JP5794046B2 - Multi-cylinder engine - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒を有する多気筒エンジンに関する。 The present invention relates to a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders.
従来、ガソリンエンジンにおける低負荷領域での圧縮自己着火燃焼の実現のため、また、冷間始動時における触媒の早期昇温、早期活性化等のために、低負荷領域において気筒内に高温の排気を逆流(還流)させて気筒内に残留する高温の排気量を増大させ、これにより温度を高める技術(EGR技術)の開発が行われている。 Conventionally, in order to realize compression self-ignition combustion in a low load region in a gasoline engine, and to quickly raise and activate the catalyst at the time of cold start, high-temperature exhaust in the cylinder in a low load region The technology (EGR technology) has been developed to reverse the flow (reflux) of the engine to increase the amount of high-temperature exhaust gas remaining in the cylinder, thereby increasing the temperature.
圧縮自己着火燃焼は、燃焼室に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧の環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。この圧縮自己着火燃焼では、燃焼室の各所で同時多発的に自着火するため、火花点火による燃焼に比べて、高い熱効率が得られると言われている。しかしながら、圧縮自己着火燃焼を実現するためには、混合気を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そこで、この混合気の温度上昇を実現するために、高温の排気を気筒内に戻すEGR技術が用いられる。 In compression self-ignition combustion, the air-fuel mixture generated in the combustion chamber is compressed by a piston, and the air-fuel mixture is self-ignited in a high-temperature and high-pressure environment regardless of spark ignition. In this compression self-ignition combustion, it is said that high thermal efficiency can be obtained as compared with combustion by spark ignition because self-ignition occurs simultaneously and frequently in various places in the combustion chamber. However, in order to realize compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the mixture to a temperature at which self-ignition is possible. Therefore, in order to realize the temperature rise of the air-fuel mixture, an EGR technique for returning high-temperature exhaust gas into the cylinder is used.
例えば、下記特許文献1に開示されたエンジンでは、排気弁が排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁可能なように構成されており、気筒内の温度が低い低負荷領域において、排気弁を排気行程および吸気行程にも開弁させる排気二度開き制御を行うことで、高温の排気を気筒内に逆流させている。
For example, the engine disclosed in
前記のように、低速低負荷領域において、高温の排気を多量に気筒内に残留させて混合気の温度を高めることが望まれている。しかしながら、負荷の高い領域では、高温の排気が気筒内に多量に存在すると、混合気の温度が過剰に高くなり異常燃焼が生じる、あるいは、新気の導入量が少なくなりエンジントルクが低下するという問題がある。 As described above, in the low-speed and low-load region, it is desired to increase the temperature of the air-fuel mixture by leaving a large amount of high-temperature exhaust gas in the cylinder. However, if there is a large amount of high-temperature exhaust in the cylinder in a high-load region, the temperature of the mixture will become excessively high and abnormal combustion will occur, or the amount of fresh air introduced will decrease and the engine torque will decrease. There's a problem.
本発明は、このような事情に鑑み、低速低負荷領域において多量の高温の排気を気筒内に残留させつつ、低速高負荷領域において、気筒内の高温排気の残留量を少なく抑えることのできる多気筒エンジンの提供を目的とする。 In view of such circumstances, the present invention allows a large amount of high-temperature exhaust to remain in a cylinder in a low-speed and low-load region, while reducing the residual amount of high-temperature exhaust in the cylinder in a low-speed and high-load region. The purpose is to provide a cylinder engine.
前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートと排気ポートとがそれぞれ形成されるとともに、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記排気ポートを開閉可能な排気弁と、を有する複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第1状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第2状態とに変更可能であるとともに、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で連続的に変更可能な通路状態変更手段と、前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、前記制御手段は、エンジンの負荷が予め設定された第1基準負荷以上の第1運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第1状態にさせるとともに、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させ、エンジンの負荷が前記第1基準負荷よりも低い第2基準負荷未満の第2運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第2状態にさせ、前記第1運転領域と第2運転領域との間に設定されてエンジンの負荷が前記第2基準負荷以上かつ前記第1基準負荷未満の第3運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積まで、エンジンの負荷が増大するほど減少するように変更させることを特徴とする多気筒エンジンを提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a plurality of intake ports and exhaust ports, each having an intake valve capable of opening and closing the intake port, and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. An independent exhaust passage connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous with each other, and provided downstream of the independent exhaust passages. The exhaust manifold including a common exhaust passage in which exhaust that has passed through the independent exhaust passages gathers inside, and the flow state of the exhaust in the exhaust manifold, and the exhaust in each independent exhaust passage to the common exhaust passage The exhaust gases in the independent exhaust passages are close to each other and have a flow passage area so that negative pressure is generated in the other independent exhaust passages due to the ejector effect as they flow in. A first state in which the passages that are smaller toward the downstream side individually pass through the common exhaust passage and the exhaust in each independent exhaust passage passes through a passage having a larger flow area than the first state, and It can be changed to the second state flowing into the common exhaust passage, and the flow passage area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage is defined as the area in the first state. Passage state changing means capable of continuously changing between areas in the second state, valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve, operations of the intake valve and the exhaust valve, and the passage And a control means capable of controlling the operation of the state changing means and the operation of the valve driving means. The valve driving means resumes opening the exhaust valve again in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke. Actual valve operation A can be stopped, wherein, in the first reference load or more first operating region where the load of the engine is set in advance, it stops the restart valve operated by said valve drive means, said passage state change The exhaust gas distribution state in the exhaust manifold is changed to the first state by the means, the opening period of the intake valve of each cylinder and the opening period of the exhaust valve overlap each other by a predetermined overlap period, and the exhaust gas In order that the overlap period of one cylinder overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened between the cylinders in which the order is continuous, the valve drive means controls the intake valve and the exhaust valve of each cylinder. was driven, in the second operating region below the second reference load lower than the load of the engine is the first reference load, to execute the valve-reopening operation by said valve drive means At the same time, the passage state changing means causes the exhaust flow state in the exhaust manifold to be changed to the second state, and is set between the first operation region and the second operation region, so that the engine load is set to the second reference region. In the third operation region that is greater than or equal to the load and less than the first reference load, the restart valve operation is executed by the valve driving means, and the exhaust in each independent exhaust passage is caused to flow into the common exhaust passage by the passage state changing means. The multi-cylinder engine is characterized in that the flow passage area of the passage that passes through before flowing into the engine is changed from the area in the second state to the area in the first state so as to decrease as the engine load increases. (Claim 1).
本発明によれば、低負荷側の第2運転領域において気筒内に高温の排気を多量に逆流・残留させつつ、高負荷側の第1運転領域において高い掃気性能を実現して気筒内に逆流・残留する高温排気を少なく抑え、異常燃焼の抑制やエンジントルクの向上を実現することができる。 According to the present invention, high scavenging performance is achieved in the first operating region on the high load side while allowing a large amount of high-temperature exhaust gas to flow back and remain in the cylinder in the second operating region on the low load side , and back flow into the cylinder.・ Residual high-temperature exhaust can be reduced to suppress abnormal combustion and improve engine torque.
具体的には、本発明では、第1運転領域において、排気弁が排気行程のみに開弁され、排気マニホールド内の排気の流通状態が、第1状態、すなわち、エゼクタ効果によって独立排気通路内に負圧が生成されるように、各独立排気通路内の排気が、流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に流下して前記共通排気通路にそれぞれ独立して流入する状態にされるとともに、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒(吸気行程気筒)の前記オーバーラップ期間が他方の気筒(排気行程気筒)の排気弁が開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁が駆動される。そのため、オーバーラップ期間中の気筒(吸気行程気筒)の排気ポート内にエゼクタ効果による高い負圧を作用させて、これによりオーバーラップ期間中の掃気を促進させて、気筒内の高温排気の残留量、すなわち内部EGRガス量を少なく抑えることができる。 Specifically, in the present invention, in the first operating region, the exhaust valve is opened only during the exhaust stroke, and the exhaust gas distribution state in the exhaust manifold is changed to the first state, that is, the independent exhaust passage by the ejector effect. In order to generate a negative pressure, the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage independently through the passage where the flow passage area becomes smaller on the downstream side. In addition, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the overlap of one cylinder (intake stroke cylinder) between the cylinders in which the exhaust sequence is continued. The intake valve and the exhaust valve of each cylinder are driven so that the period overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder (exhaust stroke cylinder) is opened. Therefore, a high negative pressure due to the ejector effect is applied to the exhaust port of the cylinder during the overlap period (intake stroke cylinder), thereby promoting scavenging during the overlap period and the residual amount of high-temperature exhaust in the cylinder That is, the amount of internal EGR gas can be reduced.
一方、本発明では、第2運転領域において、気筒内に残留する高温排気量を確保するべく、排気弁が排気行程に加えて吸気行程でも開弁されて、排気行程で排気ポート内にいったん排出された排気が気筒内に逆流するよう制御されている。ここで、所定の気筒の吸気行程と他の気筒の排気行程とは一致する。そのため、この第2運転領域において、前記第1運転領域のように排気行程気筒から排気が高速で共通排気通路に流入し、高いエゼクタ効果が発揮されて吸気行程気筒に高い負圧が生成されると、開弁している排気弁を通して吸気行程気筒内およびその排気ポート内の高温排気が下流側に吸い出されてしまい、高温排気の逆流・残留量を確保できなくなるおそれがある。これに対して、本発明では、第2運転領域において、排気マニホールド内の排気の流通状態が、排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して共通排気通路に流入する第2状態とされ、共通排気通路に流入するまでの排気の膨張すなわち排気の速度低下が促進される。従って、この第2運転領域では、エゼクタ効果は弱められ、気筒内の高温排気の吸出しが抑制されて高温排気の逆流・残留量、すなわち内部EGRガス量が確保される。 On the other hand, in the present invention, in the second operation region, the exhaust valve is opened in the intake stroke in addition to the exhaust stroke in order to ensure the high-temperature exhaust amount remaining in the cylinder, and is once discharged into the exhaust port in the exhaust stroke. Control is performed so that the exhausted gas flows backward into the cylinder. Here, the intake stroke of a predetermined cylinder and the exhaust stroke of other cylinders coincide. Therefore, in the second operating region, exhaust flows from the exhaust stroke cylinder into the common exhaust passage at a high speed as in the first operating region, and a high ejector effect is exerted to generate a high negative pressure in the intake stroke cylinder. Then, the high-temperature exhaust gas in the intake stroke cylinder and its exhaust port is sucked downstream through the opened exhaust valve, and there is a risk that the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas cannot be secured. On the other hand, in the present invention, in the second operating region, the exhaust flow state in the exhaust manifold is such that the exhaust flows through the passage having a larger flow area than the first state and flows into the common exhaust passage. The exhaust gas is expanded until it enters the common exhaust passage, that is, the exhaust speed is reduced. Therefore, in the second operation region, the ejector effect is weakened, the suction of the high-temperature exhaust in the cylinder is suppressed, and the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust, that is, the internal EGR gas amount is secured.
さらに、本発明では、排気弁の吸気行程での開弁制御を実施する第1運転領域と、この制御を停止する第2運転領域との間に第3運転領域が設定されて、この第3運転領域においてエンジン負荷の増大に伴い内部EGRガス量が減少するよう構成されている。そのため、第1運転領域から第2運転領域へ、あるいは、その逆方向の変化時に、内部EGRガス量が急激に変化するのを抑制することができる。 Furthermore, in the present invention, a third operation region is set between the first operation region in which the valve opening control is performed in the intake stroke of the exhaust valve and the second operation region in which the control is stopped. In the operation region, the internal EGR gas amount is configured to decrease as the engine load increases. Therefore, it is possible to suppress the internal EGR gas amount from changing suddenly from the first operation region to the second operation region or when changing in the opposite direction.
