may unnecessarily increase the in-cylinder temperature. In this regard, it is preferable that the heating means be disposed only at the exhaust port 17.

排気ポート17のスロートは、ガス流速が最も高まる箇所であり、ここにセラミックヒータ81を配置することは熱伝達率を高めて、既燃ガスからの吸熱、及び、既燃ガスへの放熱及び発熱体による加熱を、効率よく行うことが可能である。   The throat of the exhaust port 17 is a portion where the gas flow rate is the highest, and disposing the ceramic heater 81 here increases the heat transfer rate, and absorbs heat from the burned gas, and dissipates heat from the burned gas and generates heat. Heating by the body can be performed efficiently.

また、発熱体と蓄熱材との組み合わせは、既燃ガスの昇温に必要なエネルギ(消費電力)を可及的に低減する上で有利になる。特に、スロートに蓄熱材(セラミックヒータ81)を配置することにより、その蓄熱材と気筒18内から排出された直後の高温の既燃ガスとの温度差が大きくなって吸熱効率が高まる上に、既燃ガスの導入時には、排気ポート17内で温度が低下した既燃ガスと蓄熱材との温度差が大きくなって放熱効率が高まり、既燃ガスの昇温に、より有利になる。   Further, the combination of the heating element and the heat storage material is advantageous in reducing as much energy (power consumption) required for raising the temperature of the burned gas as possible. In particular, by disposing the heat storage material (ceramic heater 81) in the throat, the temperature difference between the heat storage material and the high-temperature burned gas immediately after being discharged from the cylinder 18 is increased, and the heat absorption efficiency is increased. When the burned gas is introduced, the temperature difference between the burned gas whose temperature has decreased in the exhaust port 17 and the heat storage material is increased, so that the heat radiation efficiency is increased, which is more advantageous for increasing the temperature of the burned gas.

また、そうしたセラミックヒータ81を、排気ポート17内に配置し、気筒18内には露出させないことにより、燃焼室内に熱源が設けられることが回避され、ノッキングの回避に有利になる。   Further, by disposing such a ceramic heater 81 in the exhaust port 17 and not exposing it in the cylinder 18, it is possible to avoid providing a heat source in the combustion chamber, which is advantageous in avoiding knocking.

また、前述したように、このエンジン1は、CIモードにおける圧縮着火燃焼の安定化を目的の一つとして、その幾何学的圧縮比を比較的高く設定しているが、セラミックヒータ81によって、圧縮着火燃焼の安定化が十分に図られるのであれば、エンジン1の幾何学的圧縮比を、その分低くすることも可能になる。このことは、機械抵抗損失の低減や冷却損失の低減といったメリットを得ることを可能にする。また、エンジン1の幾何学的圧縮比を低くすることは、例えば直噴インジェクタ67の配置を、図例に示すセンター噴射からサイド噴射に変更することも可能にする。   As described above, the engine 1 has a relatively high geometric compression ratio for the purpose of stabilizing compression ignition combustion in the CI mode. If the ignition combustion is sufficiently stabilized, the geometric compression ratio of the engine 1 can be lowered accordingly. This makes it possible to obtain merits such as a reduction in mechanical resistance loss and a reduction in cooling loss. Further, lowering the geometric compression ratio of the engine 1 makes it possible to change, for example, the arrangement of the direct injection injector 67 from the center injection shown in the figure to the side injection.

尚、セラミックヒータ81の形状は、図例に示すように無端の環状とする以外にも、図示は省略するが、その一部が切り離された有端の環状、又は、半円状としてもよい。また、図11に示すように、2つの排気ポート17それぞれに対応して配置された、概略半円状(「C」の字を左右反転させた形状)のヒータ同士を互いに連結することによって、全体として「3」の字をなすように形成してもよい。この形状のセラミックヒータ82は、点火プラグ25が配置される排気ポート17,17同士の間の狭い領域や、排気ポート17と吸気ポート16との間の狭い領域にヒータが配置されることを回避する上で有利であると共に、セラミックヒータ82によって吸気側を加熱してしまうことを回避する上でも有利である。   The shape of the ceramic heater 81 is not shown as an endless ring as shown in the figure, but although not shown in the figure, it may be an endless ring or a semicircular shape with a part thereof cut off. . Further, as shown in FIG. 11, by connecting heaters in a substantially semicircular shape (a shape obtained by horizontally inverting the “C” shape) disposed corresponding to each of the two exhaust ports 17, You may form so that the character of "3" may be made as a whole. The ceramic heater 82 of this shape avoids the heater being disposed in a narrow region between the exhaust ports 17 and 17 where the ignition plug 25 is disposed, or in a narrow region between the exhaust port 17 and the intake port 16. This is advantageous for avoiding the intake side from being heated by the ceramic heater 82.

