JP5907013B2 - Spark ignition direct injection engine - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、火花点火式直噴エンジンに関するものである。 The technology disclosed herein relates to a spark ignition direct injection engine.
例えば、特許文献1に示すように、排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とを両立させる技術として、気筒内の混合気を圧縮着火させる燃焼形態が知られている。また、特許文献1に係るエンジンは、減速時に燃料カットを行うように構成されている。
For example, as shown in
ところで、前述のような燃料カット中は、気筒内では燃焼が行われないので、気筒内の酸素濃度が上昇する。つまり、燃料カット後の燃料噴射を再開する際には、燃料カット前と比べて、気筒内の酸素濃度が上昇している。 By the way, during the fuel cut as described above, since combustion is not performed in the cylinder, the oxygen concentration in the cylinder increases. That is, when the fuel injection after the fuel cut is resumed, the oxygen concentration in the cylinder is increased as compared with that before the fuel cut.
ここで、燃料噴射の再開時に圧縮着火燃焼を行う場合には、酸素濃度が高すぎると、気筒内の圧力上昇率(dP/dt)が急峻となってしまう。その結果、大きな燃焼騒音を招く虞がある。 Here, when performing compression ignition combustion at the time of resumption of fuel injection, if the oxygen concentration is too high, the pressure increase rate (dP / dt) in the cylinder becomes steep. As a result, there is a risk of causing large combustion noise.
ここに開示された技術は、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、燃料カット後の燃焼再開時における燃焼騒音を低減することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to reduce combustion noise at the time of resuming combustion after fuel cut.
ここに開示された技術は、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の圧力を設定するように構成された燃圧設定機構と、少なくとも前記燃料噴射弁及び前記燃圧設定機構を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備えた火花点火式直噴エンジンであって、前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあるときには、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードとなり、アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時には、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該燃料噴射弁の燃料噴射を再開させるように構成されており、前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域にある状況で前記燃料噴射を再開させるときには、前記燃圧設定機構によって前記燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にしかつ、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する過渡モードで前記エンジン本体を運転し、その後、燃料噴射時期を、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内に進角させて前記圧縮着火モードに移行するものとする。
The technology disclosed herein is configured to set an engine body having a cylinder, a fuel injection valve configured to inject fuel into the cylinder, and a pressure of the fuel injected by the fuel injection valve. A spark ignition type direct injection engine comprising: a fuel pressure setting mechanism that is configured; and a controller configured to operate the engine body by controlling at least the fuel injection valve and the fuel pressure setting mechanism, The controller is in a compression ignition mode in which the engine body is operated by performing compression ignition combustion in which the air-fuel mixture in the cylinder is combusted by self-ignition when at least the operation state of the engine body is in a predetermined low load region, When the engine body is decelerated when the accelerator is off, the fuel injection from the fuel injection valve is stopped and fuel cut is performed. The fuel injection of the fuel injection valve is resumed when the engine speed decreases to a predetermined value, and the fuel injection is resumed in a situation where the operating state of the engine body is in the predetermined low load region In the transient mode, the fuel pressure is controlled by the fuel pressure setting mechanism so that the fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more and the fuel injection is performed at least within the period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. The engine body is operated, and thereafter, the fuel injection timing is advanced within the period from the intake stroke to the middle of the compression stroke to shift to the compression ignition mode.
ここで、「低負荷領域」は、運転領域を低負荷、中負荷及び高負荷の3つの領域に区分した場合の低負荷としてもよい。「圧縮行程後期」は、圧縮行程を、初期、中期、及び後期の3つの期間に区分した場合の後期としてもよく、同様に、「膨張行程初期」は、膨張行程を、初期、中期、及び後期の3つの期間に区分した場合の初期としてもよい。 Here, the “low load region” may be a low load when the operation region is divided into three regions of low load, medium load, and high load. The “late compression stroke” may be the late phase when the compression stroke is divided into three periods, an initial phase, a middle phase, and a late phase. Similarly, the “expansion stroke initial phase” refers to the expansion stroke as the initial phase, the middle phase, and It is good also as the initial stage when it divides into three periods of the latter term.
前記の構成によれば、アクセルがオフ状態の減速時に燃料カットが実行される。燃料カットが実行されると、燃焼が行われないので、気筒内の酸素濃度は次第に上昇していく。そして、燃焼噴射を再開するときに気筒内の酸素濃度が高いまま圧縮着火燃焼を行わせると、圧縮行程期間中の過早着火の燃焼となって圧力上昇が急峻になり得る。 According to the above-described configuration, the fuel cut is executed at the time of deceleration when the accelerator is off. When the fuel cut is executed, combustion is not performed, so the oxygen concentration in the cylinder gradually increases. If the compression ignition combustion is performed while the oxygen concentration in the cylinder is high when the combustion injection is resumed, the premature ignition combustion during the compression stroke period may occur and the pressure rise may be steep.
そこで、エンジン本体の運転状態が通常は圧縮着火燃焼を行わせる所定の低負荷領域にある状況で燃料噴射を再開させるときには、燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にすると共に、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で燃料を気筒内に噴射する、過渡モードを実行する。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」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。 Therefore, when the fuel injection is resumed in a situation where the operation state of the engine body is normally in a predetermined low load region where compression ignition combustion is performed, the fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more, and the fuel is expanded from the latter stage of the compression stroke A transient mode is executed in which fuel is injected into the cylinder within the period up to the beginning of the stroke. This characteristic fuel injection mode is hereinafter referred to as “high pressure retarded injection” or simply “retarded injection”.
このように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの遅い時期に気筒内に燃料を噴射するため、圧縮着火は、概ね圧縮上死点以降となり過早着火が回避される。これにより、燃焼騒音が抑制される。 In this way, since fuel is injected into the cylinder at least at a later time from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, the compression ignition is generally after the compression top dead center and premature ignition is avoided. Thereby, combustion noise is suppressed.
また、燃料圧力を比較的高めることは、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くする。同一の燃料噴射量で比較した場合に、高い燃料圧力は、気筒内に燃料を噴射する期間、つまり噴射期間を短縮する。このことは、燃料噴射の開始から圧縮着火までの時間を比較的短くする上で有利になる。つまり、燃料が酸素濃度が高い混合気に晒される時間が短くなるため、この点においても、過早着火を回避することができる。 Further, relatively increasing the fuel pressure increases the amount of fuel injected per unit time. When compared with the same fuel injection amount, a high fuel pressure shortens the period during which fuel is injected into the cylinder, that is, the injection period. This is advantageous for relatively shortening the time from the start of fuel injection to compression ignition. That is, since the time during which the fuel is exposed to the air-fuel mixture having a high oxygen concentration is shortened, it is possible to avoid pre-ignition in this respect.
また、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あると共に、高い燃料圧力で気筒内に燃料を噴射することに伴い圧縮上死点付近にある気筒内の乱れが強まり、気筒内の乱れエネルギが高まる。これらの要因は、圧縮上死点付近にある気筒内における燃料のミキシング性を高め、比較的均質な可燃混合気を短時間で形成可能にする。 In addition, high fuel pressure is advantageous for atomization of the fuel spray injected into the cylinder, and turbulence in the cylinder near the compression top dead center increases as fuel is injected into the cylinder with high fuel pressure. The turbulent energy in the cylinder increases. These factors increase the mixing performance of the fuel in the cylinder near the compression top dead center so that a relatively homogeneous combustible mixture can be formed in a short time.