具体的には、本発明では、第3運転領域において、排気弁の吸気行程での開弁制御を実施しつつ、独立排気通路から共通排気通路に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積に向かってエンジンの負荷が増大するほど減少させて、負荷の増大に伴ってエゼクタ効果すなわち排気を下流側へ吸いだす力を徐々に強めるように制御している。そのため、この第3運転領域では、排気弁の再開弁に伴い気筒内へ逆流しようとする排気を下流側に吸い出す力が、負荷の増大に伴って徐々に強められて、排気弁再開弁中の高温排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量が負荷の増大に伴って徐々に減少される。 Specifically, in the present invention, in the third operation region, the flow path of the passage through which the exhaust passes through the common exhaust passage from the independent exhaust passage while performing the valve opening control in the intake stroke of the exhaust valve. The area is decreased as the engine load increases from the area in the second state toward the area in the first state, and the ejector effect, that is, the force for sucking exhaust gas downstream is gradually increased as the load increases. Control to strengthen. Therefore, in this third operation region, the force for sucking the exhaust gas that is going to flow back into the cylinder downstream with the restart valve of the exhaust valve is gradually increased as the load increases, The backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas, that is, the internal EGR gas amount is gradually decreased as the load increases.
前記第2運転領域で実施される燃焼形態としては、例えば、自着火燃焼が挙げられる。すなわち、本発明の一実施形態として、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記気筒内に噴射するインジェクタを備え、前記第2運転領域において、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されるものが挙げられる(請求項2)。 Examples of the combustion mode implemented in the second operation region include self-ignition combustion. That is, as an embodiment of the present invention, an auto-ignition is provided in which an injector that injects fuel, at least part of which is made of gasoline, into the cylinder, and the air-fuel mixture in the cylinder burns by auto-ignition in the second operation region. A combustion mode is executed (Claim 2).
ここで、前記第1運転領域および第3運転領域においても自着火燃焼モードが実施される場合において自着火燃焼モードが実施される場合には、これら全運転領域において混合気を適正に自己着火可能な温度に調整する必要がある。すなわち、負荷が低い領域では混合気の温度が低くなりやすいため混合気の自己着火を実現するためには混合気の温度を高める必要がある。一方、負荷が高い領域では混合気の温度が過剰に高くなるやすいため燃焼騒音の増大やノッキングを回避するためには混合気の温度を低くする必要がある。 Here, when the self-ignition combustion mode is performed in the first operation region and the third operation region, the air-fuel mixture can be appropriately self-ignited in all the operation regions. It is necessary to adjust the temperature. That is, since the temperature of the air-fuel mixture tends to decrease in a region where the load is low, it is necessary to increase the temperature of the air-fuel mixture in order to realize self-ignition of the air-fuel mixture. On the other hand, since the temperature of the air-fuel mixture tends to be excessively high in a high load region, it is necessary to lower the temperature of the air-fuel mixture in order to avoid an increase in combustion noise and knocking.
これに対して、本発明では、低負荷側の第2運転領域において気筒内に高温の排気を多量に逆流・残留させつつ、高負荷側の第1運転領域において高い掃気性能を実現して気筒内に逆流・残留する高温排気を少なく抑えることができるとともに、これらの間の第3領域において負荷が増大するほど、すなわち、混合気の温度が高くなりやすく必要な混合気の温度の低減代が大きくなるほど、内部EGRガス量が減少するよう構成されている。そのため、第1、第2、第3運転領域全てにおいて、内部EGRガス量ひいては混合気の温度を適正に調整して、適正な自己着火燃焼を実現することができる。従って、本発明は、前記第1運転領域および第3運転領域においても自着火燃焼モードが実施される場合において、より効果的である(請求項3)。 In contrast, the present invention achieves high scavenging performance in the first operating region on the high load side while allowing a large amount of high-temperature exhaust gas to flow back and remain in the cylinder in the second operating region on the low load side . In addition to being able to suppress the high-temperature exhaust gas that flows back and remains in the interior, the load increases in the third region between them. It is comprised so that internal EGR gas amount may reduce, so that it becomes large. Therefore, in all of the first, second, and third operation regions, proper self-ignition combustion can be realized by appropriately adjusting the internal EGR gas amount, and hence the temperature of the air-fuel mixture. Therefore, the present invention is more effective when the auto-ignition combustion mode is performed also in the first operation region and the third operation region (Claim 3).
前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するとともに少なくとも前記第1状態において流路面積が下流側ほど小さくなる形状を呈する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該各ガス通路の流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項4)。 As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state changing means, the exhaust manifold is arranged such that the exhaust manifold is interposed between the downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage. Exhaust gas discharged from the downstream end of the exhaust passage flows independently, and at least in the first state, there is a constricted portion in which a plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side are formed inside. The passage state changing means can change the flow passage area of each gas passage, and by changing the flow passage area of each gas passage, the exhaust in each independent exhaust passage can be changed to the common exhaust passage. The flow path area of the passage that passes through until it flows into the pipe is changed between the area in the first state and the area in the second state (Claim 4).
この構成において、前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第1通路と第2通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するのが好ましい(請求項5)。 In this configuration, each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and the first passage and the common passage. A second passage communicating with the exhaust passage, and the passage state changing means changes a flow area of each gas passage by changing a communication amount between the first passage and the second passage. (Claim 5).
この構成によれば、絞り部内に第1通路と第2通路とを形成し、これら第1通路と第2通路との連通量を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。 According to this configuration, the first passage and the second passage are formed in the throttle portion, and the flow area of each gas passage is changed by simply changing the communication amount between the first passage and the second passage. As a result, the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold can be changed.
また、前記各ガス通路として、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、前記通路状態変更手段は、前記第2通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更するものを用いてもよい(請求項6)。 Further, as each gas passage, a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage A second passage communicating with the second passage, and the passage state changing means may change the flow passage area of each gas passage by changing the flow passage area of the second passage. Item 6).
この構成によれば、絞り部内に第1通路と第2通路とを形成し、第2通路の流路面積を変更するという簡単な構成で、各ガス通路の流路面積ひいては排気マニホールド内の排気の流通状態を変更することができる。 According to this configuration, the first passage and the second passage are formed in the throttle portion and the flow passage area of the second passage is changed. The distribution state of can be changed.
また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項7)。 As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state change means, the exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and each independent exhaust. A communication passage provided in the middle of the passage and communicating with the plurality of independent exhaust passages, and a communication state changing means capable of changing the communication state of the independent exhaust passages via the communication passage, Are formed with a plurality of gas passages that have a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream, and are arranged so that the exhaust discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently from each other. The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passages via the communication passage by the communication state changing means, so that the inside of each independent exhaust passage is changed. Mind include those that change between the area of the area and the second state in the first state the passage area of the passage which passes before flowing into the common exhaust passage (Claim 7).
また、前記排気マニホールドおよび前記通路状態変更手段の具体的構成としては、前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを連通して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉して当該バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更可能なバイパス通路開閉手段とを備え、前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更するものが挙げられる(請求項8)。 As a specific configuration of the exhaust manifold and the passage state change means, the exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and each independent exhaust. A bypass passage for connecting the passage and the common exhaust passage to bypass the throttle portion; and opening and closing the bypass passage to change a communication amount between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage A bypass passage opening / closing means capable of being provided, and the inside of the throttle portion has a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side, and the exhaust discharged from the downstream end of each independent exhaust passage flows independently. A plurality of gas passages are formed so that the passage state changing means is connected to the bypass passage opening / closing means via the bypass passage. By changing the communication amount between the vertical exhaust passage and the common exhaust passage, the flow passage area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage is changed in the first state. What changes between an area and the area in a 2nd state is mentioned (Claim 8).
