JP5920237B2 - Control device for spark ignition engine - Google Patents
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Description
本発明は、火花点火式エンジン、詳しくは、気筒の温度上昇が著しい高負荷域では、ノッキングを抑制するために点火時期をリタードさせる火花点火式エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a spark ignition engine, and more particularly, to a spark ignition engine control device that retards ignition timing in order to suppress knocking in a high load region where the temperature rise of a cylinder is significant.
一般に、火花点火式エンジンでは、加速時や登坂時等に使用されるスロットル全開域を含む高負荷域で、燃料噴射量の増量により気筒の温度上昇が著しいことからノッキング(火炎伝播の途中で未燃焼のエンドガスが自着火する異常燃焼)が起こり易くなる。そのため、前記運転領域では、点火時期(点火タイミング)を最もトルクの出るタイミング(通常は圧縮上死点付近)であるMBT(Minimum advance for Best Torque)から所定量リタード(遅角)させて、ノッキングを抑制することが行われる(特許文献1参照)。 In general, in a spark ignition type engine, knocking (not occurring during the propagation of flame) occurs in a high load range including the throttle full open range used for acceleration or climbing, because the temperature rise of the cylinder is remarkable due to the increase in fuel injection amount. Abnormal combustion in which the end gas of combustion self-ignites) is likely to occur. Therefore, in the operation region, the ignition timing (ignition timing) is retarded by a predetermined amount from the MBT (Minimum Advance for Best Torque), which is the timing at which the most torque is generated (usually near the compression top dead center), and knocking is performed. Is suppressed (see Patent Document 1).
また、水冷エキマニにおいて排気が形成する正圧波のピークが吸排気弁のオーバーラップ期間中に含まれなくなるように水冷エキマニを流通する冷媒の量を調節することにより排気の掃気効率が排気圧力によって低下することを回避する技術が知られている(特許文献2参照)。 In addition, the scavenging efficiency of the exhaust gas is reduced by the exhaust pressure by adjusting the amount of refrigerant flowing through the water-cooled exhaust manifold so that the positive pressure wave peak formed by the exhaust in the water-cooled exhaust manifold is not included in the overlap period of the intake and exhaust valves. A technique for avoiding this is known (see Patent Document 2).
ところで、排気通路内の排気脈動で生じる負圧波が吸気弁及び排気弁が共に開いた状態にある吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達することにより気筒内の残留ガスが掃気されるように前記排気通路を構成する技術が周知である。この技術によれば、気筒内の残留ガスが減少し、体積効率が増すので、スロットル全開域を含む高負荷域のトルクが向上する。 By the way, the negative pressure wave generated by the exhaust pulsation in the exhaust passage reaches the exhaust port during the overlap period of the intake and exhaust valves where both the intake valve and the exhaust valve are open, thereby scavenging the residual gas in the cylinder. As described above, a technique for configuring the exhaust passage is well known. According to this technique, the residual gas in the cylinder is reduced and the volumetric efficiency is increased, so that the torque in the high load region including the throttle full open region is improved.
ここで、気筒と圧力波が反射する排気通路の部位(例えば複数の排気管の集合部等)との間の距離が固定されているから、排気弁が開弁してブローダウンガスが排気通路に高速で噴出してから排気脈動で生じた負圧波が排気ポートに到達するまでに要する時間が一定であるのに対し、エンジンの回転速度は運転状態によって様々に変化するので、エンジンの回転速度によって負圧波がうまく吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達したりしなかったりする。そのため、掃気効率が高い速度域と低い速度域とが存在し、掃気効率が低い速度域では、他の速度域よりも、高負荷域トルクの落ち込みが発生する。 Here, since the distance between the cylinder and the portion of the exhaust passage where the pressure wave is reflected (for example, a collection portion of a plurality of exhaust pipes, etc.) is fixed, the exhaust valve is opened and the blowdown gas flows into the exhaust passage. Since the time required for the negative pressure wave generated by exhaust pulsation to reach the exhaust port is constant after it is ejected at a high speed, the engine speed varies depending on the operating conditions. As a result, the negative pressure wave may or may not reach the exhaust port during the overlap period of the intake and exhaust valves. Therefore, there are a speed range where the scavenging efficiency is high and a speed range where the scavenging efficiency is low. In the speed range where the scavenging efficiency is low, a drop in the high load range torque occurs compared to other speed ranges.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に低い速度域における高負荷域トルクの落ち込みを改善することが可能な火花点火式エンジンの制御装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a spark ignition type engine capable of improving a drop in high load range torque in a speed range where scavenging efficiency due to a negative pressure wave caused by exhaust pulsation is relatively low. The purpose is to provide a control device.
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジン本体を冷却する冷却機構と、少なくともエンジンの高負荷域において点火時期のリタードを行う制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、所定のエンジン回転数域において排気通路内の排気脈動で生じる負圧波を吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達させることにより気筒内の残留ガスの掃気効率を高めるように前記排気通路が構成され、前記制御手段は、前記高負荷域のうち最大負荷を含む所定負荷以上の領域において、前記所定のエンジン回転数域以外のエンジン回転数域では、前記所定のエンジン回転数域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である(請求項1)。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a spark ignition engine control device comprising a cooling mechanism for cooling the engine body and a control means for retarding the ignition timing at least in a high load region of the engine. there are, said to enhance the scavenging efficiency of the residual gas in the cylinder by causing reach the exhaust port negative pressure wave caused by exhaust pulsation in the exhaust passage at a predetermined engine speed range during the overlap period of the intake and exhaust valves exhaust passage is constituted, wherein, in the region of more than a predetermined load including a maximum load of the high load region, in the predetermined engine speed range other than the engine speed range, the predetermined engine speed range Compared to the above, the control device for the spark ignition engine is characterized in that the cooling capacity of the cooling mechanism is set high.
本発明によれば、少なくともエンジンの高負荷域がリタード領域(ノッキング抑制のために点火時期のリタードを行うエンジンの運転領域をいう。以下同じ)である火花点火式エンジンにおいて、リタード領域である高負荷域のうち、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に低い速度域(所定のエンジン回転数域以外のエンジン回転数域、以下、適宜「掃気低下速度域」という)では、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に高い速度域(所定のエンジン回転数域、以下、適宜「掃気良好速度域」という)に比べて、冷却機構の冷却能力が高く設定されるので、前記掃気低下速度域では、前記掃気良好速度域よりも、エンジン本体の冷却が強化されてエンジン本体の温度が低下する。そのため、掃気低下速度域ではノッキングが抑制され、リタード量を少なくすること(点火時期のアドバンス(進角))ができるので、掃気低下速度域におけるトルクの落ち込みが補われる。その結果、フラットで高いトルクカーブが得られ、高トルクで扱い易いエンジンを実現することができる。
According to the present invention, in a spark ignition type engine in which at least the high load region of the engine is a retard region (referred to as an operation region of an engine that performs retarding of the ignition timing in order to suppress knocking; hereinafter the same), the high region that is the retard region. In the load range, in the speed range where the scavenging efficiency due to the negative pressure wave caused by exhaust pulsation is relatively low ( engine speed range other than the predetermined engine speed range, hereinafter referred to as “scavenging reduction speed range” as appropriate ), exhaust pulsation The cooling capacity of the cooling mechanism is set higher than the speed range in which the scavenging efficiency due to the negative pressure wave generated in the above is relatively high ( predetermined engine speed range, hereinafter referred to as “good scavenging speed range”). In the scavenging reduction speed region, the cooling of the engine body is enhanced and the temperature of the engine body is decreased compared to the scavenging good speed region. Therefore, knocking is suppressed in the scavenging reduction speed range, and the retard amount can be reduced (ignition timing advance (advance)), so that the torque drop in the scavenging reduction speed range is compensated. As a result, a flat and high torque curve can be obtained, and an engine that is easy to handle with high torque can be realized.
以上により、本発明によれば、掃気低下速度域における高負荷域トルクの落ち込みを改善することが可能な火花点火式エンジンの制御装置が提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a control device for a spark ignition engine capable of improving the drop in the high load region torque in the scavenging reduction speed region.
本発明において、好ましくは、前記エンジンは車両に搭載された車載用エンジンであり、前記エンジン本体の出力軸は、複数のギア段を有する変速機を介して車輪に連結されており、前記制御手段は、前記冷却機構の冷却能力を高く設定する制御を前記変速機のギア段が所定の段位以上のときにのみ実行する(請求項2)。 In the present invention, preferably, the engine is an in-vehicle engine mounted on a vehicle, and an output shaft of the engine body is connected to wheels via a transmission having a plurality of gear stages, and the control means The control for setting the cooling capacity of the cooling mechanism to be high is executed only when the gear stage of the transmission is equal to or higher than a predetermined level (Claim 2).
この構成によれば、エンジン本体の温度が実際に低下するまでの遅れ時間を考慮した適正な条件下で無駄なく冷却能力を高めることができる。すなわち、変速機のギア段が低い場合は、エンジンの運転ポイントの移動が激しく、すぐにシフトアップされる(変速段が段位の高いギア段に変更される)可能性がある。そのため、掃気低下速度域に運転ポイントが移動したからといって冷却能力を高めても、ギア段が低い場合は、実際にエンジン本体の各気筒の温度が下がったときには運転ポイントがすでに冷却能力を高める必要のない運転領域(例えば掃気良好速度域や低速中負荷域及び低速低負荷域等)に移動していることがあり得る。 According to this configuration, it is possible to increase the cooling capacity without waste under appropriate conditions in consideration of the delay time until the temperature of the engine body actually decreases. In other words, when the gear stage of the transmission is low, there is a possibility that the operating point of the engine moves sharply and shifts up immediately (the gear stage is changed to a higher gear stage). Therefore, even if the operating point moves to the scavenging reduction speed range, even if the cooling capacity is increased, if the gear stage is low, the operating point already has the cooling capacity when the temperature of each cylinder of the engine body actually decreases. There is a possibility that the vehicle has moved to an operation region that does not need to be increased (for example, a scavenging good speed region, a low-speed medium load region, a low-speed low-load region, etc.).