こうして、高い燃料圧力で燃料が噴射されることにより形成された比較的均質な混合気は、圧縮上死点以降において確実に圧縮着火し、膨張行程期間において安定的に燃焼する。つまり、燃料の噴射開始後、比較的均質な可燃混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降の、適切な時期に、その可燃混合気は、確実に圧縮着火するようになる。また、膨張行程ではモータリングにより気筒内圧力が次第に低下することから、燃焼による気筒内の圧力上昇が急峻になることが回避され、比較的緩慢かつ、安定的な燃焼となる。このことによっても、燃焼騒音が抑制される。尚、燃料噴射を分割して行うようにしてもよく、分割噴射の場合は、分割して行う複数回の燃料噴射の内の少なくとも1回は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの比較的遅い時期に行えばよい。 Thus, a relatively homogeneous air-fuel mixture formed by fuel injection at a high fuel pressure is reliably compressed and ignited after compression top dead center, and stably combusted during the expansion stroke period. That is, since a relatively homogeneous combustible mixture is rapidly formed after the start of fuel injection, the combustible mixture is reliably compressed and ignited at an appropriate time after the compression top dead center. Further, in the expansion stroke, the cylinder pressure gradually decreases due to motoring, so that the increase in pressure in the cylinder due to combustion is avoided, and the combustion becomes relatively slow and stable. This also suppresses combustion noise. The fuel injection may be divided and performed. In the case of divided injection, at least one of the divided fuel injections is relatively slow from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. Just go to the time.
こうして、過渡モードを行った後は、気筒内の酸素濃度が低下し、異常燃焼が生じ難くなる。そこで、過度モードの後には燃料噴射時期を進角させて、圧縮着火モードに移行する。 Thus, after performing the transient mode, the oxygen concentration in the cylinder decreases, and abnormal combustion is less likely to occur. Therefore, after the excessive mode, the fuel injection timing is advanced to shift to the compression ignition mode.
また、前記制御器が前記過渡モードとなるのは、前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域にあり且つ前記気筒内の温度が所定温度以上の状況で前記燃料噴射を再開させるときとしてもよい。 The controller enters the transient mode when the fuel injection is restarted when the operating state of the engine body is in the predetermined low load region and the temperature in the cylinder is equal to or higher than the predetermined temperature. Also good.
つまり、気筒内の温度が高温であるほど過早着火等の異常燃焼が生じ易いので、気筒内の温度が所定温度以上のときに高圧リタード噴射を実行するようにする。逆に、過早着火等の異常燃焼の可能性が低いときには、高圧リタード噴射を実行する必要がないので、通常の燃料圧力及び燃料噴射時期で燃料噴射を行う。こうすることで、混合気形成期間を長く確保することが可能になるから、均質混合気の形成に有利になり、圧縮着火モードにおいて着火性の向上及び燃焼安定性の向上が図られる。 That is, the higher the temperature in the cylinder, the more likely abnormal combustion such as pre-ignition occurs. Therefore, high pressure retarded injection is executed when the temperature in the cylinder is equal to or higher than a predetermined temperature. Conversely, when there is a low possibility of abnormal combustion such as premature ignition, it is not necessary to execute high pressure retarded injection, so fuel injection is performed at normal fuel pressure and fuel injection timing. This makes it possible to ensure a long mixture formation period, which is advantageous for the formation of a homogeneous mixture, and improves ignitability and combustion stability in the compression ignition mode.
また、前記制御器は、前記過渡モードにおいては、前記燃料噴射時期を前記気筒内の温度に応じて調整して、圧縮着火燃焼を行わせるようにしてもよい。 Further, in the transient mode, the controller may adjust the fuel injection timing according to the temperature in the cylinder to perform compression ignition combustion.
つまり、燃料の噴射時期を遅くしすぎると、失火する虞がある。そこで、気筒内の温度に応じて、燃料噴射時期を調整する。具体的には、気筒内の温度が低いほど、燃料噴射時期を進角させる。こうすることで、失火させることなく圧縮着火燃焼を行わせることができる。 That is, if the fuel injection timing is set too late, there is a risk of misfire. Therefore, the fuel injection timing is adjusted according to the temperature in the cylinder. Specifically, the fuel injection timing is advanced as the temperature in the cylinder is lower. By doing so, compression ignition combustion can be performed without misfire.
さらに、火花点火式直噴エンジンは、前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグをさらに備え、前記制御器は、前記過渡モードにおいては、前記点火プラグを圧縮上死点以降に作動させるようにしてもよい。 Further, the spark ignition direct injection engine further includes an ignition plug disposed so as to face the cylinder and configured to ignite an air-fuel mixture in the cylinder, and the controller includes the transient mode. In this case, the spark plug may be operated after compression top dead center.
つまり、過渡モードにおいて、圧縮上死点以降に補助的に点火プラグを作動させて点火を行ってもよい。これにより、失火を確実に回避することができる。 That is, in the transient mode, ignition may be performed by operating the spark plug auxiliary after the compression top dead center. Thereby, misfire can be avoided reliably.
また、前記制御器は、前記燃圧設定機構によって燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にして前記エンジン本体を運転する高燃圧モードを有し、前記高燃圧モードから前記燃料カットを実行するときには、前記圧縮着火モードに移行するまでは該高燃圧モードにおける燃料の圧力を維持させるように前記燃圧設定機構を制御するようにしてもよい。 Further, the controller has a high fuel pressure mode in which the fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more by the fuel pressure setting mechanism to operate the engine body, and when the fuel cut is performed from the high fuel pressure mode, The fuel pressure setting mechanism may be controlled so that the fuel pressure in the high fuel pressure mode is maintained until the compression ignition mode is entered.
前記の構成よれば、制御器は、エンジン本体の運転状態によっては燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧に設定している。そのような運転状態から燃料カットを実行するときには、いずれ燃焼噴射の再開時に高い燃料圧力での燃焼噴射を実行するので、燃料の圧力を下げずに高い圧力のまま維持するようにする。こうすることで、燃料噴射を再開するときには、高い圧力の燃料を早期に噴射することができる。 According to the above configuration, the controller sets the fuel pressure to a high fuel pressure of 30 MPa or more depending on the operating state of the engine body. When the fuel cut is executed from such an operating state, the combustion injection at a high fuel pressure is executed when the combustion injection is restarted. Therefore, the fuel pressure is maintained at a high pressure without lowering. By so doing, when restarting fuel injection, high pressure fuel can be injected early.
また、火花点火式直噴エンジンは、排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流機構をさらに備え、前記制御器は、前記燃料カット中は、前記排気還流手段によって前記気筒内に前記排気ガスを導入するようにしてもよい。 The spark ignition direct injection engine further includes an exhaust gas recirculation mechanism configured to introduce exhaust gas into the cylinder, and the controller includes the exhaust gas recirculation means during the fuel cut by the exhaust gas recirculation means. You may make it introduce | transduce the said exhaust gas.
前記の構成によれば、燃料カット中に気筒内に排気ガスが導入される。その結果、燃料カット中における気筒内の酸素濃度上昇を抑制することができる。 According to the above configuration, the exhaust gas is introduced into the cylinder during the fuel cut. As a result, an increase in oxygen concentration in the cylinder during fuel cut can be suppressed.
前記火花点火式直噴エンジンによれば、燃料カット後の燃料噴射の再開時に高圧リタード噴射を行うことによって、燃焼騒音を低減することができる。 According to the spark ignition direct injection engine, combustion noise can be reduced by performing high pressure retarded injection when resuming fuel injection after fuel cut.