以上説明したように、本発明によれば、低速低負荷領域において多量の高温の排気の逆流・残留を実現しつつ、低速高負荷領域において掃気性能を高めて高温排気の気筒内の高温の排気の逆流・残留量を少なく抑えて、異常燃焼の回避やエンジントルクの向上を実現することができる。 As described above, according to the present invention, high-temperature exhaust in a cylinder of high-temperature exhaust is achieved by improving scavenging performance in a low-speed and high-load region while realizing backflow / residue of a large amount of high-temperature exhaust in a low-speed and low-load region. Therefore, it is possible to avoid abnormal combustion and improve engine torque.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる多気筒エンジンの全体構成を示す図である。図2は、このエンジンの一部(主に排気マニホールド)を示す図である。図1に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒エンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、所定の方向並ぶ4つの気筒2(図2参照)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。具体的には、図2の右から順に第1気筒2a,第2気筒2b,第3気筒2c,第4気筒2dが形成されている。本実施形態では、前記エンジンはガソリンエンジンであり、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とする。なお、この燃料は、その中身が、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a part of this engine (mainly an exhaust manifold). The engine shown in FIG. 1 is a reciprocating piston type multi-cylinder engine mounted on a vehicle as a power source for driving driving. The
前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、各気筒2a〜2dにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180℃Aずつずれるように構成されている(図3参照)。本実施形態では、第1気筒2a→第3気筒2c→第4気筒2d→第2気筒2bの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。
The
前記ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されており、前記ピストン5の往復運動に応じて前記クランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。
The
前記ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。この燃焼室6には吸気ポート9および排気ポート10が開口し、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、前記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、各気筒につき前記吸気ポート9および排気ポート10が2つずつ設けられるとともに、前記吸気弁11および排気弁12も2つずつ設けられている。
A
ここで、当実施形態のエンジン本体1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、14以上という比較的高い幾何学的圧縮比を有するように設定されている。なお、幾何学的圧縮比の上限値は、実用上の観点等から30程度であると考えられるため、エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、14以上30以下の範囲の適宜の値に設定される。
Here, the
エンジンには、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサSW1、クランク軸7の回転角度(クランク角)ひいてはエンジンの回転数を検出するためのクランク角センサSW2、前記カムシャフトの角度を検出して気筒判別(各気筒が吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程にあるかの判別)用の信号を出力するカム角センサSW3、燃焼室6に流入する新気の温度を検出するための外気温センサSW4が、エンジン本体に取り付けられている。
Various sensors are attached to the engine. For example, a water temperature sensor SW1 for detecting the temperature of engine cooling water, a rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7, and a crank angle sensor SW2 for detecting the rotation speed of the engine, and the camshaft angle are detected. Cam angle sensor SW3 that outputs a signal for cylinder discrimination (determination of whether each cylinder is in an intake, compression, expansion, or exhaust stroke), an outside for detecting the temperature of fresh air flowing into the
前記吸気弁11および排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト(図示省略)等を含む動弁機構13,14によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。
The
前記吸気弁11用の動弁機構13には、CVVL15およびVVT16がそれぞれ組み込まれている。CVVL15は、連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11のリフト量を連続的に(無段階で)変更するものである。また、吸気VVT16は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11の開閉タイミング(位相角度)を可変的に設定するものである。これら吸気CVVL15および吸気VVT16は、エンジンの全ての吸気弁11のリフト量および開閉タイミングを変更できるように設けられており、吸気CVVL15および吸気VVT16の両方が駆動されると、各気筒2において一対の吸気弁11のリフト量および開閉タイミングが同時に変更されるようになっている。
前記のような構成の吸気CVVL15は既に公知であり、その具体例として、吸気弁11駆動用のカムをカムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置(レバー比)を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって前記カムの揺動量(吸気弁11を押し下げる量)を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる(例えば特開2007−85241号公報参照)。また、前記吸気VVT16についても、液圧式、電磁式、機械式など、種々のタイプのものが既に公知であり、その中から適宜のものを採用し得る。
The
前記排気弁12用の動弁機構14には、吸気行程中に排気弁12を押し下げる機能を有効または無効にするON/OFFタイプの可変バルブリフト機構(Variable Valve Lift Mechanism)であるVVL17が組み込まれている。排気VVL17は、排気弁12を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁12の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。排気VVL17は、エンジンの全ての排気弁12に対応して設けられており、かつ、各気筒2の一対の排気弁12に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できる。
The
このような構成の排気VVL17は既に公知であり、その具体例として、排気弁12駆動用の通常のカム(排気行程中に排気弁12を押し下げるカム)とは別に吸気行程中に排気弁12を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁12に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる(例えば特開2007−85241号公報参照)。
The
排気VVL17の作用により排気弁12が吸気行程中に開弁することで、排気行程で燃焼室6内からいったん排気ポート10に排出された高温の排気は燃焼室6(気筒2)に逆流する。この逆流により、燃焼室6内の高温排気の量すなわち内部EGRガス量は増大し、燃焼室6の高温化が図られるとともに、燃焼室6に導入される空気(新気)の量が低減される。以下では、このような排気弁12の再開弁(吸気行程中の開弁)による排気の逆流・残留操作を、排気二度開き制御と称する。
When the
エンジン本体1のシリンダヘッド4には、点火プラグ20およびインジェクタ21が、各気筒2につき1組ずつ設けられている。
The
インジェクタ21は、燃焼室6をその天井面(燃焼室6を覆うシリンダヘッド4の下面)から臨むように設けられている。各気筒2のインジェクタ21にはそれぞれ燃料供給管23が接続されており、各燃料供給管23を通じて供給される燃料(ガソリンを主成分とする燃料)が前記インジェクタ21の先端部から噴射される。
The
インジェクタ21は、その噴口が燃焼室6天井の中央部に位置するように設けられている。インジェクタ21は、例えば、多噴口型のインジェクタが用いられ、その先端部に複数(例えば12個)の噴口を有している。そして、インジェクタ21の各噴口から燃料が噴射されると、その燃料は、ピストン5の冠面(上面)に近づくほどボア径方向外側に拡がるように放射状に広がる。
The
点火プラグ20は、各気筒2の燃焼室6を上方から臨むように前記インジェクタ21と隣接して配置されている。この点火プラグ20は、燃焼室6に露出する電極を先端部に有し、図外の点火回路からの給電に応じて前記電極から火花を放電する。
The
エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路28および排気マニホールド50がそれぞれ接続されている。外部からの吸入空気(新気)は、前記吸気通路28を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された排気(既燃ガス)は、前記排気マニホールド50を通じて外部に排出される。排気マニホールド50の詳細構造については後述する。
An
吸気通路28は、単一の通路からなる共通通路部28cと、共通通路部28cの下流側端部に設けられたサージタンク28bと、気筒2ごとに分岐して設けられて前記サージタンク28bと各気筒2の吸気ポート9とを接続する分岐通路部28aとを有している。
The
吸気通路28の共通通路部28cには、スロットルバルブ25が開閉可能に設けられている。ただし、当実施形態では、前記CVVL15により吸気弁11のリフト量が調整され、また、排気VVL17により燃焼室6に逆流(残留)する排気の量が調整される。したがって、これらの操作に基づいて、スロットルバルブ25を操作することなく、燃焼室6に導入される空気(新気)の量を調整することが可能である。このため、スロットルバルブ25は、エンジンの停止時等を除いて、全開もしくはそれに近い値に維持される。
In the
(2)排気マニホールドの構成
排気マニホールド50の詳細について次に説明する。排気マニホールド50は、上流側から順に、3つの独立排気通路52と、可動部51と、触媒装置60とを備えている。ここで、排気マニホールド50のうち可動部51の後述する絞り部53よりも下流の部分が、各独立排気通路52を通過した全ての排気が内側で集合する共通排気通路50a(図2参照)を構成する。具体的には、この実施形態では、集合部58と、触媒装置60とが、共通排気通路50aを構成する。
(2) Configuration of Exhaust Manifold Details of the
(2−1)独立排気通路52の構成
図2に示すように、前記各独立排気通路52は、シリンダヘッド4に形成された前記各気筒2の排気ポート10に接続されている。具体的には、前記気筒2のうち第1気筒2aの排気ポート10と第4気筒2dの排気ポート10とは、それぞれ個別に独立排気通路52,52に接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10は、これら各気筒2b,2cから同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、二股上に形成された1つの独立排気通路52に接続されている。詳細には、この第2気筒2bと第3気筒2cの排気ポート10に接続されている独立排気通路52は、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に第2気筒2bの排気ポート10が接続され、他方に第3気筒2cの排気ポート10が接続されている。
(2-1) Configuration of
本実施形態では、第2気筒2bおよび第3気筒2cの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、これら気筒2b,2cの中間位置すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒2a,2dの排気ポート10に対応する独立排気通路52は、対応する各排気ポート10と対向する位置から前記第2気筒2bおよび第3気筒2cに対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。
In the present embodiment, the
図5は、図2のV−V線断面図である。この図5に示されるように、前記独立排気通路52の下流端52aの断面、すなわち、この下流端52aの開口形状は円形であり、これら円形の下流端52aは、車両後方に向かって斜め下方に延びる軸線L(図2参照)上の点O1を中心とする円の円周上に互いに等間隔に配列されている。
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. As shown in FIG. 5, the cross section of the
(2−2)可動部51の構成
図2等に示すように、可動部51は、二重管構造であって、円筒状の収容管51aの内側に絞り部53と集合部58とが収容された構造を有している。絞り部53と集合部58とは、上流側からこの順序で収容されている。収容管51aは、車両後方に向かって斜め下方に延びる前記軸線Lを中心軸として後ろ斜め下方に延びている。以下、この収容管51aの軸線Lを単に軸線Lと呼ぶ場合がある。
(2-2) Configuration of
(2−2−1)絞り部53の構成
図6は、外管55が最も上流側の位置にある状態(以下、この位置を流路面積最小位置という)における可動部51付近を拡大して示した断面図である。図7(a)は、図6のVII−VII線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。図7(b)は、図7(a)のうち後述する内管54のみを示した図である。図7(c)は、図7(b)のうち外管55のみを示した図である。図8(a)は、図6のVIII−VIII線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。図8(b)は、図8(a)のうち後述する内管54のみを示した図である。図8(c)は、図8(b)のうち後述する外管55のみを示した図である。図9は、図6のIX−IX線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。
(2-2-1) Configuration of
図10は、図6に対応する図であって、外管55が前記流路面積最小位置よりも下流側にスライドした状態における可動部51付近を拡大して示した断面図である。図11は、図9に対応する図であって、図10のIX−IX線断面図のうち絞り部53のみを示した図である。
FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 6 and is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the
絞り部53は、内管54と外管55とを有する。
The
内管54は、上下流方向に延びる管状部材である。内管54の内側には、上下流方向に延びる3つの第1通路54aが形成されている。内管54の外形は、その上流側部分が収容管51aの軸線Lを中心軸とする円筒形をなし、その下流側部分が前記軸線Lを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなすように構成されている。すなわち、内管54の外周面54gは、その上流側部分に設けられて軸線Lと平行に延びる円筒面54g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸線L側に傾斜する内管側傾斜面54g_2(内管側傾斜部)とからなる。内管54の下流端の外周面54gの径は、例えば、内管54の上流端の外周面54gの径の約半分に設定されている。
The
各第1通路54aは、軸線Lを中心軸とする円筒の円筒面上に互いに等間隔に並んでいる。各第1通路54aは、その内周面のうち軸線L側の部分がこの軸線Lに沿って延びる一方、その内周面のうち軸線Lから径方向に離間した側の部分が、内管54の外周面54gに沿って延びる形状を有している。この形状に伴い、各第1通路54aの流路面積は、下流側ほど小さくなっている。
The
具体的には、各第1通路54aの上流端54bは、図7(a)、(b)に示すように、それぞれ円形をなしている。一方、各第1通路54aの下流端54cは、図8(a)、(b)に示すように、1つの円を三分割した略扇形状をなしており、その面積は、前記円形の上流端54bの面積よりも小さい面積に設定されている。そして、各第1通路54aは、その円形の上流端54bから下流側に、所定量、同一流路面積で延びた後、この上流端54bよりも流路面積の小さい下流端54cに向かって徐々に縮径しつつ延びている。本実施形態では、第1通路54aの下流端54c全体で構成される円の径と、各第1通路54aの上流端54bの円の径とはほぼ同じ寸法に設定されている。
Specifically, the