そこで、この構成では、冷却能力を高める制御を、変速機のギア段が高い場合(つまり運転ポイントの移動が緩やかで巡航状態に近い場合)にのみ行うようにしたものである。これにより、ギヤ段が低いにも拘らず冷却能力を高めた場合に起こり得る前記不具合が回避される。また、掃気低下速度域において冷却能力を高める制御を行う場合は、エンジン本体の温度が実際に低下するまでに多少の遅れ時間があっても、冷却能力を高める必要のない運転領域に運転ポイントが移動するまでには掃気低下速度域でエンジン本体の温度を充分に低下させられるので、冷却能力を高める制御が無駄にならない。 Therefore, in this configuration, the control for increasing the cooling capacity is performed only when the gear stage of the transmission is high (that is, when the operation point moves slowly and is close to the cruise state). As a result, the above-mentioned problem that may occur when the cooling capacity is increased despite the low gear position is avoided. Also, when performing control to increase the cooling capacity in the scavenging reduction speed range, even if there is some delay time until the temperature of the engine body actually decreases, the operating point is in the operating area where it is not necessary to increase the cooling capacity. Since the temperature of the engine body can be sufficiently lowered in the scavenging reduction speed range before moving, control for increasing the cooling capacity is not wasted.
本発明において、好ましくは、前記掃気効率が低いために前記冷却機構の冷却能力を高く設定する領域は、予め定められた基準速度未満の速度域に設定されている(請求項3)。 In the present invention, it is preferable that the region where the cooling capacity of the cooling mechanism is set high because the scavenging efficiency is low is set to a speed region less than a predetermined reference speed (Claim 3).
この構成によれば、たとえ掃気低下速度域が低速域にあっても、冷却能力を高める制御が行われる。 According to this configuration, control for increasing the cooling capacity is performed even if the scavenging reduction speed region is in the low speed region.
一般に、低速域は回転速度が低いために気筒内での混合気の流動性が低下し易く、本来であれば未燃HCが発生し易い。しかし、掃気低下速度域は高負荷域に属している上、掃気効率が低く、気筒内に残留ガスが相当量残っているので、気筒温度は高い状態にあり、燃料の気化霧化が促進される。そのため、たとえ掃気低下速度域でエンジン本体の冷却を強化しても、燃料の気化霧化が著しく阻害されることはない。それよりも、点火時期をアドバンス(進角)させ、高負荷域トルクを上昇させる効果のほうが大きい。 In general, since the rotational speed is low in the low speed region, the fluidity of the air-fuel mixture in the cylinder tends to decrease, and unburned HC tends to be generated. However, the scavenging reduction speed range belongs to the high load range, the scavenging efficiency is low, and a considerable amount of residual gas remains in the cylinder, so the cylinder temperature is high and fuel atomization is promoted. The For this reason, even if the cooling of the engine body is enhanced in the scavenging reduction speed region, the vaporization and atomization of the fuel is not significantly inhibited. The effect of advancing the ignition timing (advancing) and increasing the high load region torque is greater than that.
そこで、この構成では、たとえ掃気低下速度域が低速域にあっても、冷却能力を高めるようにしたものである。これにより、低速域内の高負荷域トルクの落ち込みが補われて、より一層フラットなトルクカーブが得られる。 Therefore, in this configuration, the cooling capacity is increased even if the scavenging reduction speed region is in the low speed region. As a result, the drop in the high load region torque in the low speed region is compensated, and a flatter torque curve can be obtained.
本発明において、好ましくは、前記制御手段は、エンジンの高速域内の中負荷域において点火時期のリタードを行い、エンジンの中負荷域内の高速域では、中負荷域内の低速域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定する(請求項4)。 In the present invention, preferably, the control means retards the ignition timing in a medium load region in the high speed region of the engine, and the cooling means is higher in the high speed region in the medium load region than in the low speed region in the medium load region. The cooling capacity of the mechanism is set high (claim 4).
この構成によれば、エンジンの高負荷域に加えて、エンジンの高速中負荷域もリタード領域である火花点火式エンジンにおいて、リタード領域である高速中負荷域では、リタード領域でない低速中負荷域に比べて、冷却機構の冷却能力が高く設定されるので、そのように冷却機構の冷却能力が高く設定されないときに増大する燃費低下の問題が低減される。 According to this configuration, in a spark ignition engine in which the high-speed medium load region of the engine is the retard region in addition to the high load region of the engine, the high-speed medium load region that is the retard region is in the low-speed medium load region that is not the retard region. In comparison, since the cooling capacity of the cooling mechanism is set high, the problem of fuel consumption reduction that increases when the cooling capacity of the cooling mechanism is not set high is reduced.
すなわち、高速中負荷域は低速中負荷域に比べて高速側にあるから、単位時間当たりの発生熱量が大きい。そのため、高速中負荷域はノッキングを抑制するためにリタード領域とされている。 That is, since the high speed medium load region is on the high speed side compared to the low speed medium load region, the amount of heat generated per unit time is large. For this reason, the high-speed medium load region is set as a retard region in order to suppress knocking.
ところで、点火時期をリタードさせると、その分トルクが減るので、燃料噴射量を増やしてトルクを補う必要があり、燃費が低下するという問題がある。また、点火時期をリタードさせると、燃料が後燃えしたり燃焼ガスの膨張が少なくなることで排気ガス温度が高くなり、異常燃焼を引き起こす可能性が高まるので(例えば排気弁の温度上昇によりノッキングが起き易くなるので)、燃料噴射量を増やして余った燃料の気化潜熱で気筒温度を下げることが行われ、この点からも燃費が低下するという問題がある。 By the way, if the ignition timing is retarded, the torque is reduced by that amount, so it is necessary to increase the fuel injection amount to compensate for the torque, and there is a problem that the fuel consumption decreases. In addition, if the ignition timing is retarded, the exhaust gas temperature increases due to post-combustion of the fuel or the expansion of the combustion gas, which increases the possibility of causing abnormal combustion (for example, knocking occurs due to an increase in the temperature of the exhaust valve). Since it easily occurs), the cylinder temperature is lowered by increasing the fuel injection amount and the remaining latent heat of vaporization of the fuel, and this also causes a problem that the fuel consumption is lowered.
そこで、この構成では、同じエンジン中負荷域の中でも、リタード領域である高速域では、リタード領域でない低速域に比べて、冷却機構の冷却能力を高く設定したものである。これにより、高速中負荷域では、エンジン本体の冷却が強化されてエンジン本体の温度が低下し、ノッキングが抑制される。そのため、リタード量を少なくすること(点火時期のアドバンス(進角))ができるので、トルクが上昇して、燃費が向上する。また、リタード量の減少により排気ガス温度が低下するので、燃料噴射量を少なくすることができ、この点からも燃費が向上する。 Therefore, in this configuration, the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher in the high speed region, which is the retard region, in the same engine medium load region than in the low speed region that is not the retard region. Thereby, in the high-speed medium load region, the cooling of the engine body is strengthened, the temperature of the engine body is lowered, and knocking is suppressed. As a result, the retard amount can be reduced (ignition timing advance (advance)), so that the torque is increased and the fuel efficiency is improved. Further, since the exhaust gas temperature decreases due to the decrease in the retard amount, the fuel injection amount can be reduced, and the fuel efficiency is also improved in this respect.
一方で、リタードしても排気温度が信頼性を低下させるほどに上昇しない低速中負荷域では、高速中負荷域に比べて、冷却機構の冷却能力が低く設定されるので、エンジン本体が過度に冷却されることがない。前述したように、低速域は回転速度が低いために気筒内での混合気の流動性が低下し易く、未燃HCが発生し易い。これに対し、本発明によれば、そのような低速中負荷域において、エンジン本体が過度に冷却されないので、前記のような筒内流動ないしミキシングの低下を助長するようなことがなく、前記未燃HCの発生量の増大が防止される。また、エンジン本体が過度に冷却されることがないから、フリクションロスの増大も防止される。これらにより、リタード領域でない低速中負荷域においても燃費の低下が防止される。
また、本発明は、エンジン本体を冷却する冷却機構と、少なくともエンジンの高負荷域において点火時期のリタードを行う制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、前記エンジンは車両に搭載された車載用エンジンであり、前記エンジン本体の出力軸は、複数のギア段を有する変速機を介して車輪に連結されており、排気通路内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達することにより気筒内の残留ガスが掃気されるように前記排気通路が構成され、前記制御手段は、高負荷域のうち、前記掃気の効率が他の速度域よりも低い速度域では、他の速度域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定するとともに、前記冷却機構の冷却能力を高く設定する制御を前記変速機のギア段が所定の段位以上のときにのみ実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置を提供する(請求項5)。
また、本発明は、エンジン本体を冷却する冷却機構と、少なくともエンジンの高負荷域において点火時期のリタードを行う制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、排気通路内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達することにより気筒内の残留ガスが掃気されるように前記排気通路が構成され、前記制御手段は、高負荷域のうち、前記掃気の効率が他の速度域よりも低い速度域では、他の速度域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定するとともに、エンジンの高速域内の中負荷域において点火時期のリタードを行い、エンジンの中負荷域内の高速域では、中負荷域内の低速域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置を提供する(請求項6)。
On the other hand, in the low-speed medium load range where the exhaust temperature does not rise to the extent that reliability is reduced even when retarded, the cooling capacity of the cooling mechanism is set lower than in the high-speed medium load region, so the engine body is excessively There is no cooling. As described above, since the rotational speed is low in the low speed region, the fluidity of the air-fuel mixture in the cylinder is likely to be lowered, and unburned HC is likely to be generated. On the other hand, according to the present invention, the engine body is not excessively cooled in such a low-speed and middle-load region. An increase in the amount of generated fuel HC is prevented. Further, since the engine body is not excessively cooled, an increase in friction loss is also prevented. As a result, a reduction in fuel consumption is prevented even in a low-speed medium load region that is not the retard region.