以下、火花点火式直噴エンジン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が設けられたシリンダブロック11(尚、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)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、潤滑油が貯留されたオイルパン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、図3に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型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 spark ignition direct injection 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
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、15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15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。
The
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
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2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22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。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。つまり、排気弁22及びVVL71は、排気還流機構の1つ、例えば、第1排気還流機構を構成する。また、VVL71が動弁機構を構成する。
Among the valve systems that drive the
以下の説明においては、VVL71を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「VVL71をオフにする」といい、VVL71を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「VVL71をオンにする」という場合がある。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。
In the following explanation, operating the
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
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インジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、図3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。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定され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、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、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。インジェクタ67が燃料噴射弁を構成する。
In addition, an
図3に矢印で示すように、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。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、混合気形成期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、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採用してもよい。
As indicated by the arrows in FIG. 3, the fuel spray injected radially from the central portion of the
図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。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、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。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インジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、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、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燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最大で120MPa程度に設定してもよい。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、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。この燃料供給システム62が燃圧設定機構を構成する。
A fuel tank (not shown) and the
シリンダヘッド12にはまた、図3に示すように、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、この例では、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3に示すように、点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。
As shown in FIG. 3, a
エンジン1の一側面には、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, an
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
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ことが可能である。
Between the
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。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42が触媒を構成する。
The upstream portion of the
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(EGRガス)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。これらEGR通路50、主通路51、EGR弁511、EGRクーラ52、EGRクーラバイパス通路53及びEGRクーラバイパス弁531が排気還流機構の1つ、例えば、第2排気還流機構を構成する。
A portion between the
また、エンジン1は、減速回生システム80を備えている。減速回生システム80は、エンジン1により駆動されて発電する発電機(オルタネータ)81と、発電機81が接続されたバッテリ82とを有している。この発電機81は、エンジン1の運転中は、エンジン1のクランク軸によりベルトを介して回転駆動される。ただし、発電機81は、エンジン1により駆動されて発電する発電状態と、エンジン1により駆動されても発電しない非発電状態とを切換え可能に構成されている。発電機81の発電電力は、バッテリ82に蓄電されたり、車両電気負荷(図示省略)に供給されたりする。尚、バッテリ82の代わりにキャパシタ等の蓄電装置を用いてもよい。
The
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
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O2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O2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、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、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
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、これに応じてインジェクタ67、点火プラグ25、吸気弁側のVVT72及びCVVL73、排気弁側のVVL71、燃料供給システム62、発電機81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
図4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性能の向上を目的として、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。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うCI(Compression Ignition)モード(圧縮着火モード)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。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
FIG. 4 shows an example of the operation region of the
CIモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて3つの領域に分けられている。具体的に、CIモードにおいて負荷が最も低い領域(1)では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いEGRガス(以下、ホットEGRガスともいう)を気筒18内に導入する。これは、VVL71をオンにして、排気弁22を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットEGRガスの導入は、気筒18内の圧縮端温度を高め、軽負荷である領域(1)において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める上で有利になる。領域(1)ではまた、図5(a)に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、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、均質なリーン混合気を形成する。混合気の空気過剰率λは、例えば2.4以上に設定してもよく、こうすることで、RawNOxの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。そうして、そのリーン混合気は、図5(a)に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。
The CI mode is further divided into three areas according to the engine load. Specifically, in the region (1) where the load is the lowest in the CI mode, in order to improve the ignitability and stability of the compression ignition combustion, the EGR gas having a relatively high temperature (hereinafter also referred to as hot EGR gas) is used as the cylinder. 18 is introduced. This is because the
詳細は後述するが、領域(1)における負荷の高い領域、具体的には、領域(1)と領域(2)との境界を含む領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒18内に燃料を噴射するものの、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する。理論空燃比にすることにより、三元触媒が利用可能になると共に、SIモードとCIモードとの間の切り替え時の制御が簡素化し、さらに、CIモードを高負荷側へ拡大可能にすることにも寄与する。
Although details will be described later, in a region with a high load in region (1), specifically, a region including the boundary between region (1) and region (2), at least within a period from the intake stroke to the middle of the compression stroke Although the fuel is injected into the
CIモードにおいて、領域(1)よりも負荷の高い領域(2)では、領域(1)の高負荷側と同様に、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒18内に燃料を噴射し(図5(a)参照)、均質な理論空燃比(λ≒1)の混合気を形成する。
In the CI mode, in the region (2) where the load is higher than that in the region (1), as in the high load side of the region (1), at least in the period from the intake stroke to the middle of the compression stroke, fuel is injected into the
領域(2)ではまた、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、過早着火を回避するためにホットEGRガス量を低下させる。これは、気筒18内に導入する内部EGRガス量の調整による。
In the region (2), the temperature in the
領域(2)ではさらに、相対的に温度の低いEGRガス(以下、クールドEGRガスともいう)を気筒18内に導入する。こうして高温のホットEGRガスと低温のクールドEGRガスとを適宜の割合で気筒18内に導入することにより、気筒18内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。尚、ホットEGRガス及びクールドEGRガスを合わせた、気筒18内に導入されるEGRガスの割合としてのEGR率は、混合気の空気過剰率をλ≒1に設定する条件下で可能な限り高いEGR率に設定される。従って、領域(2)においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大するから、EGR率は次第に低下するようになる。
In the region (2), EGR gas having a relatively low temperature (hereinafter also referred to as “cooled EGR gas”) is introduced into the
CIモードとSIモードとの切り替え境界線を含む、CIモードにおいて最も負荷の高い領域(3)では、気筒18内の圧縮端温度がさらに高くなるため、領域(1)や領域(2)のように、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒18内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じるようになる。一方、温度の低いクールドEGRガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、気筒18内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ないため、この領域(3)では、気筒18内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図5(b)に示すように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内で、気筒18内に燃料噴射を実行するものである。このような高圧リタード噴射により、領域(3)での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射に詳細については、後述する。
In the region (3) where the load is highest in the CI mode, including the boundary line between the CI mode and the SI mode, the compression end temperature in the
領域(3)では、領域(2)と同様に、高温のホットEGRガスと低温のクールドEGRガスとを適宜の割合で気筒18内に導入する。このことにより、気筒18内の圧縮端温度を適切にして圧縮着火燃焼の安定化を図る。
In the region (3), similarly to the region (2), high-temperature hot EGR gas and low-temperature cooled EGR gas are introduced into the
エンジン負荷の高低に応じて3つの領域に分けられたCIモードに対して、SIモードは、エンジン回転数の高低に応じて、領域(4)と領域(5)との2つの領域に分けられている。領域(4)は、図例においては、エンジン1の運転領域を低速、高速の2つに区分したときの低速域に相当し、領域(5)は高速域に相当する。領域(4)と領域(5)との境界はまた、図4に示す運転領域において、負荷の高低に対して回転数方向に傾いているが、領域(4)と領域(5)との境界は図例に限定されるものではない。
In contrast to the CI mode divided into three regions according to the engine load, the SI mode is divided into two regions, region (4) and region (5), according to the engine speed. ing. The region (4) corresponds to a low speed region when the operation region of the
領域(4)及び領域(5)のそれぞれにおいて、混合気は、領域(2)及び領域(3)と同等に、理論空燃比(λ≒1)に設定される。従って、混合気の空燃比は、CIモードとSIモードとの境界を跨って理論空燃比(λ≒1)で一定にされる。これは、三元触媒の利用を可能にする。また、領域(4)及び領域(5)では、基本的にはスロットル弁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及び外部EGRガス量を調整する。こうして気筒18内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のEGRガスを気筒18内に導入することにより、火花点火燃焼の燃焼温度が低く抑えられ冷却損失の低減も図られる。領域(4)及び領域(5)では、主にEGRクーラ52を通じて冷却した外部EGRガスを、気筒18に導入する。このことによって、異常燃焼の回避に有利になると共に、Raw NOxの生成を抑制するという利点もある。EGR弁511の開度及びEGRクーラバイパス弁531の開度は、エンジン負荷の増大に伴い減少していく。このとき、EGR弁511の開度の方がEGRクーラバイパス弁531の開度よりも相対的に大きく、つまり、クールドEGRガスの方がホットEGRガスよりも多い。そして、エンジン負荷の増大に伴い、EGRクーラバイパス弁531の方がEGR弁511よりも先に全閉状態となる。尚、全開負荷域では、EGR弁511を閉弁することにより、外部EGRをゼロにする。
In each of the region (4) and the region (5), the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1) as in the regions (2) and (3). Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made constant at the theoretical air-fuel ratio (λ≈1) across the boundary between the CI mode and the SI mode. This allows the use of a three-way catalyst. In the region (4) and the region (5), the