内管54は、各第1通路54aの円形の上流端54bが、それぞれ前記各独立排気通路52の下流端52aと一致するように配置されている。そのため、各独立排気通路52の下流端52aから排出された排気は、対応する各第1通路54a内に個別に(独立して)流入する。
The
内管54の管壁のうち各第1通路54aに対応する部分には、これら第1通路54aと内管54の外側とを連通する連通口54dが形成されている。各連通口54dは、内管54の外周面54gのうち内管側傾斜面54g_2に開口しており、下流に向かって開口している。本実施形態では、各連通口54dは、略円形である。
A portion of the tube wall of the
内管54の管壁には、各第1通路54a間に対応する部分に、それぞれ内管54の外周面54gから軸線Lに向かって延びるとともに、上下流方向に延びる溝54eが形成されている。
On the tube wall of the
外管55は、上下流方向に延びる管状部材である。この外管55の内側には1つの通路が形成されており、この通路内に内管54が収容されている。外管55の内周面55gは、外管55が図6に示す流路面積最小位置にある状態において、内管54の外周面54gに沿って延びている。すなわち、外管55の内周面55gは、その上流側部分に設けられて前記軸Lと平行に延びる円筒面55g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸L側に傾斜する外管側傾斜面55g_2(外管側傾斜部)とからなる。外管55の外管側傾斜面55g_2は、外管55が流路面積最小位置にある状態において、内管54の内管側傾斜面54g_2に接触するように延び、この状態において、前記各連通口54dを塞ぐように構成されている。
The
図12に、外管55の一部の斜視図を示す。この図12および図7(a)等に示すように、外管55には、内管54の各溝54eに対応して、その内周面55gから軸線Lに向かって延びるとともに上下流方向に延びる区画壁55eが形成されている。これら区画壁55eは、各溝54e内に挿入されている。
FIG. 12 shows a perspective view of a part of the
外管55は、内管54に対して下流側に相対移動可能である。本実施形態では、内管54は動かず、外管55が軸線Lと平行に上下流方向にスライドする。なお、本実施形態では、外管55は、前記集合部58と一体に形成されており、集合部58とともに上下流方向にスライドする。
The
具体的には、図2に示すように、外管55の外周面には、スライドアクチュエータ(通路状態変更手段)55fが取り付けられている。スライドアクチュエータ55fは、後述するECU100の指令を受けて、外管55を軸線Lと平行に、図6に示す流路面積最小位置と、この流路面積最小位置よりも下流側の位置である図13に示す流路面積最大位置との間で連続的にスライドさせる。このとき、外管55の各区画壁55eは、内管54の各溝54e内をスライドする。
Specifically, as shown in FIG. 2, a slide actuator (passage state changing means) 55 f is attached to the outer peripheral surface of the
図6に示す流路面積最小位置において、外管55は、内管54の上流端から下流端まで延びる。前述のように、この状態において、外管55の内周面55gは、内管54の外周面54gと接触して、連通口54dを塞ぐ。連通口54dが塞がれると、各独立排気通路52から排出された排気は、絞り部53のうち第1通路54aのみを通過して流下する。このように、外管55が流路面積最小位置にある状態(第1状態)では、絞り部53内に形成されて各独立排気通路52から排出された排気が通過可能なガス通路は、第1通路54aのみで構成され、ガス通路の流路面積は最小面積となる。
6, the
一方、図10に示すように外管55が流路面積最小位置から下流側にスライド移動した状態では、外管55の内周面55gは内管54の外周面54gから下流側および径方向外側(軸線Lから離れる方向)に離間する。この離間に伴い、各連通口54dは開口され、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には第2通路55aが出現する。
On the other hand, as shown in FIG. 10, in the state where the
図11に示すように、外管55の各区画壁55eが内管54の各溝54e内に挿入されていることで、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には、区画壁55eによって、3つの第2通路55aが区画される。各第2通路55aは、各第1通路54aの径方向外側にそれぞれ位置して、各連通口54dを介して第1通路54aと連通する。
As shown in FIG. 11, each
このように外管55が流路面積最小位置から下流側にスライドした状態において、絞り部53内に形成されるガス通路は、第1通路54aと第2通路55aとによって構成される。そして、各独立排気通路52から排出された排気は、第1通路54aに流入した後、その一部が前記連通口54dを介して第2通路55a内にも流入するようになる。このように、外管55が流路面積最大位置にある状態では、各ガス通路の流路面積は最小面積よりも大きくなる。
As described above, in a state where the
前記第2通路55aの流路面積ひいては絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55の下流側へのスライド量が大きくなるほど大きくなる。具体的には、外管55が下流側へスライドするほど、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの離間量は大きくなり、それに応じて第2通路55aおよびガス通路の流路面積は大きくなる。
The flow passage area of the
本実施形態では、図13に示す流路面積最大位置にある状態において、外管55は、最も下流側に位置しており、この状態において第2通路55aおよびガス通路の流路面積は最大面積となる(第2状態)。この状態において、外管55の上流端は、内管54のうち円筒状を有する上流側部分の下流端に位置し、外管55は、この位置から下流側に延びている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、前記スライドアクチュエータ55fは、外管55の位置を、流路面積最小位置と、流路面積最大位置との間で連続的に変化させるのに伴い、各ガス通路の流路面積は、最小面積と最大面積との間で連続的に変更される。
In the present embodiment, the
(2―2−2)集合部58の構成
集合部58は、各独立排気通路52から排出されて絞り部53を通過した排気が合流する部分である。外管55の位置に関わらず、各独立排気通路52から排出されて絞り部53の各ガス通路に流入した排気は、この集合部58内に流入する。
(2-2-2) Configuration of
なお、図10に示すように、外管55が流路面積最大位置にある状態では、外管55は内管54よりも下流側に延びており、第1通路54aを通過した排気は、外管55の内側に流入して第2通路55aを通過した排気と合流した後、集合部58内に流入する。
As shown in FIG. 10, in a state where the
集合部58は、図6等に示すように、上流側から順に、ノズル部58a、混合部58b、ディフューザー部58cを備えている。本実施形態では、前述のように、集合部58は外管55と一体にスライド可能に連結されており、ノズル部58aは、外管55の下流端に一体に連結されてこの下流端から下流に延びている。
As shown in FIG. 6 and the like, the collecting
後述するように、本ガソリンエンジンでは、所定の運転領域(第1運転領域A1)において、絞り部53からノズル部58a内に高速で排気を排出させてエゼクタ効果を発揮させるよう構成されている。そのため、ノズル部58aの形状は、絞り部53から排出された排気が高い速度を維持したまま流下するように、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状に設定されている。本実施形態では、ノズル部58aは、下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状を有している。また、ノズル部58aの内周面は、絞り部53から流出した排気がこの内周面に沿って円滑に流下するように、外管55の下流側部分の内周面すなわち外管側傾斜面55g_2に連続して、下流に向かうに従って軸線Lに近づく方向に傾斜している。このノズル部58aの軸線Lに対する傾斜角度は、前記外管55の外管側傾斜面55g_2の傾斜角度とほぼ同じに設定されている。
As will be described later, the gasoline engine is configured to exhaust the exhaust gas from the
混合部58bは、ノズル部58aの下流端から下流側に延びる円筒形状を有しており、ノズル部58aの下流端の開口と同じ流路面積を有している。ディフューザー部58cは、この混合部58bの下流端から下流に向かうに従って流路面積が拡大する略円錐台形状を有している。
The mixing
このようにノズル部58aと混合部58bとで構成される部分では、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きい。そのため、排気はこのノズル部58aと混合部58bとを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力・温度は低下する。従って、ノズル部58aおよび混合部58bにおいて、排気の外部への放熱量は少なく抑えられる。そして、混合部58bを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部58cに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。
Thus, in the part comprised by the
また、前述のように、本実施形態では、集合部58および絞り部53は、中空の収容管51a内に挿入されている。そのため、これら集合部58および絞り部53の通過時における排気の外部への放熱はより一層抑制され、集合部58からは高い温度の排気が下流側に排出される。
Further, as described above, in the present embodiment, the collecting
(2−3)触媒装置60の構成
図1に示すように、触媒装置60は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置60は、触媒本体(触媒)64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体64は、排気中の有害成分を浄化するためのものであり、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する。この触媒本体64は、例えば、三元触媒を含有する。
(2-3) Configuration of
触媒本体64は、ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端61には所定の空間が形成されている。集合部58の下流端、詳細には、ディフューザー部58cの下流端はこのケーシング62の上流端61に接続されており、ディフューザー部58cから排出された排気はこのケーシング62の上流端61に流入した後、触媒本体64側へ進行する。
The catalyst
前述のように、集合部58からは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、このように集合部58に直接触媒装置60が接続されていることで、触媒装置60内には高温の排気が流入し、これにより、触媒本体64は早期活性化される、また、触媒本体64の活性状態が確実に維持される。
As described above, the exhaust gas having a high temperature is discharged from the collecting
(3)排気マニホールド50の作用
外管55が流路面積最小位置にある第1状態では、前述のように、絞り部53内のガス通路は、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有する第1通路54aのみで構成され、その流路面積は最小とされる。そのため、この第1状態では、各独立排気通路52から各第1通路54aに流入した排気は、第1通路54aの通過途中でその速度が高められ、高速でノズル部58a内に流入する。特に、本実施形態では、集合部58も、下流ほど流路面積が小さくなる形状を有している。そのため、各独立排気通路52から排出された排気は、集合部58においてもその速度を高く維持したまま流下する。この第1状態では、このように集合部58内を所定の第1通路54aから排出された排気が高速で通過する結果、エゼクタ効果によって、隣接する他の第1通路54a内およびこれと連通する独立排気通路52および排気ポート10内に比較的高い負圧量の負圧が生成される。
(3) Action of
一方、外管55が流路面積最小位置よりも下流側にある状態では、絞り部53内のガス通路は、第1通路54aと第2通路55aとで構成されて、その流路面積は最小面積よりも大きくされる。そのため、この状態では、各独立排気通路52から各第1通路54aに流入した排気は、第1状態のときよりもガス通路内での膨張が促進され、その速度が低く抑えられた状態で集合部58内に流入する。この結果、この外管55が流路面積最小位置よりも下流側にある状態では、エゼクタ効果により排気ポート10内に生成する負圧量が第1状態よりも小さく抑えられる。
On the other hand, in a state where the
絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55が最も下流側の流路面積最大位置にある状態において最大となり、この状態(第2状態)において、エゼクタ効果による負圧量は最も小さくなる。そして、絞り部53内のガス通路の流路面積は、外管55の位置が流路面積最小位置から流路面積最大位置に連続的に変更されるのに伴い、連続的に大きくなる。従って、エゼクタ効果による負圧量は、外管55の位置が流路面積最小位置から流路面積最大位置に連続的に変更されるのに伴い、連続的に小さくなる。
The flow passage area of the gas passage in the
このように、本実施形態では、外管55の位置が変更されることによって、排気マニホールド50内の排気の流通状態が、エゼクタ効果によって他の独立排気通路52内に負圧が生成されるように、各独立排気通路52内の排気が、互いに隣接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる第1通路54aをそれぞれ個別に通って共通排気通路50a(共通排気通路50aのうちの集合部58)に流入する第1状態と、各独立排気通路52内の排気が第1状態よりも流路面積の大きい通路(第1通路54aおよび第2通路55a)を通過して共通排気通路に流入する第2状態とに変更されるとともに、この第1状態と第2状態との間で各独立排気通路52内の排気が共通排気通路50aに流入するまでに通過する通路(本実施形態では絞り部53内のガス通路)の流路面積が連続的に変更され、これにより、各状態におけるエゼクタ効果によって所定の独立排気通路52内に生成される負圧量が変更される。
As described above, in the present embodiment, the position of the
(4)制御系
図4は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図4に示されるECU(制御手段)100は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(4) Control System FIG. 4 is a block diagram showing an engine control system. The ECU (control means) 100 shown in FIG. 4 is a device for comprehensively controlling each part of the engine, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like.
ECU100には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。ECU100は、エンジンに設けられた前記水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、および外気温センサSW4等と電気的に接続されており、これら各センサSW1〜SW4からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転数、気筒判別情報、および新気の温度といった種々の情報を取得する。
Various information is input to the
また、ECU100には、車両に設けられた各種センサからの情報も入力される。例えば、車両には、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSW5が設けられており、このアクセル開度センサSW5により検出されたアクセル開度が、ECU100に入力される。
In addition, information from various sensors provided in the vehicle is also input to the
ECU100が有するより具体的な機能について説明する。ECU100は、その主な機能的要素として、判定手段101、インジェクタ制御手段102、吸排気制御手段103、排気二度開き制御手段104、および、点火制御手段106、アクチュエータ制御手段107、を有している。
More specific functions of the
記判定手段101は、クランク角センサSW2の検出値から特定されるエンジン回転数と、アクセル開度センサSW4の検出値から特定されるエンジン負荷(目標トルク)とに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定するものである。なお、以下では、エンジン回転数をNe、エンジン負荷をTとする。 The determination means 101 determines the engine based on the engine speed specified from the detected value of the crank angle sensor SW2 and the engine load (target torque) specified from the detected value of the accelerator opening sensor SW4. It is determined each time whether it should be controlled in a manner. In the following, it is assumed that the engine speed is Ne and the engine load is T.
図14は、前記エンジン回転数Neおよび負荷Tに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図(制御マップ)である。エンジンの運転中、前記判定手段101は、この図14の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。 FIG. 14 is a setting diagram (control map) showing the types of control determined based on the engine speed Ne and the load T. During operation of the engine, the determination means 101 determines the control content of the engine so as to follow the control map of FIG.