The present invention also provides a spark ignition type engine control device comprising a cooling mechanism for cooling the engine body and a control means for retarding the ignition timing at least in a high load region of the engine, wherein the engine is installed in a vehicle. The engine mounted on the vehicle has an output shaft connected to wheels via a transmission having a plurality of gear stages, and a negative pressure wave generated by exhaust pulsation in the exhaust passage is generated by the intake and exhaust valves. The exhaust passage is configured so that the residual gas in the cylinder is scavenged by reaching the exhaust port during the overlap period, and the control means has a scavenging efficiency in another speed range in a high load range. In the lower speed range, the gear speed of the transmission is controlled so that the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher than that in the other speed ranges and the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher. To provide a control apparatus for a spark-ignited internal combustion engine and executes only when the above constant of grade (claim 5).
The present invention also relates to a spark ignition type engine control device comprising a cooling mechanism for cooling the engine body and a control means for retarding the ignition timing at least in a high load region of the engine. The exhaust passage is configured so that residual gas in the cylinder is scavenged by the negative pressure wave generated by pulsation reaching the exhaust port during the overlap period of the intake and exhaust valves, and the control means In the speed range where the scavenging efficiency is lower than the other speed ranges, the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher than in the other speed ranges, and the ignition timing retard is set in the medium load range in the high speed range of the engine. In the high-speed region in the medium load region of the engine, the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher than in the low-speed region in the medium load region. Providing an apparatus (claim 6).
本発明は、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に低い速度域における高負荷域トルクの落ち込みを改善でき、ショックのないフラットなトルクカーブが得られる火花点火式エンジンの制御装置を提供するから、火花点火式エンジンのトルク向上技術の発展向上に寄与する。 The present invention provides a control device for a spark ignition engine that can improve a drop in high load range torque in a speed range where scavenging efficiency is relatively low due to a negative pressure wave caused by exhaust pulsation, and can obtain a flat torque curve without a shock. Therefore, it contributes to the development and improvement of torque improvement technology for spark ignition engines.
(1)エンジンの全体構成
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る火花点火式エンジンの全体構成を示す概略平面図である。これらの図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルの多気筒ガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、直線状に並ぶ4つの気筒2を有する直列4気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気通路25と、エンジン本体1を冷却する冷却機構30とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are schematic plan views showing the overall configuration of a spark ignition engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in these drawings is a 4-cycle multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for traveling. Specifically, this engine is generated by an in-line four-cylinder engine
エンジン本体1は、前記4つの気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部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。
The
ピストン5の上方には燃焼室10が形成されており、この燃焼室10には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ11からの噴射によって供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室10で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動するようになっている。
A
ピストン5は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15とコネクティングロッド16を介して連結されており、前記ピストン5の往復運動に応じてクランク軸15が中心軸回りに回転するようになっている。
The
クランク軸15は、変速機40(図8)を介して図外の車輪と連結されている。変速機40は、複数のギア段(例えば前進6段、後退1段)を有する多段変速機であり、運転者により操作されるシフトレバーと連係されている。
The
シリンダブロック3には、クランク軸15の回転速度をエンジンの回転速度として検出するエンジン速度センサSN1が設けられている。
The
シリンダヘッド4には、燃焼室10に向けて燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ11と、インジェクタ11から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ12とが、各気筒2につきそれぞれ1組ずつ設けられている。
The cylinder head 4 includes an
本実施形態のような4サイクル4気筒のガソリンエンジンでは、各気筒2に設けられたピストン5がクランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動する。これに対応して、各気筒2での点火のタイミングも、180°CAずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、図1の左側の気筒2から順に1番、2番、3番、4番気筒とすると、1番気筒→3番気筒→4番気筒→2番気筒の順に点火が行われる。
In the four-cycle four-cylinder gasoline engine as in this embodiment, the
各気筒2ないしエンジン本体1の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室10の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室10の容積との比は、ガソリンエンジンとしては高めの値である12以上に設定されている。
The geometric compression ratio of each
シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気を各気筒2の燃焼室10に導入するための吸気ポート6と、各気筒2の燃焼室10で生成された排気ガスを排気通路25に導出するための排気ポート7と、吸気ポート6の燃焼室10側の開口を開閉する吸気弁8と、排気ポート7の燃焼室10側の開口を開閉する排気弁9とが設けられている。なお、本実施形態では、1つの気筒2につき吸気弁8及び排気弁9が2つずつ設けられている。
The cylinder head 4 includes an
吸気弁8及び排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された吸気弁駆動機構18及び排気弁駆動機構19により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。
The
吸気弁駆動機構18は、吸気弁8に連結された吸気カムシャフト18aと吸気VVT(Variable Valve Timing mechanism)18bとを有している。排気弁駆動機構19は、排気弁9に連結された排気カムシャフト19aと排気VVT19bとを有している。吸気カムシャフト18a及び排気カムシャフト19aは、周知のチェーン及びスプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランク軸15に連結されており、クランク軸15の回転に伴い回転して、吸気弁19及び排気弁20を開閉駆動する。
The intake
吸気VVT18b及び排気VVT19bは、吸気弁8及び排気弁9のバルブタイミングを変更するためのものである。例えば、吸気VVT18bは、吸気カムシャフト18aと同軸に配置されてクランク軸15により直接駆動される所定の被駆動軸を有し、この被駆動軸と吸気カムシャフト18aとの間の位相差を変更する。これにより、クランク軸15と吸気カムシャフト18aとの間の位相差が変更され、吸気弁8のバルブタイミングが変更される。排気VVT19bについてもこれに準じて同様である。
The
吸気VVT18b及び排気VVT19bの具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と吸気カムシャフト18a又は排気カムシャフト19aとの間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と吸気カムシャフト18a又は排気カムシャフト19aとの間に電磁石を配設し、この電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。
As specific configurations of the
なお、本実施形態では、前記吸気VVT18bによる吸気弁8の閉弁時期の制御により、各気筒2ないしエンジン本体1の有効圧縮比、つまり、吸気弁8の閉弁時期における燃焼室10の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室10の容積との比は、高負荷域(図9のマップにおける第3〜第5運転領域C1,C2,D)において、ガソリンエンジンとしては高めの値である10以上に設定されている。
In this embodiment, by controlling the closing timing of the
図3は排気弁9及び吸気弁8の開閉タイミングを示している。この図においてEVOは排気弁9の開弁時期、EVCは排気弁9の閉弁時期、IVOは吸気弁8の開弁時期、IVCは吸気弁8の閉弁時期である。また、OLは吸気弁8と排気弁9とのオーバーラップ期間(吸排気弁8,9のオーバーラップ期間)である。この図に示すように、排気弁9の開閉タイミング及び吸気弁8の開閉タイミングはそれぞれ実線で示すタイミングと破線で示すタイミングとに亘って変更可能となっている。
FIG. 3 shows opening / closing timings of the
本実施形態では、吸気VVT18b及び排気VVT19bは、吸気弁8及び排気弁9の開弁期間及びリフト量、つまりバルブプロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁8及び排気弁9の開弁時期IVO,EVO及び閉弁時期IVC,EVCをそれぞれ変更する。
In the present embodiment, the
本実施形態では、図4に示すように、排気弁9及び吸気弁8の開弁期間とは、バルブのリフト期間中、バルブの開弁開始側及び閉弁完了側においてバルブリフトの勾配が緩やかな部分(ランプ部)を除いた区間をいい、排気弁9及び吸気弁の開弁時期EVO,IVO及び閉弁時期EVC,IVCとは、前記開弁期間の開弁開始時期及び閉弁完了時期をいう。例えば、ランプ部の高さが0.3mmである場合は、バルブリフト量が0.3mmに増大した時期又は減少した時期が、それぞれ開弁時期及び閉弁時期である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the valve opening period of the
図1に戻り、吸気通路20は、各気筒2の吸気ポート6と連通する4本の独立吸気通路21と、各独立吸気通路21の上流端部(吸入空気の流れ方向における上流側の端部)に共通に接続されたサージタンク22と、サージタンク22から上流側に延びる1本の吸気管23とを有している。
Returning to FIG. 1, the
吸気管23の途中部には、エンジン本体1に吸入される空気の流量を調節する開閉可能なスロットル弁24が設けられており、サージタンク22には、前記吸入空気の流量を検出するエアフローセンサSN2が設けられている。
An openable and