このエンジン1の幾何学的圧縮比は、前述の通り、15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モードの、特に低負荷の領域(例えば領域(1))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、高負荷域であるSIモードにおいては、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。
As described above, the geometric compression ratio of the
そこでこのエンジン1では、SIモードの領域(4)や領域(5)においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、領域(4)においては、30MPa以上の高い燃料圧力でもって、図5(c)に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒18内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域(5)においては、図5(d)に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気弁21が開弁している吸気行程期間内で気筒18内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒18内に噴射する。つまり、領域(5)では、燃料の分割噴射を行う。ここで、吸気弁21が開弁している吸気行程期間とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁の開閉に基づいて定義した期間であり、ここで言う吸気行程は、VVT72やCVVL73によって変更される吸気弁21の閉弁時期によって、ピストンが吸気下死点に到達した時点に対しずれる場合がある。
Therefore, in the
次に、図6を参照しながら、SIモードにおける高圧リタード噴射について説明する。図6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6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の運転状態は共に高負荷の低速域(つまり、領域(4))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。
Next, the high pressure retarded injection in the SI mode will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the heat generation rate (upper diagram) and the progress of the unburned mixture reaction in the SI combustion (solid line) by the high pressure retarded injection described above 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. 6 is the crank angle. As a precondition for this comparison, the operating state of the
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6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。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6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、低速域であることと相俟って、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
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6にも示しているように、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。このことについて、順に説明する。
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. 6, the possible reaction time is a period during which the
先ず、高い燃料圧力は、単位時間当たりにインジェクタ67から噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合に、燃料圧力と燃料の噴射期間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど噴射期間は長くなり、燃料圧力が高いほど噴射期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、噴射期間を短縮する。
First, the high fuel pressure relatively increases the amount of fuel injected from the
また、高い燃料圧力は、気筒18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。このため、燃料圧力と燃料蒸発時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど燃料蒸発時間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃料蒸発時間は短くなる。また、燃料圧力と点火プラグ25の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間は概ね、燃料圧力が低いほど到達までの時間は長くなり、燃料圧力が高いほど到達までの時間は短くなる。混合気形成期間は、燃料蒸発時間と、点火プラグ25の周りへの燃料噴霧到達時間とを足し合わせた時間であるから、燃料圧力が高いほど混合気形成期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、燃料蒸発時間及び点火プラグ25の周りへの燃料噴霧到達時間がそれぞれ短くなる結果、混合気形成期間を短縮する。これに対し、同図に白丸で示すように、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、混合気形成期間が大幅に長くなる。尚、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、SIモードにおいては、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結果、混合気形成期間の短縮に有効である。
Further, the high fuel pressure is advantageous for atomization of the fuel spray injected into the
このように、噴射期間及び混合気形成期間を短縮することは、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。そこで、高圧リタード噴射では、図6の上図に示すように、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燃料噴射を行う。高い燃料圧力で気筒18内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒18内の乱れエネルギが高まるが、この高い乱れエネルギは、燃料噴射のタイミングが比較的遅いタイミングに設定されることと相俟って、燃焼期間の短縮に有利になる。
Thus, shortening the injection period and the mixture formation period makes it possible to set the fuel injection timing, more precisely, the injection start timing to a relatively late timing. Therefore, in the high pressure retarded injection, as shown in the upper diagram of FIG. 6, fuel injection is performed within the retard period from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. As the fuel is injected into the
すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で気筒18内に燃料を噴射するとしても、その噴射タイミングが吸気行程中にある場合は、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、気筒18内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。
That is, when the fuel injection is performed within the retard period, the relationship between the fuel pressure and the turbulent energy in the combustion period is generally lower as the fuel pressure is lower and the turbulent energy is lower as the fuel pressure is higher. Becomes higher. Here, even if fuel is injected into the
燃焼期間での乱流エネルギと燃焼期間との関係は概ね、乱流エネルギが低いほど燃焼期間が長くなり、乱流エネルギが高いほど燃焼期間が短くなる。従って、燃料圧力と燃焼期間との関係は、燃料圧力が低いほど燃焼期間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃焼期間は短くなる。すなわち、高圧リタード噴射は、燃焼期間を短縮する。これに対し、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、燃焼期間が長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ67は、気筒18内の乱れエネルギの向上に有利であって、燃焼期間の短縮に有効であると共に、その多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせによって、燃料噴霧をキャビティ141内に収めることもまた、燃焼期間の短縮に有効である。
In general, the relationship between the turbulent energy and the combustion period in the combustion period is such that the lower the turbulent energy, the longer the combustion period, and the higher the turbulent energy, the shorter the combustion period. Therefore, the relationship between the fuel pressure and the combustion period is such that the lower the fuel pressure, the longer the combustion period, and the higher the fuel pressure, the shorter the combustion period. That is, the high pressure retarded injection shortens the combustion period. In contrast, the conventional intake stroke injection at a low fuel pressure has a longer combustion period. The
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6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、図6の上段に示す図のように、従来の低い燃料圧力での吸気行程噴射では、白丸で示すように、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、黒丸で示すように、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。尚、図6の上図における白丸と黒丸とで、点火タイミングは互いに同じタイミングに設定している。 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. 6, 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 this reaction possible time, as shown in the upper diagram of FIG. 6, in the conventional intake stroke injection at a low fuel pressure, as shown by a white circle, the reaction progress of the unburned mixture at the end of combustion is shown. However, when the ignition threshold is exceeded and abnormal combustion occurs, the high-pressure retarded injection suppresses the progress of the reaction of the unburned mixture at the end of combustion, as shown by the black circle, to prevent abnormal combustion. It can be avoided. It should be noted that the ignition timing is set to the same timing in the white circle and the black circle in the upper diagram of FIG.
燃料圧力は、例えば30MPa以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮化することが可能である。また、30MPa以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮化することが可能である。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。 By setting the fuel pressure to, for example, 30 MPa or more, the combustion period can be effectively shortened. Moreover, the fuel pressure of 30 MPa or more can effectively shorten the injection period and the mixture formation period, respectively. The fuel pressure is preferably set as appropriate according to the properties of the fuel used, which contains at least gasoline. The upper limit may be 120 MPa as an example.
高圧リタード噴射は、気筒18内への燃料噴射の形態を工夫することによってSIモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は、未燃混合気の温度及び圧力の上昇を抑制することによって、その反応の進行を抑制する。しかしながら、点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射を行う場合は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、その回避可能な分だけ、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。
The high pressure retarded injection avoids the occurrence of abnormal combustion in the SI mode by devising the form of fuel injection into the
以上説明したように、SIモードでの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することが可能であるが、CIモードの領域(3)で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮することが可能である。つまり、気筒18内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒18内の乱れが強くなることで、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になるのである。
As described above, the high pressure retarded injection in the SI mode can shorten the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, but the high pressure retarded injection performed in the CI mode region (3) It is possible to shorten the injection period and the mixture formation period. In other words, the turbulence in the
CIモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高い領域において、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射することにより、例えば圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り、概ね均質な混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降において、確実に圧縮着火させることが可能になる。そうして、モータリングにより気筒18内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において、圧縮着火燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒18内の圧力上昇(dP/dt)が急峻になってしまうことが回避される。こうして、NVHの制約が解消される結果、CIモードの領域が高負荷側に拡大する。
In the high pressure retarded injection in the CI mode, fuel is injected at a late timing near the compression top dead center in a relatively high load region, for example, while preventing premature ignition during the compression stroke period, as described above. Since a substantially homogeneous air-fuel mixture is quickly formed, it is possible to reliably perform compression ignition after the compression top dead center. Thus, in the expansion stroke period in which the pressure in the
このように、領域(3)〜(5)においては、高圧リタード噴射が実行され、この運転状態を高燃圧モードともいう。 Thus, in the regions (3) to (5), high-pressure retarded injection is executed, and this operating state is also referred to as a high fuel pressure mode.