図14の制御マップにおいて、所定の第2基準負荷T2よりも負荷が小さい領域であって全エンジン回転数にわたって、第2運転領域A2が設定されている。エンジン回転数が所定の回転数よりも高く、かつ、全負荷近傍の領域には、第4運転領域A4が設定されている。第2基準負荷T2よりも高い第1基準負荷T1以上の高負荷領域であって第4運転領域A4を除く領域には、第1運転領域A1が設定されている。なお、第4運転領域は、第2基準負荷T2よりも負荷の高い領域に設定されている。第1運転領域A1と第2運転領域A2との間には、第3運転領域A3が設定されている。すなわち、第3運転領域A3は、第2基準負荷T2以上第1基準負荷T1未満の中負荷領域であって、全エンジン回転数にわたって設定されている。 In the control map of FIG. 14, the second operation region A2 is set in a region where the load is smaller than the predetermined second reference load T2 and over the entire engine speed. A fourth operation area A4 is set in an area where the engine speed is higher than a predetermined speed and in the vicinity of the full load. The first operation region A1 is set in a high load region that is higher than the second reference load T2 and higher than the first reference load T1 and that excludes the fourth operation region A4. Note that the fourth operation region is set to a region where the load is higher than the second reference load T2. A third operation region A3 is set between the first operation region A1 and the second operation region A2. That is, the third operation area A3 is an intermediate load area that is greater than or equal to the second reference load T2 and less than the first reference load T1, and is set over the entire engine speed.
再び図4に戻って、インジェクタ制御手段102は、インジェクタ21に内蔵された図外のニードル弁(インジェクタ21の先端部の噴口を開閉する弁)を電磁的に開閉することにより、インジェクタ21から燃焼室6に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御する。
Referring back to FIG. 4 again, the injector control means 102 combusts from the
吸排気制御手段103は、吸気CVVL15および吸気VVT16を駆動することにより、吸気弁11のリフト量(開弁量)および開閉タイミングを変更するとともに、排気VVL17を駆動することにより排気弁12の開閉タイミングを変更する制御を行うものである。
The intake / exhaust control means 103 drives the intake CVVL15 and the intake VVT16 to change the lift amount (opening amount) and the open / close timing of the
排気二度開き制御手段104は、排気VVL17を駆動して排気弁12の吸気行程中の開弁を実行または停止することにより、燃焼室6に排気を逆流・残留させる操作(排気二度開き制御)の実施/停止を切り替える。なお、当実施形態において、排気弁12は1気筒あたり2つ設けられているので、吸気行程中に開弁する排気弁12の数を0,1,2の間で切り替えることにより、燃焼室6内に逆流・残留する排気の量(内部EGRガス量)を段階的に変化させることが可能である。
The exhaust double opening control means 104 drives the
点火制御手段106は、点火プラグ20による火花点火のタイミング(点火時期)等を制御する。ここで、後述するように、本実施形態のガソリンエンジンでは、全運転領域で圧縮自己着火燃焼を実施しており、点火プラグ20による火花点火は通常運転字には停止され、エンジンの暖機完了前等において用いられる。
The ignition control means 106 controls the timing of spark ignition (ignition timing) by the
(5)各運転領域での制御内容
次に、以上のような機能を有するECU100の制御に基づき、図14に示した各運転領域(A1,A2,A3,A4)で、それぞれどのような制御が実施されるのかを説明する。ECU100は、クランク角センサSW2およびアクセル開度センサSW4の各検出値に基づいて、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転数Ne)が図14の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図14中の第1運転領域A1と第2運転領域A2と第3運転領域A3と第4運転領域A4のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
(5) Control contents in each operation region Next, based on the control of the
(5−1)第2運転領域A2
低負荷領域からなる第2運転領域A2では、点火プラグ20による混合気の点火は停止されて、十分に混合された燃料と空気の混合気であって非常にリーンな混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる、リーンHCCI燃焼(Homogeneous−Charge Compression Ignition Combustion、予混合圧縮自己着火燃焼)モードが実行される。
(5-1) Second operation region A2
In the second operation region A2 including the low load region, the ignition of the air-fuel mixture by the
図15は、リーンHCCI燃焼モードが実行された際の、燃料噴射時期と吸排気弁11,12のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率(J/deg)を示す図である。この図15に示すように、このリーンHCCI燃焼モードでは、圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間のTDC)よりも十分に早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が十分に混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。
FIG. 15 is a diagram showing the fuel injection timing, the lift characteristics of the intake and
具体的に、当実施形態において、このリーンHCCI燃焼モードで運転されているときには、吸気行程中の所定時期にインジェクタ21から燃焼室6に対し比較的少量の燃料が噴射(P)され、この1回の燃料噴射Pにより一括噴射された少量の燃料と、吸気通路28から燃焼室6に導入される空気(新気)とに基づき形成される均質でかつリーンな混合気が、ピストン5の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、波形Qaに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。
Specifically, in this embodiment, when operating in this lean HCCI combustion mode, a relatively small amount of fuel is injected (P) from the
リーンHCCI燃焼モードでは、燃焼室6内に噴射される燃料重量Fに対する燃焼室6内の全ガスの重量Gの割合であるG/Fが、30以上(例えば35)となるように設定される。ただし、このように大幅にリーンでかつ均質な空燃比下では、燃焼室内の温度を意図的に上昇させないと、失火が起きるおそれがある。前述のように、本ガソリンエンジンでは、エンジン本体の幾何学的圧縮比が14以上と高い値に設定されており、ピストン5の圧縮作用により燃焼室内の温度をある程度まで高めることができるが、燃焼室内の温度が低い低負荷領域においてより安定した燃焼を実現するために、本実施形態では、燃焼室6(気筒2)内に残留する高温の排気すなわち内部EGRガス量を多く確保する制御が実施される。
In the lean HCCI combustion mode, G / F, which is the ratio of the weight G of the total gas in the
具体的には、第2運転領域A2では、排気VVL17を駆動して排気弁12を吸気行程中に開弁させることにより、燃焼室6で生成されて排気ポート10側に流出した排気を燃焼室6に逆流させる排気二度開き制御が実行される。すなわち、排気弁12は、通常、排気行程のみで開弁するが(図15のリフトカーブEX)、排気VVL17の駆動に基づき排気弁12を吸気行程でも開弁させることにより(リフトカーブEX’)、排気ポート10から燃焼室6に排気を逆流させる。
Specifically, in the second operation region A2, the
このように、高温の排気が燃焼室6に逆流することで、燃焼室6内に残留する高温の排気すなわち高温の内部EGRガスが多く確保される。そして、これにより燃焼室6内の混合気の温度が高温化される結果、混合気の自着火が促進される。なお、内部EGRガス量は、低負荷側ほど多く、高負荷側ほど少なく設定される。そのための制御として、例えば、第2運転領域A2における低負荷域(無負荷に近い領域)では、吸気行程中に開弁する排気弁12の数が2つとされ、それよりも負荷が高くなると、開弁数が1つに減らされる。
As described above, the high-temperature exhaust gas flows back into the
また、この第2運転領域A2では、前記絞り部53の外管55の位置が流路面積最大位置とされて、排気マニホールド50内の排気の流通状態が第2状態、すなわち、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積になる状態とされる。このような制御を実施するのは、次の理由に基づく。
In the second operation region A2, the position of the
前述のように、第2運転領域A2では、内部EGRガス量を確保するために吸気行程中に排気弁12が再開弁される。図3に示すように、所定の気筒(吸気行程気筒)2の吸気行程と、この吸気行程気筒2よりも排気行程が1つ後の気筒(排気行程気筒)2の排気行程とは一致する。従って、吸気行程気筒2において吸気弁11に加えて排気弁12が再開弁されている期間中に、排気行程気筒2内の排気は、絞り部53を通って集合部58へと排出される。
As described above, in the second operation region A2, the
前述のように、絞り部53の外管55の位置が流路面積最小位置であって排気マニホールド50内の排気の流通状態が第1状態にある場合は、所定の気筒2から排出された排気が第1通路54aを通過する際に、エゼクタ効果によって、他の気筒2の排気ポート10内に高い負圧が生成する。そのため、排気弁12の再開弁制御の実施時に、前記のように絞り部53の外管55の位置を流路面積最小位置とし排気マニホールド50内の排気の流通状態を第1状態とすると、排気弁12が再開弁している吸気行程気筒2の排気ポート10に、排気行程気筒2の排気により生成された高い負圧が作用して、吸気行程気筒2の排気ポート10内の排気が下流側に吸い出されてしまい、吸気行程気筒2内に逆流・残留する排気の量すなわち内部EGRガス量を十分に確保できなくなる。これに対して、前述のように、絞り部53の外管55の位置を流路面積最大位置とし排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とすれば、エゼクタ効果による負圧量は小さく抑えられる。
As described above, when the position of the
そこで、本エンジンでは、内部EGRガス量を多く確保したい第2運転領域A2において、エゼクタ効果により生じた負圧による吸気行程気筒2内および排気ポート10内の排気の下流側への吸出しを抑制するべく、前記絞り部53の外管55の位置を流路面積最大位置として排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とする。そして、エゼクタ効果による負圧量を小さく抑えて、排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量を確保する。
Therefore, in this engine, in the second operation region A2 where it is desired to secure a large amount of internal EGR gas, the suction of the exhaust gas in the
以上のようにして、第2運転領域A2では、G/Fが30以上という大幅にリーンの混合気が、多量の内部EGRガス量が確保されることで、自着火可能な温度にまで確実に高められて自着火燃焼し、これにより、NOxの発生が抑制されつつ、燃焼温度ひいては冷却損失の低減に伴う高い熱効率(燃費)が実現される。 As described above, in the second operation region A2, the lean air-fuel mixture with a G / F of 30 or more is surely brought to a temperature at which self-ignition is possible by securing a large amount of internal EGR gas. The self-ignition combustion is increased, thereby suppressing the generation of NOx, and realizing high thermal efficiency (fuel consumption) associated with reduction of the combustion temperature and thus the cooling loss.