排気通路25は、各気筒2の排気ポート7と連通する4本の独立排気通路26と、排気順序が隣り合わない2つの気筒2の独立排気通路26同士が集合した2つの第1集合部26aと、各第1集合部26aの下流(排気ガスの流れ方向における下流)に接続された2本の中間排気通路27と、2本の中間排気通路27同士が集合した1つの第2集合部27aと、この第2集合部27aの下流に接続された1本の排気管28とを有している。
The
具体的に、本実施形態に係るエンジンでは、1番気筒→3番気筒→4番気筒→2番気筒の順に排気行程が行われるので、4本の独立排気通路26のうち、排気順序が隣り合わない1番気筒の独立排気通路26と4番気筒の独立排気通路26とが集合し、2番気筒の独立排気通路26と3番気筒の独立排気通路26とが集合して、2つの第1集合部26a及びその下流の1つの第2集合部27aが形成されている。
Specifically, in the engine according to the present embodiment, the exhaust stroke is performed in the order of the first cylinder → the third cylinder → the fourth cylinder → the second cylinder, and therefore, the exhaust order is adjacent in the four
なお、図示しないが、排気管28には、空燃比が理論空燃比(λ=1)のときに最も排気の浄化能力が良くなる三元触媒が配設されている。
Although not shown, the
ここで、1本の独立排気通路26の通路断面積S1と、1本の中間排気通路27の通路断面積S2と、1本の排気管28の通路断面積S3との関係が、(S2/S1)<(S3/S2)に設定されている。つまり、独立排気通路26の通路断面積S1に対する中間排気通路27の通路断面積S2の広がり度合いは比較的小さく、これと比べ、中間排気通路27の通路断面積S2に対する排気管28の通路断面積S3の広がり度合いが大きくされている。
Here, the relationship among the passage sectional area S1 of one
本実施形態では、排気通路25内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁8,9のオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達することにより気筒2内の残留ガスが掃気されるように排気通路25が構成されている。
In this embodiment, the negative pressure wave generated by the exhaust pulsation in the
すなわち、各気筒2において、排気弁9の開弁直後にはブローダウンガスによる高い正圧波が生じ、それによって排気通路25内に排気脈動が生じる。この場合、前記のように、排気通路25においては、(S2/S1)<(S3/S2)の関係が成り立つことから、排気順序が隣り合わない気筒2の独立排気通路26同士が集合した第1集合部26aでは圧力波のほとんどが反射せずにそのまま通過し、第2集合部27aで圧力波が正負反転して反射される。
That is, in each
そのため、図5に示すように、気筒2と第2集合部27aとの間で圧力波が往復し、かつ、第2集合部27aで正圧と負圧とが反転する。これにより、排気ポート7には負圧波と正圧波とが交互に到達し、その結果、排気ポート7に到達する圧力波は、1次(1往復目)、3次(3往復目)、5次(5往復目)…が負圧波、2次(2往復目)、4次(4往復目)、6次(6往復目)…が正圧波となる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the pressure wave reciprocates between the
図6に示すように、排気ポート7に作用する圧力波は変動し、交互に負圧と正圧とに変化しつつ、圧力波の往復が繰り返されるにつれて、圧力波は次第に減衰する。
As shown in FIG. 6, the pressure wave acting on the
このように、排気通路25内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁8,9のオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達すれば、気筒2内から残留ガスが吸い出されて気筒2の掃気性が高められる。
Thus, if the negative pressure wave generated by the exhaust pulsation in the
ここで、気筒2と圧力波が反射する第2集合部27aとの間の距離が固定されており、したがって排気弁9が開弁してブローダウンガスが排気通路25に高速で噴出してから排気脈動で生じた負圧波が排気ポート7に到達するまでに要する時間が一定であるのに対し、エンジンの回転速度が変わると、排気弁9の開弁直後の正圧波の発生時点から吸排気弁8,9のオーバーラップ期間OLまでの時間が変化するので、負圧波が排気ポート7に到達するタイミングはオーバーラップ期間OLに対して変化する。
Here, the distance between the
本実施形態では、5000rpm付近の速度域で1次の負圧波がオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達するように気筒2と圧力波が反射する第2集合部27aとの間の距離が設定されている。その結果、2500〜3000rpm付近の速度域で3次の負圧波がオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達し、1500〜2000rpm付近の速度域で5次の負圧波がオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達する。本実施形態では、このように排気通路25が構成されており、これにより、エンジンの低〜中速域において、排気脈動で生じる負圧波による気筒2の掃気効率が相対的に高められる。
In the present embodiment, the distance between the
その結果、本実施形態に係るエンジンでは、図7に示すように、1500〜2000rpm付近、2500〜3000rpm付近、5000rpm付近の速度域において、排気通路25内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁8,9のオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達することにより気筒2の掃気効率が高められ、気筒2内の残留ガスが減少し、体積効率が増し、スロットル全開域を含む高負荷域のトルクが向上する。
As a result, in the engine according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the negative pressure wave generated by the exhaust pulsation in the
しかし、一方で、負圧波がオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達しない速度域が存在し、そのため、掃気効率が高い速度域(すなわち掃気良好速度域)と掃気効率が低い速度域(すなわち掃気低下速度域)とが混在する。掃気低下速度域では、掃気良好速度域よりも、高負荷域トルクの落ち込みが発生する。その結果、フラットなトルクカーブ(エンジン性能曲線)が得られず、ショックの原因となる。
However, on the other hand, there is a speed range in which the negative pressure wave does not reach the
図1に戻り、冷却機構30は、エンジン冷却用の冷却水を圧送する冷却水ポンプ31と、冷却水ポンプ31により圧送された冷却水が循環する冷却水路32と、冷却水を冷却するラジエータ33と、冷却水路32内の冷却水の流れを切り替える切替弁34と、冷却水の温度を検出する水温センサSN3とを備えている。
Returning to FIG. 1, the cooling mechanism 30 includes a cooling
冷却水路32は、エンジン本体1から排出された冷却水をラジエータ33を通すことなく再びエンジン本体1に戻すための第1水路32aと、エンジン本体1から排出された冷却水をラジエータ33に導入するための第2水路32bと、ラジエータ33から排出された冷却水を第1水路32aの下流部に導入するための第3水路32cとを有している。第1水路32aの下流部を通ってエンジン本体1に導入された冷却水は、エンジン本体1のシリンダブロック3及びシリンダヘッド4の内部に形成された図略のウォータージャケット等を通過した後に、エンジン本体1から排出されて、切替弁34を通じて第1水路32aの上流部又は第2水路32bに導出される。
The cooling
冷却水ポンプ31は、例えばエンジン本体1のクランク軸15から駆動力を得て冷却水を圧送する機械式のポンプからなり、第3水路32cと第1水路32aとの合流部よりも下流側に位置するエンジン本体1の近傍部に設けられている。
The cooling
ラジエータ33は、外気との熱交換により冷却水を冷却するものであり、車両の走行風があたるエンジンルーム内の所定位置に配設されている。例えば、車両がフロントエンジン方式の車両である場合、エンジンルームの前面に設けられたフロントグリル35の車両後方にラジエータ33が配置されており、このフロントグリル35に備わる空気導入口から導入される外気(走行風)がラジエータ33に吹き付けられることにより、ラジエータ33内の冷却水が冷却される。
The
切替弁34は、例えばサーミスタを用いた電気検知式のサーモスタットからなり、第1水路32aと第2水路32bとの分岐部に設けられている。この切替弁34は、第2水路32bに流入する冷却水の流れを遮断する閉弁状態と、第2水路32bへの冷却水の流れを許容する開弁状態との間で切り替え可能である。
The switching
具体的には、水温センサSN3により検出される冷却水の温度が予め定められた基準温度未満であれば、切替弁34が閉弁される。このとき、冷却水は第1水路32aのみを循環するので、エンジン本体1で発生する熱によって冷却水の温度は徐々に上昇する。一方、冷却水の温度が基準温度以上になったときには、切替弁34が開弁されて、冷却水は第2水路32bにも流入するようになる。すなわち、エンジン本体1から導出された冷却水は、第1水路32aを循環するだけでなく、第2水路32bを通じてラジエータ33にも供給され、このラジエータ33で冷却された後に、第3水路32c等を通じて再びエンジン本体1へと戻される。このときの切替弁34の開度は連続的に変更することが可能であり、当該開度の設定により、ラジエータ33に流入する冷却水の流量が任意に調整される。切替弁34の開度が大きくされてラジエータ33への冷却水の流入量が増加すれば、それに伴って冷却機構30の冷却能力が高められ、冷却水温が急速に低下することになる。
Specifically, when the temperature of the cooling water detected by the water temperature sensor SN3 is lower than a predetermined reference temperature, the switching
(2)制御系
次に、図8を用いて、エンジンの制御系について説明する。本実施形態に係るエンジンは、その各部がECU(エンジン制御ユニット)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサからなり、本発明の制御手段に相当するものである。
(2) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. Each part of the engine according to this embodiment is comprehensively controlled by an ECU (engine control unit) 50. As is well known, the
ECU50には、各種センサからの情報が逐次入力される。具体的に、ECU50は、エンジンの各部に設けられた前記エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN2、及び水温センサSN3と電気的に接続されている。また、本実施形態の車両には、ドライバーにより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SN4と、変速機40の変速段を検出するシフトポジションセンサSN5とが設けられており、ECU50は、これらアクセル開度センサSN4及びシフトポジションセンサSN5とも電気的に接続されている。ECU50は、これらセンサSN1〜SN5からの入力信号に基いて、エンジンの回転速度、吸入空気量、冷却水の温度、アクセル開度、変速機40のギア段といった種々の情報を取得する。
Information from various sensors is sequentially input to the
ECU50は、前記各センサ(SN1〜SN5)からの入力信号に基いて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ECU50は、インジェクタ11、点火プラグ12、吸気VVT18b、排気VVT19b、スロットル弁24、及び切替弁34と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基いて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
ECU50 controls each part of an engine, performing various calculations etc. based on the input signal from each said sensor (SN1-SN5). That is, the
(3)運転状態に応じた制御
次に、図9〜図11を用いて、運転状態に応じたエンジン制御の具体的内容について説明する。
(3) Control according to operation state Next, the specific contents of the engine control according to the operation state will be described with reference to FIGS.
図9のマップは、エンジンの回転速度を横軸に、エンジンの負荷を縦軸にとったマップである。図中、R1はエンジンのアイドリング速度、R2は前記図7における所定の掃気低下速度域の低速側の掃気良好速度域との境界速度(例えば2000rpm)、R3は前記掃気低下速度域の高速側の掃気良好速度域との境界速度(例えば2500rpm)、R4はエンジンの中速域にある基準速度、R5はエンジンの定格速度である。 The map in FIG. 9 is a map in which the rotation speed of the engine is taken on the horizontal axis and the engine load is taken on the vertical axis. In the figure, R1 is the idling speed of the engine, R2 is the boundary speed (for example, 2000 rpm) with the good scavenging speed area on the low speed side of the predetermined scavenging reduction speed area in FIG. 7, and R3 is the high speed side of the scavenging reduction speed area. A boundary speed with the good scavenging speed range (for example, 2500 rpm), R4 is a reference speed in the middle speed range of the engine, and R5 is a rated speed of the engine.