SIモードの説明に戻り、前述の通り、SIモードの高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行うことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させるものの、この反応可能時間の短縮は、エンジン1の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効であるのに対し、エンジン1の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、それほど有効でない。逆に、リタード噴射では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近に設定するため、圧縮行程においては、燃料を含まない筒内ガス、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮されるようになる。その結果、高速域においては、気筒18内の圧縮端温度が高くなり、この高い圧縮端温度がノッキングを招くようになる。そのため、領域(5)においてリタード噴射のみを行うときには、点火タイミングを遅角化して、ノッキングを回避しなければならない場合も起き得る。
Returning to the description of the SI mode, as described above, the high pressure retarded injection in the SI mode shortens the reaction time of the unburned mixture by performing the fuel injection within the retard period. In the low speed range where the
そこで、図4に示すように、SIモードにおいて相対的に回転数の高い領域(5)では、図5(d)に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気行程期間内で気筒18内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒18内に噴射をする。吸気行程噴射では、圧縮行程中の筒内ガス(つまり、燃料を含む混合気)の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度を低く抑えることが可能である。こうして、圧縮端温度が低くなることで、ノッキングを抑制することが可能になるから、点火タイミングを進角させることが可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 4, in the region (5) where the rotational speed is relatively high in the SI mode, as shown in FIG. 5 (d), a part of the fuel to be injected is
また、高圧リタード噴射を行うことにより、前述の通り、圧縮上死点付近の気筒18内(燃焼室19内)において乱れが強くなり、燃焼期間が短くなる。このこともまた、ノッキングの抑制に有利になり、点火タイミングをさらに進角させることが可能になる。そうして、領域(5)においては、吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行うことにより、異常燃焼を回避しつつ、熱効率を向上させることが可能になる。 Further, by performing the high pressure retarded injection, as described above, the turbulence becomes strong in the cylinder 18 (combustion chamber 19) near the compression top dead center, and the combustion period is shortened. This is also advantageous in suppressing knocking, and the ignition timing can be further advanced. Thus, in the region (5), by performing split injection of intake stroke injection and high pressure retarded injection, it is possible to improve thermal efficiency while avoiding abnormal combustion.
尚、領域(5)において燃焼期間を短縮させるために、高圧リタード噴射を行う代わりに多点点火構成を採用してもよい。つまり、複数の点火プラグを燃焼室内に臨んで配置し、領域(5)においては、吸気行程噴射を実行すると共に、その複数の点火プラグのそれぞれを駆動することにより、多点点火を行う。こうすることで、燃焼室19内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。その結果、高圧リタード噴射を採用した場合と同様に燃焼期間を短くして、熱効率の向上に有利になる。
In order to shorten the combustion period in the region (5), a multi-point ignition configuration may be adopted instead of performing high pressure retarded injection. That is, a plurality of ignition plugs are arranged facing the combustion chamber, and in the region (5), the intake stroke injection is executed and each of the plurality of ignition plugs is driven to perform multipoint ignition. By doing so, since the flame spreads from each of the plurality of fire types in the
このように、エンジン1は、各運転領域に応じた運転を行っている。
As described above, the
〈減速時燃料カット〉
また、エンジン1は、減速時にインジェクタ67からの燃料供給を停止する、所謂、燃料カットを実行するように制御される。この減速時燃料カットにより、燃費向上を図ることができる。以下に、PCM10によるエンジン1の減速時燃料カットについて、図7〜11を参照しながら詳しく説明する。図7は、減速時燃料カット(以下、単に「燃料カット」ともいう)の処理を示すフローチャートである。図8〜11は、燃料カット制御中におけるエンジン1の各要素の状態を示す図である。図8〜11の各図における(A)図は、燃料噴射タイミング及び気筒18内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを示しており、(B)図は、吸気弁21のリフト量(破線)及び排気弁22のリフト量(実線)を示しており、(C)図は、スロットル弁36の開度を示しており、(D)図は、気筒18内の成分を示している。
<Fuel cut during deceleration>
Further, the
以下の説明では、前記領域(4)においてSIモードでエンジン1を運転している状態から燃料カットを行う場合について説明する。具体的には、エンジン1は、図8に示すような運転をしている。つまり、図8(B)に示すように、排気行程において排気弁22が開かれ、吸気行程において吸気弁21が開かれる。そして、図8(A)に示すように、圧縮行程後期であって圧縮上死点前に高圧リタード噴射が行われ、圧縮上死点後に点火される。このとき、混合気の空燃比は理論空燃比(λ≒1)に設定しており、燃料噴射量に見合った新気量となるように、新気量及びEGRガスの量が調整される。この例では、スロットル弁36は、図8(C)に示すように、全開である。一方、EGR弁511及びEGRクーラバイパス弁531が全閉である。そのため、燃焼前後の気筒18内の状態は、燃焼前はほとんどが新気の状態で、そこに燃料が噴射され、燃焼後はほとんどが既燃ガスになっている。
In the following description, a case where fuel cut is performed from the state (4) where the
まず、ステップS1において、PCM10は、燃料カットの実行条件が成立したか否かを判定する。ここで、実行条件は、エンジン回転数が所定値(例えば、1500rpm)以上であって且つアクセル開度が零(即ち、アクセルがオフ)となることである。つまり、アクセル開度が零となることによりアクセルオフによるエンジン1の減速状態を判定することができるが、エンジン回転数が低すぎるときには、燃料カットを実行しない。尚、この実行条件は一例であり、これに限定されるものではない。実行条件が成立したときには、PCM10はステップS2へ進む一方、実行条件が成立しないときには、PCM10はステップS1を繰り返す。
First, in step S1, the
ステップS2においては、PCM10は、燃料圧力が高圧か否かを判定する。具体的には、PCM10は、燃料圧力が30MPa以上か否かを判定する。尚、30MPaは例示であり、それ以外の値であってもよい。そして、燃料圧力が30MPa以上であるときにはステップS3へ進む一方、燃料圧力が30MPa未満であるときにはステップS4へ進む。前述の如く、燃料カット直前のエンジン1の運転状態が前記領域(3)〜(5)内にあるときには、燃料圧力が30MPa以上となった高燃圧モードとなっている。つまり、そのような場合には、PCM10は、ステップS3へ進む。一方、燃料カット直前のエンジン1の運転状態が前記(1),(2)内にあるときには、ステップS3を経ずにステップS4へ進む。
In step S2, the
ステップS3においては、PCM10は、少なくとも後述する過渡モードが終了するまでは燃料圧力を高圧のまま維持するように、燃料供給システム62を制御する。つまり、燃料供給システム62は、通常、燃料圧力を高くする必要がなくなると、減圧弁を操作して、燃料圧力を下げる。しかし、燃料カットを実行するときには、後の燃料噴射再開時に高い燃料圧力での燃料噴射を実行する可能性があるので、上昇させた燃料圧力を下げないようにする。その後、PCM10は、ステップS4へ進む。
In step S3, the
ステップS4においては、PCM10は、燃料カットを実行する。すなわち、PCM10は、インジェクタ67の燃料噴射を停止する。このとき、全気筒のインジェクタ67の燃料噴射を一斉に停止する。その後、PCM10はステップS5へ進む。
In step S4, the
尚、減速時には、PCM10は、発電機81を発電状態とし、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換し、電力として回収する。このとき、PCM10は、図9(C)に示すように、スロットル弁36を全開にする。こうすることで、ポンプ損失を低減して、エンジン1の運動エネルギを電気エネルギに効率良く変換することができる。