(5−2)第1運転領域A1および第4運転領域A4
高負荷領域からなる第1運転領域A1および第4運転領域A4においても、第2運転領域A2と同様に、HCCI燃焼モードが実行される。すなわち、圧縮上死点よりも早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。
(5-2) First operation region A1 and fourth operation region A4
In the first operation region A1 and the fourth operation region A4 composed of the high load region, the HCCI combustion mode is executed as in the second operation region A2. That is, fuel is injected at a timing earlier than the compression top dead center, and the air-fuel mixture is self-ignited by the compression action of the
ただし、この第1運転領域A1および第4運転領域A4では、第2運転領域A2と異なり、負荷が高く多量の燃料が噴射されるため、燃焼室6内の着火後の温度圧力は高温・高圧となる。そのため、この第1運転領域A1および第4運転領域A4において、第2運転領域A2と同様に高温の排気を燃焼室6内に逆流・残留させたのでは、混合気の温度が過剰に高温となり、着火後に燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキング等の異常燃焼が生じやすくなる。特に、本実施形態では、エンジン本体1の幾何学的圧縮比が14と高い値に設定されているため、燃焼騒音およびノッキングの問題が顕著になる。
However, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, unlike the second operation region A2, the load is high and a large amount of fuel is injected, so the temperature pressure after ignition in the
そこで、第1運転領域A1および第4運転領域A4では、燃焼室6内に逆流・残留する高温の排気をより少なくするため、すなわち、燃焼室6内の残留ガスをより多く下流側へ吸い出すための制御が実施される。
Therefore, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, in order to reduce the high-temperature exhaust gas that backflows and remains in the
具体的には、第1運転領域A1および第4運転領域A4では、排気二度開き制御が停止されて、高温の排気が燃焼室6内に多量に逆流するのが禁止される。すなわち、排気弁12が排気行程中のみに開弁するよう、排気VVL17が調整される。また、吸気弁11、排気弁12および排気マニホールド50内の排気の流通状態が、以下に示す通り、第1運転領域A1と第4運転領域A4とにおいて、それぞれ、内部EGRガス量を少なく抑えることのできる適切な状態に調整される。
Specifically, in the first operation region A1 and the fourth operation region A4, the exhaust double opening control is stopped and high-temperature exhaust gas is prohibited from flowing back into the
(i)第1運転領域A1における吸気弁11等の制御方法
第1運転領域A1では、排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とが、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整される。詳細には、第1気筒2aの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第3気筒2cの排気弁12が開弁し、第3気筒2cの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第4気筒2dの排気弁12が開弁し、第4気筒2dの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第2気筒2bの排気弁12が開弁し、第2気筒2bの吸気弁11と排気弁12とがオーバーラップしている期間中に第1気筒2aの排気弁12が開弁するよう調整される。
(I) Control method of the
また、外管55の位置が流路面積最小位置とされて絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最小面積となり排気マニホールド50内の排気の流通状態が第1状態とされる。
Further, the position of the
このように外管55の位置が流路面積最小位置にある状態では、前述のように、所定の気筒2から排出された排気が第1通路54aを通過する際に、高いエゼクタ効果が発揮され、これによって、他の気筒2の排気ポート10内に高い負圧が生成する。そのため、前記のように排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とが、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整されていれば、所定の気筒(排気行程気筒)2の排気弁12が開弁してこの排気行程気筒2から排気が高速で排出されるのに伴って、オーバーラップ期間中にある吸気行程中の気筒(吸気行程気筒)2の排気ポート10内に高い負圧を生成することができ、この負圧によって吸気行程気筒2内の残留ガスを下流側へ吸いだすことができる。特に、排気弁12の開弁開始直後は気筒2から非常に高速で排気(いわゆるブローダウンガス)が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、吸気行程気筒2内の残留ガスの多くが下流側に吸い出される。
Thus, in a state where the position of the
以上のように、第1運転領域A1では、高いエゼクタ効果によって燃焼室6内の高温の残留ガスが下流側へ吸いだされ燃焼室6内の内部EGRガス量が少なく抑えられて、燃焼室6内の過剰な温度上昇が抑制される。そして、燃焼騒音の低減およびノッキングが抑制されて、適正なHCCI燃焼が実現される。
As described above, in the first operation region A1, the high-temperature residual gas in the
なお、本エンジンにおいて、前記吸気弁11および排気弁12の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図17に示すように、各弁11,12のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。
In the present engine, the valve opening timing and the valve closing timing of the
(ii)第4運転領域A4における吸気弁11等の制御方法
高速の全負荷近傍の領域からなる第4運転領域A4では、吸気弁11の開弁期間と排気弁12の開弁期間とのオーバーラップ量が、第1運転領域A1よりも少なくなるように調整される。また、第4運転領域A4では、外管55の位置が流路面積最大位置とされて、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされ、排気マニホールド50内の排気の流通状態が第2状態とされる。
(Ii) Control method of the
第4運転領域A4では、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷Tが高いことに伴い排気流量が大きい。そのため、第1運転領域A1のように、吸気弁11と排気弁12とをオーバーラップさせ、外管55の位置を流路面積最小位置として絞り部53内の各ガス通路の流路面積を小さい面積としたのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化が大きくなり、内部EGRガス量を十分に少なく抑えることが困難となる。そこで、本ガソリンエンジンでは、第4運転領域A4において、前記のような制御を実施する。
In the fourth operation region A4, the exhaust flow rate is large as the engine speed Ne and the engine load T are high. Therefore, as in the first operation region A1, the
このように制御されることで、第4運転領域A4では、各独立排気通路52から排出された排気は、流路面積が最大のガス通路を排気抵抗が小さく抑えられた状態で流下する。そのため、エンジンの背圧は小さく抑えられる。この背圧の低減に伴い掃気は促進され、内部EGRガス量が少なく抑えられる。また、排気のポンピングロスが小さく抑えられるとともに吸気効率が高められて、高いエンジントルクが実現される。
By being controlled in this way, in the fourth operation region A4, the exhaust discharged from each
(5−3)第3運転領域A3
中負荷領域からなる第3運転領域A3においても、前記第1運転領域A1、第2運転領域A2と同様に、HCCI燃焼モードが実行される。すなわち、圧縮上死点よりも早いタイミングで燃料が噴射され、燃料と空気の混合が混合された圧縮上死点付近においてこの混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる。
(5-3) Third operation region A3
Also in the third operation region A3 including the middle load region, the HCCI combustion mode is executed similarly to the first operation region A1 and the second operation region A2. That is, fuel is injected at a timing earlier than the compression top dead center, and the air-fuel mixture is self-ignited by the compression action of the
ただし、燃焼室6内の温度を高くする必要がある低負荷の第2運転領域A2と、燃焼室6内の温度を低くする必要がある高負荷の第1運転領域A1と、の間に設定された中負荷域の第3運転領域A3は、燃焼室6内の温度を比較的高くする必要がある運転領域(低負荷側の領域)と、燃焼室6内の温度を比較的低くする必要がある運転領域(高負荷側の領域)とを両方含んでいる。そのため、この第3運転領域A3では、燃焼室6内の温度を適正な温度とするために、負荷に応じて高温排気の逆流・残留量を調整する必要がある。そこで、この第3運転領域A3では、負荷が増大するに従って大きくなる必要な燃焼室6内の温度の低減代(負荷が増大するに従って小さくなる必要な燃焼室6内の温度の上昇代)に合わせて、負荷が増大するに従って高温排気の逆流・残留量を少なくするように制御される。
However, it is set between the low-load second operation region A2 in which the temperature in the
具体的には、排気二度開き制御が実行される。そして、図16に示すように、外管55の位置が流路面積最大位置から流路面積最小位置まで、負荷が増大するに従って徐々に上流側に変更される。すなわち、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が、負荷が増大するに従って徐々に小さい面積に変更される。図16は、所定のエンジン回転数における負荷方向の、排気二度開き制御の実施・停止および外管55の位置変化を示したものである。
Specifically, exhaust double opening control is executed. Then, as shown in FIG. 16, the position of the
このように制御されることで、第3運転領域A3では、エゼクタ効果により、排気弁12が再開弁している吸気行程気筒2の排気ポート10に作用する負圧量が負荷の徐々に伴って徐々に増大されて吸気行程気筒2内から下流側に吸い出される高温排気の量が徐々に増大していく。すなわち、負荷の増大に伴って掃気性能が徐々に高められていく。従って、この第3運転領域A3では、負荷の増大に伴い燃焼室6内への高温排気の逆流・残留量が徐々に低減されて、燃焼室6内の温度が負荷に応じた適正な温度に調整される。そして、燃焼室6内の温度が低いことによる失火や、燃焼室6内の温度が過剰に高いことによる高い燃焼騒音やノッキングが回避されて、適正なHCCI燃焼が実現される。
By being controlled in this way, in the third operation region A3, due to the ejector effect, the negative pressure amount acting on the
また、このように、多量の高温排気が燃焼室6内に逆流・残留するよう構成されて高温排気の逆流・残留量すなわち内部EGRガス量が多く設定された第2運転領域A2と、高温排気の逆流・残留が禁止、抑制されるよう構成されて内部EGRガス量が少なく設定された第1運転領域A1との間において、負荷が増大するほど(第2運転領域A2から第1運転領域A1に向かうほど)内部EGRガス量が少なく抑えられるよう制御されることで、第1運転領域A1と第2運転領域A2との間における負荷方向の内部EGRガス量の変化が小さく抑えられる。そのため、第1運転領域A1と第2運転領域A2との間での過渡時において、内部EGRガス量の急激な変化を抑制することができ、この急激な変化に伴う悪影響(トルクショックや騒音の増大等)を抑制することができる。
Further, the second operating region A2 is configured such that a large amount of high-temperature exhaust gas flows back and remains in the
(6)作用効果
以上説明したように、本エンジンでは、各運転領域においてエゼクタ効果による掃気性能を適正に調整し、これにより、高温排気の燃焼室6内への逆流・残留量を適正な量にして燃焼室6内の混合気の温度を適正な値に調整しており、全運転領域(低負荷領域A2、高負荷領域A1、中負荷領域A3)において適正なHCCI燃焼を実現することができる。
(6) Operational Effect As described above, in this engine, the scavenging performance by the ejector effect is appropriately adjusted in each operation region, and thereby, the backflow / residual amount of the high-temperature exhaust gas in the
特に、本実施形態では、絞り部53を内側に第1通路54aが形成された内管54とこの内管54を収容する外管55とで構成し、これら外管55と内管54との間に第2通路55aを区画するとともに、第2通路55aの流路面積を変更するという簡単な構成で、絞り部53内の各ガス通路の流路面積を変更しており、絞り部53の構造ひいては装置全体の構造を簡素化することができる。また、前記外管55を上下流方向にスライドさせるだけでよく、外管55の駆動構造を簡素化することができる。
In particular, in the present embodiment, the
(7)他の実施形態
(7−1)第2実施形態
第1実施形態では、全運転領域でHCCI燃焼を実施する場合について示したが、各運転領域の燃焼形態はこれに限らない。例えば、高負荷領域からなる第1運転領域A1において、点火プラグによって混合気を点火させ、これにより混合気を燃焼させる、火花点火燃焼を行ってもよい。この場合においても、高負荷の第1運転領域A1において、第1実施形態と同様の制御を実施することで、この第1運転領域A1での混合気の過剰な温度上昇に伴うノッキングや燃焼騒音の増大を回避することができる。具体的には、高負荷の第1運転領域A1において火花点火燃焼を実施する第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1運転領域A1において、排気二度開き制御を停止させ、排気弁12の開弁期間と吸気弁11の開弁期間とを、吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁12が他の気筒2のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように調整し、外管55の位置を、前記流路面積最小位置として排気マニホールド50内の排気の流通状態を第1状態とする。これにより、第2実施形態においても、第1運転領域A1での燃焼室6内の混合気の温度上昇を抑制して、ノッキング等を回避して適正な火花点火燃焼が実現される。
(7) Other Embodiments (7-1) Second Embodiment In the first embodiment, the case where HCCI combustion is performed in the entire operation region has been described, but the combustion mode in each operation region is not limited thereto. For example, in the first operation region A1 composed of a high load region, spark ignition combustion may be performed in which the air-fuel mixture is ignited by an ignition plug and the air-fuel mixture is combusted thereby. Even in this case, by performing the same control as in the first embodiment in the first operating region A1 with a high load, knocking and combustion noise associated with an excessive temperature rise of the air-fuel mixture in the first operating region A1. Can be avoided. Specifically, in the second embodiment in which spark ignition combustion is performed in the first operation region A1 with a high load, the exhaust double opening control is stopped in the first operation region A1 as in the first embodiment. In addition, the valve opening period of the
(7−2)第3実施形態
また、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行ってもよい。ここで、冷間始動時に、燃焼温度を高めて暖房性能を改善するとともに触媒を早期活性化させるためには、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行う場合であっても、この第2運転領域A2において燃焼室6内の内部EGRガス量を多く確保する制御を実施するのが好ましい。そのため、第2運転領域A2において火花点火燃焼を行う第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2運転領域A2では、排気二度開き制御を実行するとともに、排気マニホールド50内の排気の流通状態を第2状態とする。これにより、第2運転領域A2において燃焼室6内の内部EGRガス量を多く確保することができ、燃焼温度を高めることができる。
(7-2) Third Embodiment Further, spark ignition combustion may be performed in the second operation region A2. Here, at the time of cold start, in order to increase the combustion temperature to improve the heating performance and to activate the catalyst early, this second operation is performed even when spark ignition combustion is performed in the second operation region A2. It is preferable to perform control to ensure a large amount of internal EGR gas in the
(7−3)第4実施形態
第1実施形態では、ガス通路の流路面積を変更するための構成として、第2通路55aの流路面積を変更するものを挙げたが、ガス通路の流路面積を変更する構成はこれに限らない。
(7-3) Fourth Embodiment In the first embodiment, the configuration for changing the flow passage area of the gas passage has been described as the configuration for changing the flow passage area of the gas passage. The configuration for changing the road area is not limited to this.