このマップに示すように、本実施形態に係るエンジンの運転領域は、低負荷域の全速度域と中負荷域内の前記基準速度R4未満の領域を少なくとも含むように設定された第1運転領域Aと、中負荷域内の前記第1運転領域Aを除く領域に設定された第2運転領域Bと、最高負荷Lmaxが得られるスロットル全開域を含む高負荷域内の前記低速側境界速度R2未満の領域に設定された第3運転領域C1と、同じく高負荷域内の前記高速側境界速度R3以上の領域に設定された第4運転領域C2と、同じく高負荷域内の前記低速側境界速度R2以上前記高速側境界速度R3未満の領域に設定された第5運転領域Dとに区分される。つまり、第3運転領域C1及び第4運転領域C2は掃気良好速度域に属し、第5運転領域Dは掃気低下速度域に属している。 As shown in this map, the operating region of the engine according to the present embodiment is a first operating region A that is set to include at least a region that is less than the reference speed R4 in the entire speed region in the low load region and the medium load region. And a second operating region B set in a region excluding the first operating region A in the middle load region, and a region less than the low speed side boundary speed R2 in the high load region including the throttle fully open region where the maximum load Lmax is obtained. The third operating region C1 set in the above, the fourth operating region C2 set in the region equal to or higher than the high speed side boundary speed R3 in the high load region, and the high speed above the low speed side boundary velocity R2 in the same high load region. It is divided into a fifth operation region D set in a region less than the side boundary speed R3. That is, the third operation region C1 and the fourth operation region C2 belong to the scavenging good speed range, and the fifth operation region D belongs to the scavenging reduction speed region.
図10〜図11のフローチャートに従ってエンジンの運転中にECU50が行う制御動作を具体的に説明する。なお、このフローチャートに示す処理が実行される前提として、エンジンは温間状態にあり、よって冷却水の温度は所定値(例えば80℃)以上まで上昇しているものとする。
A control operation performed by the
図10に示す処理がスタートすると、ECU50は、各種センサ値を読み込む処理を実行する(ステップS1)。すなわち、ECU50は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN2、水温センサSN3、アクセル開度センサSN4、及びシフトポジションセンサSN5からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基いて、エンジンの回転速度、吸入空気量、冷却水の温度、アクセル開度、変速機40のギア段等の各種情報を取得する。
When the process shown in FIG. 10 starts, the
次いで、ECU50は、前記ステップS1で読み込んだ情報に基いて、エンジンが第1運転領域Aで運転されているか否かを判定する処理を実行する(ステップS2)。すなわち、ECU50は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN2、及びアクセル開度センサSN4等から得られる情報に基いて、エンジンの負荷及び回転速度を特定すると共に、両者の値から求まるエンジンの運転ポイントが、図9に示した第1運転領域Aに含まれるか否かを判定する。
Next, the
前記ステップS2でYESと判定されてエンジンが第1運転領域Aで運転されていることが確認された場合、ECU50は、冷却機構30の切替弁34が開弁される温度(ラジエータ33への冷却水の流入が許容される温度)である冷却水の基準温度として、予め定められたノーマル基準温度Thighを設定する処理を実行する(ステップS3)。なお、ノーマル基準温度Thighの値は、例えば88℃とすることができる。
When it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the engine is operating in the first operating region A, the
次いで、ECU50は、エンジンの冷却水の温度(以下、冷却水温Twという)が、前記ステップS3で設定したノーマル基準温度Thighに維持されるように、切替弁34の開度を制御する処理を実行する(ステップS4)。具体的に、ECU50は、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh以上であれば切替弁34を開弁させ、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh未満であれば切替弁34を閉弁させるというように、切替弁34の開度を制御する。これにより、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh以上のときにのみ冷却水がラジエータ33に流入して冷却されるので、冷却水温Twはノーマル基準温度Thighを大きく上回ることも下回ることもなく、その近傍値に維持される。
Next, the
また、ECU50は、点火プラグ12の点火タイミング(点火時期)を最もトルクの出るタイミング(通常は圧縮上死点付近)であるMBTに設定し(ステップS5)、インジェクタ11からの燃料噴射量を三元触媒の排気浄化能力が最も良くなる理論空燃比(λ=1)が実現する燃料噴射量に設定する(ステップS6)。
Further, the
前記ステップS2でNOと判定された場合、ECU50は、前記ステップS1で読み込んだ情報に基いて、エンジンが第1運転領域Bで運転されているか否かを判定する処理を実行する(ステップS7)。すなわち、ECU50は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN2、及びアクセル開度センサSN4等から得られる情報に基いて、エンジンの負荷及び回転速度を特定すると共に、両者の値から求まるエンジンの運転ポイントが、図9に示した第2運転領域Bに含まれるか否かを判定する。
When it is determined NO in Step S2, the
前記ステップS7でYESと判定されてエンジンが第2運転領域Bで運転されていることが確認された場合、ECU50は、シフトポジションセンサSN5から得られる情報に基いて、現在の変速機40のギア段が予め定められた所定の段位以上であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS8)。ここで、「所定の段位」としては、変速機40が有する複数のギア段の中でも高めの段位(例えば半分より上の段位)が設定される。例えば、変速機40が前進6段のものである場合には、所定の段位として「4」を設定することができる。このときは、ギア段が1〜3速のいずれかであれば前記ステップS8での判定がNOとなり、ギア段が4〜6速のいずれかであれば前記ステップS8の判定がYESとなる。
When it is determined YES in step S7 and it is confirmed that the engine is operating in the second operation region B, the
前記ステップS8でYESと判定されて現在のギア段が所定の段位以上であることが確認された場合、ECU50は、冷却水の基準温度(切替弁34が開弁される温度)として、前記ノーマル基準温度Thighよりも低い値である低温基準温度Tlowを設定する処理を実行する(ステップS9)。なお、低温基準温度Tlowの値は、例えば78℃とすることができる。すなわち、エンジンの運転ポイント第2運転領域Bにある場合は、第1運転領域Aにある場合(ステップS3参照)に比べて、冷却機構30の冷却能力を高く設定するのである(Tlow<Thigh)。
When it is determined YES in step S8 and it is confirmed that the current gear stage is equal to or higher than the predetermined stage, the
次いで、ECU50は、水温センサSN3から得られる情報に基いて、現在のエンジンの冷却水温Twが、前記ステップS9で設定した低温基準温度Tlow以上であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS10)。そして、ここでYESと判定されてTw≧Tlowであることが確認された場合に、切替弁34を開弁させて冷却水をラジエータ33に流入させる処理を実行する(ステップS11)。これにより、ラジエータ33で熱交換が行われて冷却水が冷却され、冷却水温Twが低下し始める。一方、冷却水温Twが低温基準温度Tlowを下回ると(ステップS10でNO)、切替弁34が閉じられるので、それ以上冷却は進行しなくなり、冷却水温Twは低温基準温度Tlowの近傍値に維持される。
Next, the
ここで、前記ステップS11で開弁される切替弁34の開度は、冷却水温Twが低温基準温度Tlowに比べて高いほど大きく設定される。すなわち、実際の冷却水温Twと低温基準温度Tlowとの温度差(Tw−Tlow)が大きいほど、ラジエータ33に流入する冷却水の流量が多く設定され、冷却能力が高められる。これは、前記温度差が大きいほど冷却水温Twを素早く低下させて低温基準温度Tlowに近づけるためである。
Here, the opening degree of the switching
例えば、前記ステップS10での判定の直前における冷却水温Twが、上述したノーマル基準温度Thighの近傍値であったと仮定する。この場合、前記ステップS10の判定では、冷却水温Twが低温基準温度Tlowよりも大幅に高いことになるので(例えばThigh=88℃、Tlow=78℃の場合は約10℃高いことになる)、前記ステップS11では、切替弁34の開度が充分に大きく設定される。これにより、冷却水のラジエータ33への流入量が増えて冷却機構30の冷却能力が充分に高められるので、冷却水温Twが急速に低下してエンジン本体1の冷却が促進される。
For example, it is assumed that the cooling water temperature Tw immediately before the determination in step S10 is a value close to the normal reference temperature T high described above. In this case, in the determination of the step S10, the cooling water temperature Tw is significantly higher than the low temperature reference temperature T low (for example, when T high = 88 ° C. and T low = 78 ° C., it is about 10 ° C. higher). In step S11, the opening degree of the switching
前記のようにして冷却水を冷却した後、ECU50は、点火プラグ12の点火タイミングをMBTよりも所定量リタード(遅角)させる処理を実行する(ステップS12)。すなわち、点火プラグ12の点火タイミングは、特に支障のない限り、最もトルクの出るタイミングであるMBTに設定されるが(ステップS5参照)、ステップS12では、点火タイミングが前記MBTよりも所定のクランク角分だけ遅く設定される。
After cooling the cooling water as described above, the
前記のように点火タイミングをリタードさせるのは、第2運転領域Bでの異常燃焼を回避するためである。すなわち、エンジンの中負荷域の中でも高速側に位置する第2運転領域Bは、低速側に位置する第1運転領域に比べて、単位時間当たりの発生熱量が大きいので、気筒2の温度上昇が著しく、ノッキングが起こり易い。そこで、このようなノッキングを回避するために、前記ステップS12では点火タイミングをリタードさせている。すなわち、第2運転領域Bは、ノッキング抑制のために点火タイミングのリタードを行うエンジンの運転領域、つまりリタード領域である。 The reason for retarding the ignition timing as described above is to avoid abnormal combustion in the second operation region B. That is, in the second operating region B located on the high speed side in the medium load region of the engine, the amount of heat generated per unit time is larger than that in the first operating region located on the low speed side. Remarkably, knocking is likely to occur. In order to avoid such knocking, the ignition timing is retarded in step S12. That is, the second operation region B is an engine operation region where the ignition timing is retarded to suppress knocking, that is, a retard region.
ただし、このステップS12におけるリタード量(MBTからの遅角量)は相対的に小さい値に設定されている。具体的に、後述するステップS17(エンジンが第3運転領域C1又は第4運転領域C2で運転されている場合)で設定されるリタード量よりも小さいリタード量に設定される。その理由は、エンジンの冷却水温Twが低温基準温度Tlowまで下げられるので(前記ステップS9〜S11)、ノッキングが起き易い環境が改善され、そのため、点火タイミングのリタード量を減らしても、ノッキングが回避できるからである。 However, the retard amount (retard amount from MBT) in step S12 is set to a relatively small value. Specifically, the retard amount is set to be smaller than the retard amount set in step S17 (when the engine is operated in the third operation region C1 or the fourth operation region C2) described later. The reason is that the engine coolant temperature Tw is lowered to the low temperature reference temperature T low (steps S9 to S11), so that the environment in which knocking is likely to occur is improved. Therefore, even if the ignition timing retard amount is reduced, knocking is not caused. This is because it can be avoided.