At the time of deceleration, the
続いて、ステップS5において、PCM10は、EGRガスを気筒18内に導入する。具体的には、PCM10は、VVL71をオンにして、図9(B)に示すように、排気弁22を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行う。これにより、気筒18内にはホットEGRガスが導入され、気筒18内の酸素濃度上昇が抑制される。特に、前述の如く、ポンプ損失を低減すべくスロットル弁36を全開にしている場合には、気筒18内への新気の導入量が多くなる傾向にあるが、ホットEGRガスを導入することによって、気筒18内への新気の導入量を抑制して、気筒18内の酸素濃度上昇を抑制することができる。
Subsequently, in step S <b> 5, the
続いて、ステップS6において、PCM10は、燃料噴射の再開条件が成立したか否かを判定する。ここで、再開条件は、エンジン1が所定の運転状態となることであり、具体的には、エンジン回転数が実行条件のエンジン回転数よりも低い所定値(例えば、800rpm)以下となることである。この所定値は、アイドル回転数よりも少し高い値である。この再開条件を満たす運転状態は、前記領域(1)に含まれている。尚、この再開条件は一例であり、これに限定されるものではない。再開条件が成立したときには、PCM10はステップS7へ進む一方、再開条件が成立しないときには、PCM10はステップS6を繰り返す。
Subsequently, in step S6, the
ステップS7において、PCM10は、エンジン1の運転状態が前記領域(1)〜(2)内に入っているか否かを判定する。つまり、PCM10は、再開条件を満たしたときのエンジン1の運転状態が圧縮着火モードであるか否かを判定する。PCM10は、エンジン1の運転状態が前記領域(1)〜(2)内に入っているときには、ステップS8へ進む一方、エンジン1の運転状態が前記領域(1)〜(2)内に入っていないときには、ステップS11へ進む。
In step S <b> 7, the
圧縮着火モードでは、気筒18内は、混合気が圧縮上死点付近で自着火する環境にされているので、この状態において酸素濃度が高くなると、過早着火が生じ易い。つまり、ステップS7は、酸素濃度が上昇したときに過早着火が生じ易い状況か否かを判定している。
In the compression ignition mode, since the air-fuel mixture is ignited in the vicinity of the compression top dead center in the
通常、燃料カットが実行されると、エンジン負荷は急速に低下し、エンジン1の運転状態は前記領域(1)内に入る。そして、エンジン回転数は徐々に低下していく。その結果、エンジン1は、やがて前記所定の運転状態(エンジン回転数が所定値以下)となる。そのため、通常は、再開条件を満たすときには、エンジン1の運転状態は領域(1)内にあるので、ステップS6を満たすときには、ステップS7も満たす。
Normally, when a fuel cut is executed, the engine load decreases rapidly, and the operating state of the
ステップS8においては、PCM10は、気筒18内の温度が所定温度以上か否かを判定する。具体的には、PCM10は、水温センサSW11からの検出結果に基づいて、エンジン冷却水の温度が所定の水温以上か否かを判定する。つまり、エンジン冷却水の温度から気筒18内の温度を間接的に判定する。エンジン冷却水の温度が所定水温以上であれば、ステップS9へ進む一方、エンジン冷却水の温度が所定水温未満であれば、ステップS10へ進む。
In step S8, the
ステップS9では、PCM10は、過渡モードとなる。過渡モードは、1サイクルだけ行う。この過渡モードでは、PCM10は、図10(A)に示すように、高圧リタード噴射を行って、圧縮着火燃焼を行う。詳しくは、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内の所定のタイミングで、圧力が30MPa以上の燃料を気筒18内に噴射する。
In step S9, the
この過渡モードに入るまでは燃料カットが実行されているので、前述の如く内部EGRを実行しているとしても、EGRガス中に含まれる既燃ガスの割合は低く、新気の割合が高くなっている。つまり、気筒18内の酸素濃度は高くなっている。
Since the fuel cut is executed until the transition mode is entered, even if the internal EGR is executed as described above, the ratio of burnt gas contained in the EGR gas is low and the ratio of fresh air is high. ing. That is, the oxygen concentration in the
そこで、高圧リタード噴射により燃料噴射時期を遅らせることによって、高温且つ酸素濃度が高い状況においても、過早着火等の異常燃焼を回避することができ、ひいては、燃焼騒音が増大することを抑制することができる。 Therefore, by delaying the fuel injection timing by high-pressure retarded injection, abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided even in a situation where the oxygen concentration is high and the combustion noise is suppressed. Can do.
尚、PCM10は、気筒18内の温度(具体的には、エンジン冷却水の水温)に応じて、燃料噴射の時期及び圧力の少なくとも一方を調整してもよい。例えば、気筒18内の温度が高いほど過早着火等の異常燃焼が生じる可能性が高いため、燃料噴射時期を遅くし、それに伴い燃料圧力も上昇させる。逆に、気筒18内の温度が低い場合には、燃料噴射時期を進角させると共に、燃料圧力を低下させる。ここで、燃料噴射時期及び燃料圧力は、何れか一方だけを調整するようにしてもよい。
Note that the
このとき、PCM10は、図10(B)に示すように、排気の二度開きを継続している。また、混合気の空気燃料比A/Fを理論空燃比に設定する。
At this time, the
尚、過渡モードでは、圧縮着火燃焼を行わせるものの、圧縮上死点以降に補助的な火花点火を行うようにしてもよい。詳しくは、PCM10は、過渡モードにおいて、点火プラグ25を圧縮上死点以降に作動させる。これにより、燃料噴射時期を遅くさせた場合であっても、失火を防止することができる。
In the transient mode, although compression ignition combustion is performed, auxiliary spark ignition may be performed after the compression top dead center. Specifically, the
その後、ステップS10において、PCM10は、CIモードに移行する。このとき、PCM10は、排気の二度開きを継続している。そのため、気筒18内は、図11(D)に示すように、EGRガスが気筒18内に還流されている。ステップS9の過渡モードを経ている場合には、過渡モードの圧縮着火燃焼により排気ポート17には既燃ガスが排気されているので、EGRガスもほとんどが既燃ガスとなっている。そのため、気筒18内の酸素濃度は低下しており、過早着火等の異常燃焼が生じる可能性が低い。そこで、燃料噴射時期を吸気行程から圧縮行程中期までの間に設定すると共に燃料圧力を30MPa未満の低い圧力に設定する。これにより、強い吸気流動と長い混合気形成期間とが相俟って、均質な混合気が形成され、その均質混合気は、圧縮上死点付近において圧縮着火する。
Thereafter, in step S10, the
また、前述の如く、過渡モードによって生じた既燃ガスは比較的低温であるため、気筒18内の温度状態は低くなる。これによっても、過早着火が回避される。その一方で、当該既燃ガスは新気よりは高温である。そのため、気筒18内を圧縮着火燃焼を実行可能な適切な温度に保つことができる。
Further, as described above, the burned gas generated by the transient mode is at a relatively low temperature, so that the temperature state in the
一方、ステップS8においてエンジン冷却水の温度が所定の水温未満と判定されたときには、ステップS9を経ることなく、ステップS10へ進む。エンジン冷却水の温度が低いとき、即ち、気筒18内の温度が低いときには、吸気行程期間中に燃料噴射を行っても、過早着火等の異常燃焼が発生する可能性が低い。
On the other hand, when it is determined in step S8 that the engine coolant temperature is lower than the predetermined water temperature, the process proceeds to step S10 without passing through step S9. When the temperature of the engine coolant is low, that is, when the temperature in the
また、ステップS7においてエンジン1の運転状態が前記領域(1)〜(2)内に入っていないと判定されたときには、ステップS11において、エンジン1の運転状態が含まれる領域に応じた運転モードで燃料噴射を再開する。例えば、エンジン1の運転状態が含まれる領域が高圧リタード噴射を実行する領域であれば、高圧リタード噴射を用いて燃料噴射を再開するし、エンジン1の運転状態が含まれる領域が燃焼噴射時期を遅角させない通常の燃料噴射を行う領域であれば、通常の燃料噴射を用いて燃料噴射を再開する。
Further, when it is determined in step S7 that the operating state of the