例えば、絞り部内に形成された第1通路と第2通路との連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更するようにしてもよい。この連通量を変更することでガス通路の流路面積を変更する構成の一例を、図18、図19(a)(b)、図29(a)(b)に示す。図18は、第1実施形態の図7(a)に対応する図である。図19(a)、(b)は、外管155を省略した状態の絞り部153の斜視図であり、(a)が連通口154dを全閉とした状態、(b)が連通口154dを全開とした状態である。図20(a)、(b)は、絞り部153の断面図であり、(a)が図19(a)と対応する図、(b)が図19(b)と対応する図である。
For example, the flow passage area of the gas passage may be changed by changing the amount of communication between the first passage and the second passage formed in the throttle portion. An example of a configuration in which the flow passage area of the gas passage is changed by changing the communication amount is shown in FIGS. 18, 19A, 19B, and 29A, 29B. FIG. 18 is a diagram corresponding to FIG. 7A of the first embodiment. 19A and 19B are perspective views of the
図18〜図20に示す第4実施形態は、第1実施形態と同様に、内管154と外管155とを有する絞り部153を有している。内管154の外周面154gは、第1実施形態と同様に、その上流側部分に設けられて中心軸Lと平行に延びる円筒面154g_1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って絞り部153の中心軸L側に傾斜する内管側傾斜面154g_2とで構成されている。内管154の内側には、第1実施形態と同様に、下流側ほど流路面積が縮小する複数の第1通路154aが形成されている。
The fourth embodiment shown in FIG. 18 to FIG. 20 has a
一方、第4実施形態に係る外管155は、内管154に対して相対移動不能に固定されている。外管155は、その内周面155gが、内管154の外周面154gから径方向外側に離間して、これら内周面155gと外周面154gとの間に第2通路155aが区画された状態で固定されている。外管155の内周面155gは、内管154の外周面154gと平行に延びている。内管154の外周面154gのうち第1通路155a間に対応する位置には、径方向外側に向かって突出して外管155の内周面155gと当接する位置まで延びる区画壁154eが設けられており、外管155の内周面155gと内管154の外周面154gとの間には、第1通路155aと対応する位置にそれぞれ第2通路155aが形成されている。この第4実施形態では、3つの第1通路155aに対応して3つの第2通路155aが形成されている。内管154の管壁には、第1通路154aと第2通路155aとをそれぞれ連通する連通口154dが形成されている。各連通口154dは、内管154の外周面154gのうちの円筒面154g_1に開口している。
On the other hand, the
また、この第4実施形態に係る絞り部153には、各連通口154dをそれぞれ開閉可能な蓋159と、これら蓋159を駆動可能な回動アクチュエータ(通路状態変更手段、図示省略)が設けられている。
Further, the
各蓋159は、内管154の外周面154gに沿って延びている。回動アクチュエータは、各蓋159を、内管154の外周面154gに沿って周方向に移動させる。すなわち、回動アクチュエータは、各蓋159を、絞り部153の中心軸Lを中心として回動させる。そして、この回動アクチュエータは、図19(a)および図20(a)に示す各連通口154dを全閉にする位置と、図19(b)および図20(b)に示す各連通口154dを全開にする位置との間で移動させる。この移動により連通口154dの開口量は変化し、この開口量の変化に伴って、第1通路154aと第2通路155aとの連通量は変化する。そして、絞り部153のうち排気が通過するガス通路の流路面積は変化する。ここで、第1通路154aに流入した排気は、この連通量に応じた量だけ第2通路155a内に流入する。そのため、絞り部153のうち排気が通過するガス通路の流路面積は、この連通量と第1通路154aの流路面積により規定される。すなわち、第1通路154aの流路面積と前記連通口154dの開口面積との合計面積が、ガス通路の流路面積となる。
Each
この第4実施形態では、蓋159が連通口154dを全閉とする位置に配置されて、第1通路154aと第2通路155aとが連通しない状態とされることで、排気マニホールド内の排気の流通状態は、第1状態とされる。すなわち、連通口154dが全閉とされると、各気筒2から排出された排気は、それぞれ下流ほど流路面積が小さく設定された第1通路154aのみを通過することになる。そして、この状態とされることで、排気の速度は高められ、高いエゼクタ効果ひいては高い掃気性能が発揮される。
In the fourth embodiment, the
一方、この第4実施形態では、蓋159が前記連通口154dを全開とする位置に配置されて、第1通路154aと第2通路155aとの連通量が最大とされ、これによりガス通路の流路面積は最大とされて、排気マニホールド内の排気の流通状態が第2状態とされる。すなわち、連通口154dが全開とされると、各気筒2から排出された排気は、第1通路154aに加えて第2通路155aとの両方を通過して集合部に流入することになる。そして、この状態とされることで、排気の速度は抑えられ、エゼクタ効果による負圧量、ひいては、掃気性能が低く抑えられる。
On the other hand, in the fourth embodiment, the
また、この第4実施形態では、蓋159の位置が、連通口154dを全閉とする位置と、全開とする位置との間で連続的に変更されることで、独立排気通路452から集合部に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。
Further, in the fourth embodiment, the position of the
(7−4)第5実施形態
第1実施形態および第3実施形態では、絞り部内に形成されたガス通路の流路面積を変更することで、排気マニホールド内の排気の流通状態を、第1状態と、第2状態とに変更した場合について示したが、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する具体的構成はこれに限らない。
(7-4) Fifth Embodiment In the first and third embodiments, the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold is changed to the first by changing the flow passage area of the gas passage formed in the throttle portion. Although the case where the state is changed to the state and the second state is shown, the specific configuration for changing the flow state of the exhaust gas in the exhaust manifold is not limited to this.
例えば、図21および図22に示すような構成としてもよい。これらの図に示す第5実施形態に係るエンジンでは、第1実施形態と同様に、排気マニホールド450に、独立排気通路452と絞り部453とが設けられている。なお、これらの図は、排気マニホールド450のうち絞り部453よりも下流側の部分を省略した図である。一方、このエンジンでは、第1実施形態と異なり、気筒2毎に独立した独立排気通路452が設けられている。また、絞り部453内に形成されたガス通路の流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路452がその途中において互いに連通通路455により連通されている。また、この連通通路455に、この通路を開閉して連通通路455を介した独立排気通路452どうしの連通状態を変更可能なバルブ(連通状態変更手段、不図示)が設けられている。
For example, it is good also as a structure as shown to FIG. 21 and FIG. In the engine according to the fifth embodiment shown in these drawings, as in the first embodiment, the
具体的には、絞り部453は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路453aが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路453aは、各独立排気通路452に接続されており、各気筒2から排出された排気は各ガス通路453aに個別に流入する。図21および図22に示す例では、4つの気筒2に対して、4つの独立排気通路452および4つのガス通路453aが設けられている。そして、これら4つのガス通路453aは、図22に示すように、各ガス通路453aが隣接するように円周上に配列されている。
Specifically, the
また、前記連通通路455は、排気行程が連続しない気筒2に対応した独立排気通路452どうしを連通しており、前記バルブが全開とされて連通通路455を介して独立排気通路52どうしが連通された状態においても、各気筒2から排出された排気が干渉しないように構成されている。具体的には、第1気筒2aと第4気筒2dに対応する独立排気通路452どうしが連通され、第2気筒2bと第3気筒2cに対応する独立排気通路452どうしが連通されている。
The
この第5実施形態では、前記バルブが全閉とされることで、排気マニホールド450内の排気の流通状態は第1状態とされる。すなわち、前記バルブが全閉とされることで、各気筒2から排出された排気は、それぞれ1本の独立排気通路52および下流ほど流路面積が小さく設定された1本のガス通路453aのみを通過する状態とされる。そして、第1運転領域A1において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度はガス通路453の通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。
In the fifth embodiment, the exhaust state in the
一方、この第5実施形態では、前記バルブが全開とされることで、排気マニホールド450内の排気の流通状態は第2状態とされる。すなわち、前記バルブが全開とされることで、各気筒2から排出された排気は、対応する独立排気通路452に流入した後、連通通路455を介して他の独立排気通路452に分流し、前記排気は、2本の独立排気通路452に対応した2本のガス通路453aを含み、第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過してノズル部58aに流入することになる。そして、第2運転領域A2において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度は弱められ、エゼクタ効果が弱められることになる。
On the other hand, in the fifth embodiment, when the valve is fully opened, the exhaust circulation state in the
また、この第5実施形態では、バルブの開度が全閉と全開との間で連続的に変更されることで、独立排気通路452から絞り部453よりも下流側の通路(共通排気通路)内に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。具体的には、バルブの開度が全閉から全開に向かって大きくなるに従って流路面積は徐々に増大される。そして、各気筒2から排出された排気が対応する独立排気通路452とは別の独立排気通路452に分流する量が増大される。従って、この第5実施形態では、第3運転領域A3において、エンジン負荷が増大するほどバルブの開度が徐々に閉じ側に変更される。
Further, in the fifth embodiment, the opening degree of the valve is continuously changed between fully closed and fully opened, so that a passage downstream from the
(7−5)第6実施形態
また、排気マニホールド内の排気の流通状態を変更する構成として、図23に示すものを用いてもよい。
(7-5) Sixth Embodiment Further, the configuration shown in FIG. 23 may be used as a configuration for changing the exhaust flow state in the exhaust manifold.