なお、図9に示すように、第2運転領域Bは基準速度R4に近い低速寄りほど高負荷寄りに縮小され、定格速度R5に近い高速寄りほど低負荷寄りまで拡大されている。その理由は、高速時は単位時間当たりの発生熱量が大きいため、ひとたびノッキングが起きると重大な事態になる。そのため、高速時は低速時に比べて低負荷寄りまで広い範囲で点火タイミングをリタードさせる必要があるからである。 As shown in FIG. 9, the second operation region B is reduced toward a higher load as the speed decreases closer to the reference speed R4, and expanded toward a lower load as the speed approaches closer to the rated speed R5. The reason is that, since the amount of heat generated per unit time is large at high speed, once knocking occurs, it becomes a serious situation. For this reason, it is necessary to retard the ignition timing in a wide range up to a lower load at a high speed than at a low speed.
次いで、ECU50は、インジェクタ11からの燃料噴射量を三元触媒の排気浄化能力が最も良くなる理論空燃比(λ=1)が実現する燃料噴射量に設定する(ステップS13)。
Next, the
前記ステップS7でNOと判定された場合、ECU50は、前記ステップS1で読み込んだ情報に基いて、エンジンが第3運転領域C1又は第4運転領域C2で運転されているか否かを判定する処理を実行する(ステップS14)。すなわち、ECU50は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN2、及びアクセル開度センサSN4等から得られる情報に基いて、エンジンの負荷及び回転速度を特定すると共に、両者の値から求まるエンジンの運転ポイントが、図9に示した第3運転領域C1又は第4運転領域C2に含まれるか否かを判定する。
When it is determined NO in Step S7, the
前記ステップS14でYESと判定されてエンジンが第3運転領域C1又は第4運転領域C2で運転されていることが確認された場合、ECU50は、前記ステップS3と同様、冷却機構30の切替弁34が開弁される温度(ラジエータ33への冷却水の流入が許容される温度)である冷却水の基準温度として、予め定められたノーマル基準温度Thighを設定する処理を実行する(ステップS15)。なお、ノーマル基準温度Thighの値は、例えば88℃とすることができる。
When it is determined YES in step S14 and it is confirmed that the engine is operating in the third operation region C1 or the fourth operation region C2, the
次いで、ECU50は、前記ステップS4と同様、エンジンの冷却水温Twが、前記ステップS15で設定したノーマル基準温度Thighに維持されるように、切替弁34の開度を制御する処理を実行する(ステップS16)。具体的に、ECU50は、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh以上であれば切替弁34を開弁させ、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh未満であれば切替弁34を閉弁させるというように、切替弁34の開度を制御する。これにより、冷却水温Twがノーマル基準温度Thigh以上のときにのみ冷却水がラジエータ33に流入して冷却されるので、冷却水温Twはノーマル基準温度Thighを大きく上回ることも下回ることもなく、その近傍値に維持される。
Next, as in step S4, the
次いで、ECU50は、前記ステップS12と同様、点火プラグ12の点火タイミングをMBTよりも所定量リタード(遅角)させる処理を実行する(ステップS17)。すなわち、点火プラグ12の点火タイミングは、特に支障のない限り、最もトルクの出るタイミングであるMBTに設定されるが(ステップS5参照)、ステップS17では、点火タイミングが前記MBTよりも所定のクランク角分だけ遅く設定される。
Next, as in step S12, the
前記のように点火タイミングをリタードさせるのは、第3運転領域C1又は第4運転領域C2での異常燃焼を回避するためである。すなわち、第3運転領域C1又は第4運転領域C2はスロットル全開域を含む高負荷域に設定されているので、燃料噴射量が増量され、発生熱量が大きいので、気筒2の温度上昇が著しく、ノッキングが起こり易い。そこで、このようなノッキングを回避するために、前記ステップS17では点火タイミングをリタードさせている。すなわち、第3運転領域C1又は第4運転領域C2は、ノッキング抑制のために点火タイミングのリタードを行うエンジンの運転領域、つまりリタード領域である。
The reason for retarding the ignition timing as described above is to avoid abnormal combustion in the third operation region C1 or the fourth operation region C2. That is, since the third operation region C1 or the fourth operation region C2 is set to a high load region including the throttle fully open region, the fuel injection amount is increased and the generated heat amount is large, so the temperature rise of the
しかも、このステップS17におけるリタード量(MBTからの遅角量)は相対的に大きい値に設定されている。具体的に、前述したステップS12(エンジンが第2運転領域Bで運転されている場合)で設定されるリタード量よりも大きいリタード量に設定される。その理由は、エンジンの冷却水温Twがノーマル基準温度Thighに維持され(前記ステップS15,S16)、高負荷域に設定された第3運転領域C1又は第4運転領域C2では発生熱量が過大なため、ノッキングが起き易い環境が維持され、そのため、点火タイミングのリタード量を大きくして、ノッキングを回避する必要があるからである。 Moreover, the retard amount (retard amount from MBT) in step S17 is set to a relatively large value. Specifically, the retard amount is set to be larger than the retard amount set in the above-described step S12 (when the engine is operated in the second operation region B). The reason is that the engine coolant temperature Tw is maintained at the normal reference temperature T high (steps S15 and S16), and the generated heat amount is excessive in the third operation region C1 or the fourth operation region C2 set in the high load region. Therefore, an environment in which knocking is likely to occur is maintained, and therefore it is necessary to avoid the knocking by increasing the retard amount of the ignition timing.
次いで、ECU50は、インジェクタ11からの燃料噴射量を空燃比が理論空燃比(λ=1)よりもリッチとなる燃料噴射量に設定する(ステップS18)。その理由は、点火タイミングをリタードさせると(しかも第3運転領域C1又は第4運転領域C2では点火タイミングを大きくリタードさせている)、トルクが減るので、燃料噴射量を増やしてトルクを補う必要があるからである。また、点火タイミングをリタードさせると、燃料が後燃えしたり燃焼ガスの膨張が少なくなることで排気ガス温度が高くなるので、燃料噴射量を増やして余った燃料の気化潜熱で気筒2の温度を下げる必要があるからである。
Next, the
なお、前記ステップS8でNOと判定されて現在のギア段が所定の段位未満であることが確認された場合、ECU50は、ステップS3〜S6を実行する。つまり、ECU50は、エンジンが第2運転領域Bで運転されているけれども、第1運転領域Aで運転されているときと同じ動作を行う。ただし、その動作内容はすでに述べたので説明は省略する。
If it is determined NO in step S8 and it is confirmed that the current gear stage is less than the predetermined stage, the
図11に移り、前記ステップS14でNOと判定された場合、つまり、エンジンが第5運転領域Dで運転されていることが確認された場合、さらにいえば、現在のエンジン回転速度が掃気低下速度域(すなわち排気通路25内の排気脈動で生じる負圧波による気筒2の掃気効率が他の速度域よりも低い速度域)にある場合、ECU50は、前記ステップS8と同様、シフトポジションセンサSN5から得られる情報に基いて、現在の変速機40のギア段が予め定められた所定の段位以上であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS19)。ここで、「所定の段位」としては、変速機40が有する複数のギア段の中でも高めの段位(例えば半分より上の段位)が設定される。例えば、変速機40が前進6段のものである場合には、所定の段位として「4」を設定することができる。このときは、ギア段が1〜3速のいずれかであれば前記ステップS19での判定がNOとなり、ギア段が4〜6速のいずれかであれば前記ステップS19の判定がYESとなる。
Turning to FIG. 11, when it is determined NO in Step S <b> 14, that is, when it is confirmed that the engine is operating in the fifth operation region D, more specifically, the current engine rotation speed is the scavenging reduction speed.
前記ステップS19でYESと判定されて現在のギア段が所定の段位以上であることが確認された場合、ECU50は、前記ステップS9と同様、冷却水の基準温度(切替弁34が開弁される温度)として、前記ノーマル基準温度Thighよりも低い値である低温基準温度Tlowを設定する処理を実行する(ステップS20)。なお、低温基準温度Tlowの値は、例えば78℃とすることができる。すなわち、エンジン回転速度が掃気低下速度域にある場合は、ない場合(つまりエンジン回転速度が掃気良好速度域にある場合:ステップS15参照)に比べて、冷却機構30の冷却能力を高く設定するのである(Tlow<Thigh)。
When it is determined as YES in Step S19 and it is confirmed that the current gear stage is equal to or higher than a predetermined stage, the
次いで、ECU50は、前記ステップS10と同様、水温センサSN3から得られる情報に基いて、現在のエンジンの冷却水温Twが、前記ステップS20で設定した低温基準温度Tlow以上であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS21)。そして、ここでYESと判定されてTw≧Tlowであることが確認された場合に、切替弁34を開弁させて冷却水をラジエータ33に流入させる処理を実行する(ステップS22)。これにより、ラジエータ33で熱交換が行われて冷却水が冷却され、冷却水温Twが低下し始める。一方、冷却水温Twが低温基準温度Tlowを下回ると(ステップS21でNO)、切替弁34が閉じられるので、それ以上冷却は進行しなくなり、冷却水温Twは低温基準温度Tlowの近傍値に維持される。
Next, as in step S10, the
前記のようにして冷却水を冷却した後、ECU50は、前記ステップS12と同様、点火プラグ12の点火タイミングをMBTよりも所定量リタード(遅角)させる処理を実行する(ステップS23)。すなわち、点火プラグ12の点火タイミングは、特に支障のない限り、最もトルクの出るタイミングであるMBTに設定されるが(ステップS5参照)、ステップS23では、点火タイミングが前記MBTよりも所定のクランク角分だけ遅く設定される。
After cooling the cooling water as described above, the
前記のように点火タイミングをリタードさせるのは、第5運転領域Dでの異常燃焼を回避するためである。すなわち、第5運転領域Dは、第3運転領域C1及び第4運転領域C2と同様、スロットル全開域を含む高負荷域に設定されているので、燃料噴射量が増量され、発生熱量が大きいので、気筒2の温度上昇が著しく、ノッキングが起こり易い。そこで、このようなノッキングを回避するために、前記ステップS23では点火タイミングをリタードさせている。すなわち、第5運転領域Dは、ノッキング抑制のために点火タイミングのリタードを行うエンジンの運転領域、つまりリタード領域である。
The reason for retarding the ignition timing as described above is to avoid abnormal combustion in the fifth operation region D. That is, since the fifth operation region D is set to a high load region including the throttle full open region, similarly to the third operation region C1 and the fourth operation region C2, the fuel injection amount is increased and the generated heat amount is large. The temperature rise of the
ただし、このステップS23におけるリタード量(MBTからの遅角量)は相対的に小さい値に設定されている。具体的に、前述したステップS17(エンジンが第3運転領域C1又は第4運転領域C2で運転されている場合)で設定されるリタード量よりも小さいリタード量に設定される。その理由は、エンジンの冷却水温Twが低温基準温度Tlowまで下げられるので(前記ステップS20〜S22)、ノッキングが起き易い環境が改善され、そのため、点火タイミングのリタード量を減らしても、ノッキングが回避できるからである。すなわち、エンジン回転速度が掃気低下速度域にある場合は、ない場合(つまりエンジン回転速度が掃気良好速度域にある場合:ステップS17参照)に比べて、リタード量が減らされる(つまり点火タイミングが進角される)ので、この掃気低下速度域に属する第5運転領域Dにおいては、トルク(高負荷域トルク)が上昇し、掃気低下速度域における高負荷域トルクの落ち込みが補われることになる。 However, the retard amount (retard amount from MBT) in step S23 is set to a relatively small value. Specifically, the retard amount is set to be smaller than the retard amount set in step S17 (when the engine is operated in the third operation region C1 or the fourth operation region C2). The reason is that the engine cooling water temperature Tw is lowered to the low temperature reference temperature T low (steps S20 to S22), so that the environment in which knocking is likely to occur is improved. Therefore, even if the ignition timing retard amount is reduced, knocking is not caused. This is because it can be avoided. That is, when the engine speed is in the scavenging reduction speed range, the retard amount is reduced (that is, the ignition timing is advanced) as compared with the case where there is no engine speed (that is, when the engine speed is in the scavenging good speed range: see step S17). Therefore, in the fifth operation region D belonging to this scavenging reduction speed region, the torque (high load region torque) increases, and the drop in the high load region torque in the scavenging reduction speed region is compensated.