したがって、実施形態1のエンジン1は、気筒18を有するエンジン本体と、前記気筒18内に燃料を噴射するように構成されたインジェクタ67と、前記インジェクタ67が噴射する前記燃料の圧力を設定するように構成された燃料供給システム62と、少なくとも前記インジェクタ67及び前記燃料供給システム62を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成されたPCM10とを備え、前記PCM10は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域(1)〜(2)にあるときには、前記気筒18内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードとなり、アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時に、前記インジェクタ67からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該インジェクタ67の燃料噴射を再開させるように構成されており、前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域(1)〜(2)にある状況で前記燃料噴射を再開させるときには、前記燃料供給システム62によって前記燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にしかつ、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で燃料噴射を行うように前記インジェクタ67を制御する過渡モードで前記エンジン本体を運転し、その後、燃料噴射時期を進角させて前記圧縮着火モードに移行する。
Therefore, the
前記の構成によれば、燃料カットからの復帰時に高圧リタード噴射が実行されるため、気筒18内の酸素濃度が高い場合であっても、燃焼騒音の増大を抑制することができる。そして、過渡モードで燃焼を行った後は、燃料カットにより上昇していた気筒18内の酸素濃度が低下するので、圧縮着火モードに移行しても、過早着火等の異常燃焼を生じさせることなく圧縮着火燃焼を実行することができる。
According to the above configuration, since the high pressure retarded injection is executed when returning from the fuel cut, an increase in combustion noise can be suppressed even when the oxygen concentration in the
また、前記PCM10が前記過渡モードとなるのは、前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域(1)〜(2)にあり且つ前記気筒18内の温度が所定温度以上の状況で前記燃料噴射を再開させるときである。
The
つまり、エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域(1)〜(2)にある状況で前記燃料噴射を再開させるときは必ず高圧リタード噴射を行うわけではなく、さらに、気筒18内の温度が所定温度以上という条件を満たす場合に高圧リタード噴射を行う。気筒18内の温度が低い場合には、気筒18内の酸素濃度が高くても、過早着火等の異常燃焼が生じる可能性が低いので、高圧リタード噴射を行わない。このような場合は、通常の吸気行程期間中の燃料噴射を行う。これにより、強い吸気流動と長い混合気形成期間とが相俟って、均質な混合気が形成することができる。
That is, when the fuel injection is restarted in a situation where the operating state of the engine body is in the predetermined low load region (1) to ( 2 ), the high pressure retarded injection is not always performed, and the temperature in the
さらに、前記PCM10は、前記過渡モードにおいては、前記燃料噴射時期を前記気筒18内の温度に応じて調整して、圧縮着火燃焼を行わせる。
Further, in the transient mode, the
つまり、過早着火等の異常燃焼が生じる可能性は、気筒18内の温度に応じて変化する。燃料噴射時期を遅角させることは、異常燃焼を回避する上では有効であるが、失火を生じる可能性もある。そこで、気筒18内の温度が高いほど燃焼噴射時期を遅角させ、気筒18内の温度が低いほど燃料噴射時期を進角させる。これにより、異常燃焼が生じる可能性が高いときには、燃料噴射時期を遅角させて、異常燃焼を回避することができる一方、異常燃焼が生じる可能性が低いときには、燃料噴射時期を不要に遅角させることなく、失火を回避することができる。それに加えて、燃料噴射時期を進角させることによって、吸気流動と混合気形成期間の長期化とが相俟って、均質な混合気が形成することができる。
That is, the possibility of occurrence of abnormal combustion such as premature ignition changes according to the temperature in the
また、エンジン1は、前記気筒18内に臨んで配設されかつ、前記気筒18内の混合気に点火をするように構成された点火プラグ25をさらに備え、前記PCM10は、前記過渡モードにおいては、前記点火プラグ25を圧縮上死点以降に作動させる。
The
前述の如く、燃料噴射時期を遅角させると、失火を生じる可能性がある。そのため、点火プラグ25を圧縮上死点以降に作動させることによって、補助的に点火を行って、失火を回避することができる。
As described above, if the fuel injection timing is retarded, misfire may occur. Therefore, by operating the
また、前記PCM10は、前記燃料供給システム62によって燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にして前記エンジン本体を運転する高燃圧モードを有し、前記高燃圧モードから前記燃料カットを実行するときには、前記圧縮着火モードに移行するまでは該高燃圧モードにおける燃料の圧力を維持させるように前記燃料供給システム62を制御する。
Further, the
つまり、高燃圧モードから燃料カットを実行する場合は、あとの燃焼噴射再開時に過渡モードとなる場合には高い燃料圧力による燃焼噴射を実行するので、圧縮着火モードに移行するまでは、高い燃料圧力を維持するようにしている。燃料圧力を上昇させるためには或る程度の時間を要するので、高い燃料圧力を維持しておくことによって、高い燃料圧力による燃料噴射を早期に実行することができる。 In other words, when fuel cut is performed from the high fuel pressure mode, combustion injection is performed at a high fuel pressure when the transition mode is entered when the combustion injection is resumed later. Like to maintain. Since a certain amount of time is required to raise the fuel pressure, fuel injection with a high fuel pressure can be performed early by maintaining a high fuel pressure.
また、エンジン1は、排気ガスを前記気筒18内に導入するように構成された排気還流機構としての排気弁22及びVVL71をさらに備え、前記PCM10は、前記燃料カット中は、前記排気弁22及びVVL71によって前記気筒18内に前記排気ガスを導入する。
The
こうして気筒18内に排気ガスが導入することによって、燃料カット中における気筒18内の酸素濃度の上昇を抑制することができる。
《その他の実施形態》
前記実施形態では、燃料カット時に全気筒のインジェクタ67の燃料噴射を一斉に停止しているが、これに限られるものではない。例えば、まず、半分の気筒のインジェクタ67の燃料噴射を停止し、続いて、残りの気筒のインジェクタ67の燃料噴射を停止するように、インジェクタ67の燃料噴射を段階的に停止させてもよい。これにより、燃料カット時のエンジン1のトルクショック等を緩和することができる。
By introducing the exhaust gas into the
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In the above-described embodiment, the fuel injection of the
また、前記の説明では、エンジン1が領域(4)で運転している状態から燃料カットを実行するケースについて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン1が領域(3)で運転している状態から燃料カットを実行してもよい。
In the above description, the case where the fuel cut is executed from the state in which the
前記実施形態では、燃料噴射再開時に圧縮着火燃焼を行っているが、これに限られるものではない。例えば、燃料噴射再開時に火花点火燃焼を行ってもよい。つまり、燃料噴射再開時に圧縮着火燃焼を行う場合であっても、火花点火燃焼を行う場合であっても、気筒18内の酸素濃度が高ければ、異常燃焼を生じる可能性がある。そのため、圧縮着火燃焼であっても火花点火燃焼であっても、燃料カット後の復帰時には高圧リタード噴射をすることが好ましい。
In the above embodiment, compression ignition combustion is performed when fuel injection is resumed, but the present invention is not limited to this. For example, spark ignition combustion may be performed when fuel injection is resumed. In other words, even when compression ignition combustion is performed when fuel injection is resumed or when spark ignition combustion is performed, abnormal combustion may occur if the oxygen concentration in the
また、前記過渡モードは、1サイクルだけ行っているが、これに限られるものではない。例えば、過渡モードを2サイクル以上行ってもよい。 Moreover, although the said transient mode is performed only for 1 cycle, it is not restricted to this. For example, the transient mode may be performed for two cycles or more.