尚、前記の構成では、排気ポートに、通電による発熱するセラミックヒータ81を配置しているが、これに代えて蓄熱材(つまり、発熱体を含まない)を排気ポートに配置してもよい。また逆に、発熱体(つまり、蓄熱材を含まない)を排気ポートに配置してもよい。   In the above-described configuration, the ceramic heater 81 that generates heat when energized is disposed in the exhaust port, but a heat storage material (that is, a heating element is not included) may be disposed in the exhaust port instead. Conversely, a heating element (that is, not including a heat storage material) may be disposed in the exhaust port.

また、前記の構成では、2つの排気ポート17,17のそれぞれに、セラミックヒータ81、82を配置しているが、例えば2つの排気ポート17,17のいずれか一方にのみ、セラミックヒータ81、82を配置してもよい。また、例えば排気弁22の二度開きにおいて、2つの排気弁22の内の一弁のみを開弁する構成においては、当該二度開きをする排気弁22に対応する排気ポート17にセラミックヒータ81を配置することが好ましい。   In the above configuration, the ceramic heaters 81 and 82 are disposed in the two exhaust ports 17 and 17, respectively. For example, the ceramic heaters 81 and 82 are provided only in one of the two exhaust ports 17 and 17. May be arranged. Further, for example, when the exhaust valve 22 is opened twice, only one of the two exhaust valves 22 is opened, the ceramic heater 81 is connected to the exhaust port 17 corresponding to the exhaust valve 22 opened twice. Is preferably arranged.

1 エンジン(エンジン本体)
10 PCM(制御器)
16 吸気ポート
17 排気ポート
18 気筒
22 排気弁
25 点火プラグ
67 直噴インジェクタ(燃料噴射弁)
81 セラミックヒータ(加熱手段)
82 セラミックヒータ(加熱手段)
1 Engine (Engine body)
10 PCM (controller)
16 Intake port 17 Exhaust port 18 Cylinder 22 Exhaust valve 25 Spark plug 67 Direct injection injector (fuel injection valve)
81 Ceramic heater (heating means)
82 Ceramic heater (heating means)

Claims (6)