次いで、ECU50は、前記ステップS18と同様、インジェクタ11からの燃料噴射量を空燃比が理論空燃比(λ=1)よりもリッチとなる燃料噴射量に設定する(ステップS24)。その理由は、点火タイミングをリタードさせると、トルクが減るので、燃料噴射量を増やしてトルクを補う必要があるからである。また、点火タイミングをリタードさせると、燃料が後燃えしたり燃焼ガスの膨張が少なくなることで排気ガス温度が高くなるので、燃料噴射量を増やして余った燃料の気化潜熱で気筒2の温度を下げる必要があるからである。ただし、この第5運転領域Dにおいてはリタード量が相対的に少なくされている(ステップS23)ので、このステップS24における空燃比のリッチの程度は前記ステップS18における空燃比のリッチの程度に比べて軽微なものとなる。
Next, as in step S18, the
なお、前記ステップS19でNOと判定されて現在のギア段が所定の段位未満であることが確認された場合、ECU50は、ステップS15〜S18を実行する。つまり、ECU50は、エンジンが第5運転領域Dで運転されているけれども、第3運転領域C1又は第4運転領域C2で運転されているときと同じ動作を行う。ただし、その動作内容はすでに述べたので説明は省略する。
When it is determined NO in step S19 and it is confirmed that the current gear stage is less than the predetermined stage, the
(4)作用等
前記実施形態に係る火花点火式エンジンは、エンジン本体1を冷却する冷却機構30と、第2運転領域B、第3運転領域C1、第4運転領域C2及び第5運転領域Dにおいて点火時期のリタードを行うECU50とを備える。エンジンの排気通路25は、排気通路25内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁8,9のオーバーラップ期間OL中に排気ポート7に到達することにより気筒2内の残留ガスが掃気されるように構成されている。前記第3運転領域C1及び第4運転領域C2は、前記掃気の効率が相対的に高い速度域(掃気良好速度域)に属し、前記第5運転領域Dは、前記掃気の効率が相対的に低い速度域(掃気低下速度域)に属している。ECU50は、同じ高負荷域でも、掃気低下速度域に属する第5運転領域Dでは、掃気良好速度域に属する第3運転領域C1や第4運転領域C2に比べて、冷却機構30の冷却能力を高く設定する(ステップS20でTlow<Thigh)。
(4) Action, etc. The spark ignition type engine according to the embodiment includes the cooling mechanism 30 that cools the
本実施形態によれば、少なくともエンジンの高負荷域、つまり第3運転領域C1、第4運転領域C2及び第5運転領域Dがリタード領域である火花点火式エンジンにおいて、前記第3〜第5運転領域C1,C2,Dのうち、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に低い掃気低下速度域に属する第5運転領域Dでは、排気脈動で生じる負圧波による掃気効率が相対的に高い掃気良好速度域に属する第3運転領域C1及び第4運転領域C2に比べて、冷却機構30の冷却能力が高く設定されるので、前記第5運転領域Dでは、前記第3運転領域C1及び第4運転領域C2よりも、エンジン本体1の冷却が強化されてエンジン本体1の温度が低下する。そのため、第5運転領域D、すなわち掃気低下速度域ではノッキングが抑制され、リタード量を少なくすること(点火時期のアドバンス(進角))ができるので、図7に鎖線aで示すように、掃気低下速度域におけるトルクの落ち込みが補われる。その結果、フラットで高いトルクカーブが得られ、高トルクで扱い易いエンジンを実現することができる。
According to the present embodiment, in the spark ignition type engine in which at least the high load region of the engine, that is, the third operation region C1, the fourth operation region C2, and the fifth operation region D are retard regions, the third to fifth operations. Of the regions C1, C2 and D, in the fifth operation region D belonging to the scavenging reduction speed region where the scavenging efficiency due to the negative pressure wave caused by the exhaust pulsation is relatively low, the scavenging efficiency due to the negative pressure wave caused by the exhaust pulsation is relatively high. Since the cooling capacity of the cooling mechanism 30 is set higher than in the third operation region C1 and the fourth operation region C2 that belong to the scavenging good speed region, in the fifth operation region D, the third operation region C1 and the second operation region C1. The cooling of the engine
特に、前述したように、本実施形態では、高負荷域(第3〜第5運転領域C1,C2,D)において、エンジン本体1の有効圧縮比をガソリンエンジンとしては高めの値である10以上に設定している。そのため、第5運転領域Dでは本来的にノッキングが起き易いので、傾向としては、第5運転領域Dにおける点火タイミングのリタード量は大きくなる傾向にある。しかし、本実施形態では、第5運転領域Dでエンジン本体1の冷却を強化してリタード量を減少させるので、図12に示すように、同じ進角量でも、リタード量が大きい状態での点火進角はリタード量が小さい状態での点火進角に比べてトルクの上昇が大きいことから、高負荷域トルクを上昇させる効果がより大きいものとなる。
In particular, as described above, in the present embodiment, the effective compression ratio of the
以上により、本実施形態によれば、掃気低下速度域における高負荷域トルクの落ち込みを改善することが可能な火花点火式エンジンの制御装置が提供される。 As described above, according to the present embodiment, there is provided a control device for a spark ignition engine capable of improving the drop in the high load region torque in the scavenging reduction speed region.
また、前記実施形態では、たとえ第5運転領域Dでの運転であっても、変速機40のギア段が低いとき(ステップS19でNO)は、前記冷却能力を高める制御が実行されない(ステップS15で基準温度=Thigh)ので、エンジン本体1の温度が実際に低下するまでの遅れ時間を考慮した適正な条件下で無駄なく冷却能力を高めることができる。すなわち、変速機40のギア段が低いときは、エンジンの運転ポイントの移動が激しく、また、すぐにシフトアップされる(変速段が高速ギア段に変更される)可能性がある。このため、ギア段が低いときに冷却能力を高めても、実際にエンジン本体1の各気筒2の温度が下がったときには、すでに第5運転領域D以外の運転領域に移動していることがあり得るし、これでは冷却能力を高める意味がなくなってしまう。これに対し、前記実施形態のように、冷却能力を高める制御を、変速機40のギア段が高いとき、つまり、運転ポイントの移動が緩やかで(つまり巡航に近い状態で)、直ちには第5運転領域Dを外れないと予想されるときにのみ許容した場合には、エンジン本体1の温度が実際に低下するまでに多少の遅れ時間があっても、第5運転領域Dでの運転中にエンジン本体1の温度を充分に低下させられると考えられるので、冷却能力が高める制御が無駄になることがない。
In the embodiment, even when the operation is in the fifth operation region D, when the gear position of the
特に、ギア段が低いときに、図9に示す第5運転領域D以外の運転領域として、例えば第1運転領域A内の低速域に移動した場合は、次のような不具合がある。すなわち、低速域は回転速度が低いためにピストン5の移動速度が遅く、したがって気筒2内での混合気の流動性ないしミキシングが低下し易く、その結果、燃料の気化霧化にかかる時間が長くなって、未燃のHC(Raw HC)が発生し易い。したがって、そのような第1運転領域A内の低速域でエンジン本体1の温度が下がることは好ましくない。また、エンジン本体1の温度が下がるとエンジンオイルの粘度上昇に起因する種々のフリクションロス(ピストン5の摺動抵抗等)が増えるので、エンジン本体1の温度を下げる必要のない領域でエンジン本体1の温度が下がることはフリクションロス増大の点からも好ましくない。これに対し、前記実施形態では、冷却能力を高める制御を変速機40のギア段が高いとき(すなわち直ちには第5運転領域Dを外れないと予想されるとき)にのみ許容するので、前記のようなギア段が低いにも拘らず冷却能力を高めた場合に起こり得る不具合が回避される。
In particular, when the gear stage is low, when moving to a low speed region in the first operation region A as an operation region other than the fifth operation region D shown in FIG. That is, since the rotational speed is low in the low speed region, the moving speed of the
また、前記実施形態では、図9に示すように、掃気効率が低いために冷却機構30の冷却能力を高く設定する領域、すなわち第5運転領域Dは、エンジンの中速域に予め定められた基準速度R4未満の速度域に設定されている。つまり、第5運転領域Dが基準速度R4未満の速度域であっても、換言すれば低速域にあっても、冷却機構30の冷却能力を高く設定する制御が実行される(ステップS20〜S22)。これにより、次のような作用が得られる。 In the embodiment, as shown in FIG. 9, since the scavenging efficiency is low, the region where the cooling capacity of the cooling mechanism 30 is set high, that is, the fifth operation region D is predetermined in the medium speed region of the engine. The speed range is set to be lower than the reference speed R4. That is, even when the fifth operation region D is in the speed region below the reference speed R4, in other words, in the low speed region, control for setting the cooling capacity of the cooling mechanism 30 to be high is executed (steps S20 to S22). ). Thereby, the following operation is obtained.