また、前記実施形態では、燃料カット中に排気の二度開きによる内部EGRを行っているが、これに限られるものではない。例えば、吸気の二度開きによる内部EGRを行ってもよいし、EGR通路50等を用いた外部EGRを行ってもよい。つまり、EGRの方式は、排気の二度開きに限定されるものではない。さらには、燃料カット中にEGRを行わない構成であってもよい。ただし、燃料カット中における気筒18内の酸素濃度の上昇を抑制する観点からはEGRを行うことが好ましい。
In the above embodiment, the internal EGR is performed by opening the exhaust twice during the fuel cut. However, the present invention is not limited to this. For example, internal EGR by opening the intake air twice may be performed, or external EGR using the
尚、前記実施形態では、燃料カットを行った後に、EGRガスの導入を行っているが、これに限られるものではない。例えば、EGRガスの導入を行ってから、燃料カットを行ってもよいし、燃料カットとEGRガスの導入を同時に行ってもよい。 In the above embodiment, the EGR gas is introduced after the fuel cut, but the present invention is not limited to this. For example, the fuel cut may be performed after the introduction of EGR gas, or the fuel cut and the introduction of EGR gas may be performed simultaneously.
また、その他のステップについても、前述の作用効果を奏する限りにおいては、適時順序を変更したり、並列に処理したりしてもよい。 As for the other steps, the order may be changed in a timely manner or may be processed in parallel as long as the above-described effects are achieved.
また、前記実施形態では、気筒18内の温度を、エンジン冷却水の水温を用いて間接的に検出しているが、これに限られるものではない。気筒18内の温度を検出できる限りにおいては、任意の構成を採用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the temperature in the
また、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒18内に設けたインジェクタ67ではなく、別途、吸気ポート16に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート16内に燃料を噴射してもよい。
In addition, fuel may be injected into the
また、エンジン1は、直列4気筒エンジンに限らず、直列3気筒、直列2気筒、直列6気筒エンジン等に適用してもよい。また、V型6気筒、V型8気筒、水平対向4気筒等の各種のエンジンに適用可能である。
The
さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。 Further, in the above description, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1) in the predetermined operation region, but the air-fuel ratio of the air-fuel mixture may be set to lean. However, setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio has the advantage that a three-way catalyst can be used.
図4に示す運転領域は例示であり、これ以外にも様々な運転領域を設けることが可能である。 The operation region shown in FIG. 4 is an example, and various operation regions other than this can be provided.
また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。 Further, the high-pressure retarded injection may be divided injection as necessary, and similarly, the intake stroke injection may also be divided injection as necessary. In these divided injections, fuel may be injected in each of the intake stroke and the compression stroke.
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As described above, the embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by the said embodiment and it can also be set as new embodiment. In addition, among the components described in the accompanying drawings and detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
以上説明したように、ここに開示された技術は、火花点火式直噴エンジンについて有用である。 As described above, the technology disclosed herein is useful for a spark ignition direct injection engine.
1 エンジン(エンジン本体)
10 PCM(制御器)
18 気筒
22 排気弁(排気還流機構)
25 点火プラグ
62 燃料供給システム(燃圧設定機構)
67 インジェクタ(燃料噴射弁)
71 VVL(排気還流機構)
80 減速回生システム
1 Engine (Engine body)
10 PCM (controller)
18
25
67 Injector (fuel injection valve)
71 VVL (exhaust gas recirculation mechanism)
80 Deceleration regeneration system
Claims (6)
前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の圧力を設定するように構成された燃圧設定機構と、
少なくとも前記燃料噴射弁及び前記燃圧設定機構を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
前記制御器は、
少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあるときには、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードとなり、
アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時には、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該燃料噴射弁の燃料噴射を再開させるように構成されており、
前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域にある状況で前記燃料噴射を再開させるときには、前記燃圧設定機構によって前記燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にしかつ、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する過渡モードで前記エンジン本体を運転し、その後、燃料噴射時期を、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内に進角させて前記圧縮着火モードに移行する火花点火式直噴エンジン。
An engine body having a cylinder;
A fuel injection valve configured to inject fuel into the cylinder;
A fuel pressure setting mechanism configured to set the pressure of the fuel injected by the fuel injection valve;
A controller configured to operate the engine body by controlling at least the fuel injection valve and the fuel pressure setting mechanism;
The controller is
When at least the operating state of the engine body is in a predetermined low load region, a compression ignition mode in which the engine body is operated by performing compression ignition combustion that burns the air-fuel mixture in the cylinder by self-ignition,
During deceleration of the engine body with the accelerator off, fuel injection from the fuel injection valve is stopped and fuel cut is performed. When the engine speed decreases to a predetermined value, the fuel injection valve Configured to resume fuel injection,
When the fuel injection is resumed in a state where the operating state of the engine body is in the predetermined low load region, the fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more by the fuel pressure setting mechanism, and at least from the later stage of the compression stroke The engine body is operated in a transient mode in which the fuel injection valve is controlled to perform fuel injection within a period up to the initial period, and then the fuel injection timing is advanced within a period from the intake stroke to the middle of the compression stroke. A spark ignition direct injection engine that shifts to the compression ignition mode.
前記制御器が前記過渡モードとなるのは、前記エンジン本体の運転状態が前記所定の低負荷領域にあり且つ前記気筒内の温度が所定温度以上の状況で前記燃料噴射を再開させるときである火花点火式直噴エンジン。 In the spark ignition direct injection engine according to claim 1,
The controller enters the transient mode when the fuel injection is restarted when the operating state of the engine body is in the predetermined low load region and the temperature in the cylinder is equal to or higher than the predetermined temperature. Ignition direct injection engine.
前記制御器は、前記過渡モードにおいては、前記燃料噴射時期を前記気筒内の温度に応じて調整して、圧縮着火燃焼を行わせる火花点火式直噴エンジン。 In the spark ignition direct injection engine according to claim 1,
In the transient mode, the controller is a spark ignition type direct injection engine that adjusts the fuel injection timing according to the temperature in the cylinder to perform compression ignition combustion.
前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグをさらに備え、
前記制御器は、前記過渡モードにおいては、前記点火プラグを圧縮上死点以降に作動させる火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition direct injection engine according to claim 2,
Further comprising an ignition plug disposed facing the cylinder and configured to ignite the air-fuel mixture in the cylinder;
The controller is a spark ignition direct injection engine that operates the spark plug after compression top dead center in the transient mode.
前記制御器は、
前記燃圧設定機構によって燃料の圧力を30MPa以上の高燃圧にして前記エンジン本体を運転する高燃圧モードを有し、
前記高燃圧モードから前記燃料カットを実行するときには、前記圧縮着火モードに移行するまでは該高燃圧モードにおける燃料の圧力を維持させるように前記燃圧設定機構を制御する火花点火式直噴エンジン。 In the spark ignition direct injection engine according to claim 1,
The controller is
A high fuel pressure mode for operating the engine body with a high fuel pressure of 30 MPa or more by the fuel pressure setting mechanism;
A spark ignition direct injection engine that controls the fuel pressure setting mechanism so as to maintain the fuel pressure in the high fuel pressure mode until the shift to the compression ignition mode is performed when the fuel cut is performed from the high fuel pressure mode.
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流機構をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料カット中は、前記排気還流手段によって前記気筒内に前記排気ガスを導入する火花点火式直噴エンジン。 In the spark ignition direct injection engine according to claim 1,
An exhaust gas recirculation mechanism configured to introduce exhaust gas into the cylinder;
The controller is a spark ignition direct injection engine in which the exhaust gas is introduced into the cylinder by the exhaust gas recirculation means during the fuel cut.
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