少なくともガソリンを含有する燃料が気筒内に供給されるよう構成されたエンジン本体と、
吸気弁及び排気弁の開弁動作を少なくとも制御するように構成された制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記エンジン本体が少なくとも暖機後でかつ、その運転状態が所定の低負荷域にあるときには、吸気行程中に排気弁を開弁することによって前記気筒内に既燃ガスを導入すると共に、前記気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火モードとし、
前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火モードよりも負荷の高い領域にあるときには、前記気筒内への既燃ガスの導入が実質的に中止されるように、前記吸気行程中の前記排気弁の開弁動作を停止した状態で、前記エンジン本体を運転し、
前記気筒に連通する吸気ポート及び排気ポートの内、少なくとも前記圧縮着火モード時に前記吸気行程中に開弁する前記排気弁が配置されているポートには、前記気筒内に向かって当該ポートを通過するガスを加熱する加熱手段が設けられ
前記加熱手段は、前記制御器により作動及び非作動が切り替えられる発熱体を含んでおり、
前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記負荷の高い領域にあるときには、前記発熱体の作動を停止する圧縮着火式ガソリンエンジン。
An engine body configured to supply at least gasoline-containing fuel into the cylinder;
A controller configured to at least control the opening operation of the intake valve and the exhaust valve, and
The controller is
When the engine body is at least warmed up and its operating state is in a predetermined low load range, the burned gas is introduced into the cylinder by opening an exhaust valve during the intake stroke, and the cylinder A compression ignition mode in which the air-fuel mixture is compressed and ignited,
When the operating state of the engine body is in a region where the load is higher than that in the compression ignition mode, the introduction of the burned gas into the cylinder is substantially stopped so that the exhaust valve during the intake stroke is stopped. With the valve opening operation stopped, the engine body is operated,
Of the intake port and the exhaust port communicating with the cylinder, at least the port where the exhaust valve that opens during the intake stroke in the compression ignition mode is disposed passes through the port toward the inside of the cylinder. A heating means for heating the gas is provided ;
The heating means includes a heating element that can be switched between activated and deactivated by the controller,
The controller is a compression ignition type gasoline engine that stops the operation of the heating element when the operating state of the engine body is in the high load region .
請求項1に記載の圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、
前記加熱手段は、前記吸気ポート及び排気ポートの内、前記排気ポートにのみ設けられている圧縮着火式ガソリンエンジン。
The compression ignition type gasoline engine according to claim 1,
The heating means is a compression ignition type gasoline engine provided only in the exhaust port among the intake port and the exhaust port.
請求項1又は2に記載の圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が少なくとも全開負荷域にあるときには、点火プラグの駆動によって前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードとすると共に、その点火時期を、膨張行程において燃焼が開始するように遅角させる圧縮着火式ガソリンエンジン。
The compression ignition type gasoline engine according to claim 1 or 2 ,
The controller sets a spark ignition mode in which an air-fuel mixture in the cylinder is ignited by driving an ignition plug when the operating state of the engine body is at least in a fully open load region, and the ignition timing is burned in an expansion stroke. A compression ignition gasoline engine that retards to start.
請求項1〜のいずれか1項に記載の圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火モードの負荷領域に隣接する中負荷域にあるときには、前記気筒内への既燃ガスの導入が実質的に中止されるように、前記吸気行程中の前記排気弁の開弁動作を停止した状態で、前記気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火式ガソリンエンジン。
In the compression ignition type gasoline engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The controller is configured so that the introduction of burned gas into the cylinder is substantially stopped when the operating state of the engine body is in a medium load region adjacent to the load region in the compression ignition mode. A compression ignition gasoline engine that compresses and ignites an air-fuel mixture in the cylinder in a state in which the valve opening operation of the exhaust valve is stopped during an intake stroke.
請求項1〜のいずれか1項に記載の圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、
前記加熱手段は、蓄熱材を含む圧縮着火式ガソリンエンジン。
In the compression ignition type gasoline engine according to any one of claims 1 to 4 ,
The heating means is a compression ignition type gasoline engine including a heat storage material.
請求項1〜のいずれか1項に記載の圧縮着火式ガソリンエンジンにおいて、
前記加熱手段は、前記ポートのスロートに設けられている圧縮着火式ガソリンエンジン。
In the compression ignition type gasoline engine according to any one of claims 1 to 5 ,
The heating means is a compression ignition type gasoline engine provided at a throat of the port.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015096698A (en) * 2012-03-01 2015-05-21 日産自動車株式会社 Fuel injection control device of direct-injection type engine
JP5994700B2 (en) * 2013-03-25 2016-09-21 マツダ株式会社 Control device for spark ignition engine
JP6131803B2 (en) * 2013-09-25 2017-05-24 マツダ株式会社 Control device for compression ignition engine
JP6252167B2 (en) * 2013-12-26 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP6296428B2 (en) * 2016-03-29 2018-03-20 マツダ株式会社 Multi-cylinder engine controller
JP6311739B2 (en) * 2016-03-31 2018-04-18 マツダ株式会社 Engine control device
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004270566A (en) * 2003-03-10 2004-09-30 Toyota Industries Corp Premixed compression self-ignition type internal combustion engine
JP2005320948A (en) * 2004-04-08 2005-11-17 Toyota Industries Corp Premixed compression self-ignition engine and its operating method
JP4529764B2 (en) * 2005-03-31 2010-08-25 マツダ株式会社 4 cycle spark ignition engine control device for vehicle
JP4631635B2 (en) * 2005-09-21 2011-02-16 マツダ株式会社 Spark ignition engine

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