この図23に示す第6実施形態に係るエンジンでは、第1実施形態と同様に、排気マニホールド550に、独立排気通路52と絞り部553とノズル部558aと混合部558bとディフューザー部558cとが設けられている。一方、このエンジンでは、第1実施形態と異なり、絞り部553内に形成された各ガス通路553aの流路面積が変更不能とされている。また、独立排気通路52の途中からそれぞれ絞り部553よりも下流側の部分である共通排気通路550aに延びて各独立排気通路52と共通排気通路550aとを接続し、排気を絞り部553をバイパスさせるバイパス通路555が設けられている。また、各バイパス通路555に、これらバイパス通路555を開閉するバイパスバルブ(バイパス通路開閉手段)555aが設けられている。ここで、第6実施形態では、各バイパス通路555は、共通排気通路550aのうち触媒装置60のケーシング61の上流端に接続されている。
In the engine according to the sixth embodiment shown in FIG. 23, as in the first embodiment, the
具体的には、絞り部553は、内側に下流側に向かって流路面積が縮小する複数のガス通路553aが形成された筒状部材のみからなる。各ガス通路553aは、各独立排気通路52に個別に接続されている。本実施形態では、第1実施形態と同様に、3つの独立排気通路52が設けられており、これらに対応して絞り部内には3つのガス通路553aが設けられている。これら3つのガス通路553aは、第1実施形態の第1ガス通路と同様に円周上に配列されている。
Specifically, the
この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全閉とされることで、排気マニホールド550内の排気の流通状態は第1状態とされる。すなわち、バイパスバルブ555aが全閉とされることで、各気筒2から排出された排気は、バイパス通路555側に分流することなくすべて、下流ほど流路面積が小さく設定されたガス通路553aに流入することになる。そして、この第6実施形態では、第1運転領域A1において、この状態とされることで、各独立排気通路52から排出された排気の速度はガス通路553aの通過時に高められて、高いエゼクタ効果が発揮されることになる。
In the sixth embodiment, the
一方、この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全開とされることで、排気マニホールド550内の排気の流通状態は第2状態とされる。具体的には、バイパスバルブ555aが全開とされることで、各気筒2から排出された排気は、対応する独立排気通路52に流入後、絞り部553内のガス通路553aとバイパス通路555とに分かれて流入し、その後触媒装置60のケーシング61の上流端で合流する。そのため、各独立排気通路52内の排気全体が共通排気通路550a、すなわち、ノズル部558aとケーシング61とに流入するまでに通過する通路の流路面積は絞り部553内のガス通路553aの流路面積とバイパス通路555の流路面積との合計面積となり、この通過通路の流路面積は第1状態よりも大きい面積とされる。そして、この第6実施形態では、第2運転領域A2において、この状態とされることで、各独立排気通路452から排出された排気の速度は弱められ、エゼクタ効果が弱められることになる。
On the other hand, in the sixth embodiment, the
また、この第6実施形態では、バイパスバルブ555aが全閉と全開との間で連続的に変更されて、バイパス通路555の流路面積すなわち所定の独立排気通路552からバイパス通路555に分流した排気が通過する通路の流路面積が変更されることで、ガス通路553aの流路面積とバイパス通路555の流路面積との合計面積、ひいては、独立排気通路552から触媒装置60のケーシング61内に流入するまでに排気が通過する通路の流路面積が変更される。具体的には、バイパスバルブ555aの開度が全閉から全開に向かって大きくなるに従って流路面積が増大される。従って、この第6実施形態では、第3運転領域A3において、エンジン負荷が増大するほどバイパスバルブ555aの開度が徐々に閉じ側に変更される。
Further, in the sixth embodiment, the
(7−6)その他の実施形態
また、前記第1実施形態では、図15を用いて、リーンHCCI燃焼モードにおける燃料の噴射時期や点火時期について例示したが、これはあくまで一例に過ぎず、燃料噴射時期や点火時期はエンジンの特性等によって適宜変更し得るものである。
(7-6) Other Embodiments In the first embodiment, the fuel injection timing and the ignition timing in the lean HCCI combustion mode are illustrated using FIG. 15, but this is only an example, and the fuel The injection timing and ignition timing can be appropriately changed depending on engine characteristics and the like.
また、前記実施形態では、リーンHCCI燃焼モードにおいて、G/Fを30以上に制御する場合について例示したが、G/Fではなく理論空燃比λを制御し、この理論空燃比をλ=2以上とする制御を実施してもよい。 In the above embodiment, the G / F is controlled to 30 or more in the lean HCCI combustion mode. However, the theoretical air-fuel ratio λ is controlled instead of G / F, and this theoretical air-fuel ratio is set to λ = 2 or more. You may implement control to.
2 気筒
10 排気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
16 VVT(バルブ駆動手段)
17 VVL(バルブ駆動手段)
50 排気マニホールド
50a 共通排気通路
52 独立排気通路
53 絞り部
55f スライドアクチュエータ(通路状態変更手段)
100 ECU(制御手段)
2
17 VVL (Valve drive means)
50
100 ECU (control means)
Claims (8)
1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続された独立排気通路と、前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて前記各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する共通排気通路とを含む排気マニホールドと、
前記排気マニホールド内の排気の流通状態を、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するのに伴いエゼクタ効果によって他の独立排気通路内に負圧が生成されるように、前記各独立排気通路内の排気が、互いに近接しかつ流路面積が下流側ほど小さくなる通路をそれぞれ個別に通って前記共通排気通路に流入する第1状態と、前記各独立排気通路内の排気が前記第1状態よりも流路面積の大きい通路を通過して前記共通排気通路に流入する第2状態とに変更可能であるとともに、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で連続的に変更可能な通路状態変更手段と、
前記吸気弁と前記排気弁とを駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記吸気弁と前記排気弁の動作、前記通路状態変更手段の動作、前記バルブ駆動手段の動作を制御可能な制御手段とを備え、
前記バルブ駆動手段は、前記排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止が可能であり、
前記制御手段は、
エンジンの負荷が予め設定された第1基準負荷以上の第1運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を停止させ、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第1状態にさせるとともに、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させ、
エンジンの負荷が前記第1基準負荷よりも低い第2基準負荷未満の第2運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって前記排気マニホールド内の排気の流通状態を前記第2状態にさせ、
前記第1運転領域と第2運転領域との間に設定されてエンジンの負荷が前記第2基準負荷以上かつ前記第1基準負荷未満の第3運転領域において、前記バルブ駆動手段によって前記再開弁動作を実行させるとともに、前記通路状態変更手段によって、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を、前記第2状態における面積から前記第1状態における面積まで、エンジンの負荷が増大するほど減少するように変更させることを特徴とする多気筒エンジン。 A multi-cylinder engine having a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port, and having an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port,
Independent exhaust passages respectively connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other, and exhaust gas that is provided downstream of each independent exhaust passage and passes through each independent exhaust passage is inside An exhaust manifold including a common exhaust passage gathering at
The exhaust gas in the exhaust manifold is circulated so that negative pressure is generated in the other independent exhaust passages due to the ejector effect as the exhaust gas in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. A first state in which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage individually through passages that are close to each other and whose flow path area decreases toward the downstream side; and the exhaust in each independent exhaust passage It is possible to change to the second state where the passage passes through a passage having a larger flow area than the first state and flows into the common exhaust passage, and the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. Passage state changing means capable of continuously changing the flow passage area of the passage that passes by the area between the area in the first state and the area in the second state;
Valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve;
Control means capable of controlling the operation of the intake valve and the exhaust valve, the operation of the passage state changing means, the operation of the valve driving means,
The valve driving means is capable of executing and stopping a restart valve operation for opening the exhaust valve again in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke.
The control means includes
In the first reference load or more first operating region where the load of the engine is set in advance, said stopping the restarting valve operated by valve driving means, the flow state of the exhaust in the exhaust manifold by the passage state changing means In the first state, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the cylinders of the one cylinder are in a continuous exhaust sequence. Driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder by the valve driving means so that the overlap period overlaps with the timing when the exhaust valve of the other cylinder is open,
In the second operating region below the second reference load lower than the load of the engine is the first reference load, with to execute the resuming valve operated by said valve drive means, in the exhaust manifold by the passage state changing means The exhaust flow is changed to the second state,
In the third operation region that is set between the first operation region and the second operation region and the engine load is greater than or equal to the second reference load and less than the first reference load, the restart valve operation is performed by the valve driving means. And the flow path area of the passage through which the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage by the passage state changing means is changed from the area in the second state to the first state. The multi-cylinder engine is made to change so as to decrease as the engine load increases up to the area at.
少なくとも一部がガソリンからなる燃料を前記気筒内に噴射するインジェクタを備え、
前記第2運転領域において、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されることを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to claim 1,
An injector for injecting at least a portion of gasoline fuel into the cylinder;
A multi-cylinder engine in which a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the cylinder burns by self-ignition is executed in the second operation region.
前記第1運転領域および第3運転領域においても、前記気筒内の混合気が自着火により燃焼する自着火燃焼モードが実行されることを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to claim 2,
A multi-cylinder engine in which a self-ignition combustion mode in which the air-fuel mixture in the cylinder burns by self-ignition is executed also in the first operation region and the third operation region.
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在して、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するとともに少なくとも前記第1状態において流路面積が下流側ほど小さくなる形状を呈する複数のガス通路が内側に形成された絞り部を有し、
前記通路状態変更手段は、前記各ガス通路の流路面積を変更可能であり、当該各ガス通路の流路面積を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold is interposed between the downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and exhaust exhausted from the downstream end of each independent exhaust passage independently flows into at least the first exhaust manifold. In one state, a plurality of gas passages having a shape in which the flow channel area becomes smaller toward the downstream side have a throttle portion formed inside,
The passage state changing means can change the flow passage area of each gas passage, and the exhaust gas in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage by changing the flow passage area of each gas passage. A multi-cylinder engine characterized in that the flow passage area of the passage that passes by is changed between the area in the first state and the area in the second state.
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第1通路と第2通路との連通量を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to claim 4,
Each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage. A second passage that communicates,
The multi-cylinder engine characterized in that the passage state changing means changes the flow area of each gas passage by changing a communication amount between the first passage and the second passage.
前記各ガス通路は、前記各独立排気通路の下流端から前記共通排気通路まで延びて前記各独立排気通路とそれぞれ個別に連通する第1通路と、当該各第1通路と前記共通排気通路とに連通する第2通路とを含み、
前記通路状態変更手段は、前記第2通路の流路面積を変更することで前記各ガス通路の流路面積を変更することを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to claim 4,
Each gas passage includes a first passage extending from a downstream end of each independent exhaust passage to the common exhaust passage and individually communicating with each independent exhaust passage, and each first passage and the common exhaust passage. A second passage that communicates,
The passage state changing means changes the flow passage area of each gas passage by changing the flow passage area of the second passage.
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路の途中に設けられて複数の独立排気通路どうしを連通する連通通路と、当該連通通路を介した独立排気通路どうしの連通状態を変更可能な連通状態変更手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記連通状態変更手段によって前記連通通路を介した前記独立排気通路どうしの連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。 The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and a communication passage provided in the middle of each independent exhaust passage to communicate a plurality of independent exhaust passages. And a communication state changing means capable of changing the communication state of the independent exhaust passages via the communication passage,
A plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side inside the throttle portion and exhaust gas discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently. Is formed,
The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passages via the communication passage by the communication state changing means, so that the exhaust in each independent exhaust passage flows into the common exhaust passage. The multi-cylinder engine is characterized in that the flow passage area of the passage that passes by the time is changed between the area in the first state and the area in the second state.
前記排気マニホールドは、前記各独立排気通路の下流端と前記共通排気通路との間に介在する絞り部と、前記各独立排気通路と前記共通排気通路とを連通して前記絞り部をバイパスさせるバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉して当該バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更可能なバイパス通路開閉手段とを備え、
前記絞り部の内側には、下流ほど流路面積が縮小する形状を有するとともに、前記各独立排気通路の下流端から排出された排気がそれぞれ独立して流入するように配置された複数のガス通路が形成されており、
前記通路状態変更手段は、前記バイパス通路開閉手段によって前記バイパス通路を介した前記独立排気通路と前記共通排気通路との連通量を変更することで、前記各独立排気通路内の排気が前記共通排気通路に流入するまでに通過する通路の流路面積を前記第1状態
における面積と第2状態における面積との間で変更することを特徴とする多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust manifold includes a throttle portion interposed between a downstream end of each independent exhaust passage and the common exhaust passage, and a bypass that bypasses the throttle portion by communicating each independent exhaust passage and the common exhaust passage. A bypass passage opening and closing means capable of changing a communication amount between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage by opening and closing the bypass passage;
A plurality of gas passages having a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream side inside the throttle portion and exhaust gas discharged from the downstream ends of the independent exhaust passages flows independently. Is formed,
The passage state changing means changes the amount of communication between the independent exhaust passage and the common exhaust passage via the bypass passage by the bypass passage opening / closing means, so that the exhaust in each independent exhaust passage is common to the common exhaust passage. A multi-cylinder engine characterized in that a flow passage area of a passage that passes through before entering the exhaust passage is changed between an area in the first state and an area in the second state.
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