前述したように、低速域は、回転速度が低いためにピストン5の移動速度が遅く、したがって気筒2内での混合気の流動性ないしミキシングが低下し易く、その結果、燃料の気化霧化にかかる時間が長くなって、本来であれば未燃のHC(Raw HC)が発生し易い。しかし、第5運転領域Dは高負荷域に属している上、掃気効率が低く、気筒2内に残留ガスが相当量残っているので、気筒2の温度は高い状態にあり、燃料の気化霧化が促進される。そのため、たとえ第5運転領域Dでエンジン本体1の冷却を強化しても、燃料の気化霧化が著しく阻害されることはない。それよりも、点火時期をアドバンス(進角)させ、高負荷域トルクを上昇させる効果のほうが大きい。
As described above, in the low speed region, since the rotational speed is low, the moving speed of the
そこで、前記実施形態では、たとえ第5運転領域Dが低速域にあっても、冷却能力を高めるようにしたものである。これにより、低速域内の高負荷域トルクの落ち込みが補われて、より一層フラットなトルクカーブが得られる。 Therefore, in the embodiment, the cooling capacity is increased even if the fifth operation region D is in the low speed region. As a result, the drop in the high load region torque in the low speed region is compensated, and a flatter torque curve can be obtained.
また、前記実施形態では、ECU50は、第2運転領域Bにおいて点火時期のリタードを行い、第2運転領域Bでは、第1運転領域Aに比べて、冷却機構30の冷却能力を高く設定する(ステップS9でTlow<Thigh)。すなわち、第2運転領域Bがリタード領域である火花点火式エンジンにおいて、リタード領域である第2運転領域Bでは、リタード領域でない第1運転領域Aに比べて、冷却機構30の冷却能力が高く設定されるので、以下のような理由により、リタード領域である第2運転領域Bで冷却機構30の冷却能力が高く設定されないときに増大する燃費低下の問題が低減される。
In the above embodiment, the
まず、中負荷域において、第2運転領域Bは第1運転領域Aに比べて高速側にあるから、単位時間当たりの発生熱量が大きい。そのため、第2運転領域Bはノッキングを抑制するためにリタード領域とされている。 First, in the middle load region, the second operation region B is on the higher speed side than the first operation region A, and thus the amount of heat generated per unit time is large. Therefore, the second operation region B is a retard region in order to suppress knocking.
そして、点火時期をリタードさせると、その分トルクが減るので、燃料噴射量を増やしてトルクを補う必要があり、燃費が低下するという問題がある。また、点火時期をリタードさせると、燃料が後燃えしたり燃焼ガスの膨張が少なくなることで排気ガス温度が高くなるので、異常燃焼防止等の観点から、燃料噴射量を増やして余った燃料の気化潜熱で気筒2の温度を下げることが行われ、この点からも燃費が低下するという問題がある。
When the ignition timing is retarded, the torque is reduced by that amount. Therefore, it is necessary to increase the fuel injection amount to compensate for the torque, resulting in a problem that the fuel consumption is lowered. In addition, when the ignition timing is retarded, the exhaust gas temperature rises because the fuel burns later or the expansion of the combustion gas decreases, so from the standpoint of preventing abnormal combustion, etc. The temperature of the
そこで、ECU50は、同じエンジン中負荷域の中でも、リタード領域である第2運転領域Bでは、リタード領域でない第1運転領域Aに比べて、冷却機構30の冷却能力を高く設定した(ステップS9でTlow<Thigh)ものである。これにより、第2運転領域Bでは、エンジン本体1の冷却が強化されてエンジン本体1の温度が低下し、ノッキングが抑制される。そのため、リタード量を少なくして点火タイミングをアドバンスできるので(エンジンが第3運転領域C1や第4運転領域C2で運転されている場合は、ステップS17で、リタード量が相対的に大きくされるのに対し、エンジンが第2運転領域Bで運転されている場合は、ステップS12で、リタード量が相対的に小さくされる。すなわち、点火タイミングがアドバンスされる。)、トルクが上昇して、燃費が向上する。また、リタード量の減少により排気ガス温度が低下するので、燃料噴射量を少なくして混合気をリーン化でき(エンジンが第3運転領域C1や第4運転領域C2で運転されている場合は、ステップS18で、空燃比が理論空燃比よりもリッチ(λ<1)とされるのに対し、エンジンが第2運転領域Bで運転されている場合は、ステップS13で、空燃比がそれよりもリーンな理論空燃比(λ=1)とされる。)、この点からも燃費が向上する。
Therefore, the
以上により、本実施形態によれば、リタード領域である第2運転領域Bにおける燃費低下の問題が低減されて、第2運転領域Bにおける燃費性能を改善することが可能な火花点火式エンジンの制御装置が提供される。 As described above, according to the present embodiment, the control of the spark ignition engine capable of reducing the problem of fuel consumption reduction in the second operation region B that is the retard region and improving the fuel consumption performance in the second operation region B. An apparatus is provided.
一方で、リタードしても排気温度が信頼性を低下させるほどに上昇しない第1運転領域Aでは、第2運転領域Bに比べて、冷却機構30の冷却能力が低く設定される(ステップS3でThigh>Tlow)ので、エンジン本体1が過度に冷却されることがない。そもそも、低速域は、回転速度が低いためにピストン5の移動速度が遅く、したがって気筒2内での混合気の流動性ないしミキシングが低下し易く、その結果、燃料の気化霧化にかかる時間が長くなって、未燃のHC(Raw HC)が発生し易い。これに対し、前記実施形態によれば、そのような第1運転領域Aにおいて、エンジン本体1が過度に冷却されないので、前記のような筒内流動ないしミキシングの低下を助長するようなことがなく、前記未燃HCの発生量の増大が防止される。また、エンジン本体1が過度に冷却されることがないから、エンジンオイルの粘度上昇に起因する種々のフリクションロス(ピストン5の摺動抵抗等)の増大も防止される。これらにより、リタード領域でない第1運転領域Aにおいても燃費の低下が防止される。
On the other hand, in the first operation region A in which the exhaust temperature does not rise to such an extent that the reliability is lowered even when retarded, the cooling capacity of the cooling mechanism 30 is set lower than that in the second operation region B (in step S3). (T high > T low ), the
また、前記実施形態に係るエンジンは、エンジン本体1の幾何学的圧縮比が12以上とされており、ガソリンエンジンとしては高めの圧縮比に設定されているため、本来的にノッキングが起き易い。これに対し、前記実施形態では、前記のような冷却水温Twの制御を行い、リタード領域における燃費性能が改善されるので、高圧縮比化に伴う熱効率の向上と相俟って、より優れた燃費性能を得ることが可能になる。
Further, in the engine according to the embodiment, the geometric compression ratio of the
なお、前記実施形態では、切替弁34が開弁する温度である基準温度を下げる(つまりラジエータ33への冷却水の流入をより低い温度条件から許可する)ことにより、冷却機構30の冷却能力を高めるようにしたが、冷却能力は、前記のような基準温度の変更によらない他の方法によっても高めることが可能である。
In the above-described embodiment, the cooling temperature of the cooling mechanism 30 is increased by lowering the reference temperature that is the temperature at which the switching
例えば、冷却水ポンプ31として、電気モータで駆動される電動式のポンプを設け、電気モータの回転速度を調整して冷却水の流量を変化させることにより、冷却能力を制御するようにしてもよい。
For example, an electric pump driven by an electric motor may be provided as the cooling
あるいは、冷却機構30の冷却能力を高めるための装置として、グリルシャッタを設けてもよい。このグリルシャッタは、ラジエータ33の車両前方に配置されたフロントグリルの内部に収容されており、フロントグリルの空気導入口の開口面積を増大したり減少したり可変に調節するものである。グリルシャッタによりフロントグリルの開口面積が増大されてラジエータ33に吹き付けられる空気(走行風)の流量が増加すれば(高まれば)、それに伴って冷却機構30の冷却能力が高められ、冷却水温が急速に低下することになる。
Alternatively, a grill shutter may be provided as a device for increasing the cooling capacity of the cooling mechanism 30. The grill shutter is housed in a front grill disposed in front of the
したがって、このグリルシャッタを開閉制御してフロントグリルの空気導入口からラジエータに吹き付けられる空気(走行風)の流量を調節して変化させることにより、ラジエータでの熱変換量を調節して変化させて、冷却機構30の冷却能力を適正かつ確実に調整し制御することが可能となる。 Therefore, by adjusting the flow rate of air (running wind) blown to the radiator from the air inlet port of the front grill by controlling the opening and closing of the grill shutter, the amount of heat conversion in the radiator is adjusted and changed. The cooling capacity of the cooling mechanism 30 can be adjusted and controlled appropriately and reliably.
また、グリルシャッタに代えてファンを用い、ファンを回転駆動してラジエータ33に空気(風)を当て、その空気の風量を調節してもよい。
Alternatively, a fan may be used instead of the grille shutter, and the fan may be rotationally driven to apply air (wind) to the
また、前記実施形態では、エンジン本体1の幾何学的圧縮比を12以上に設定したが、オクタン価(RON)が高いガソリンを燃料として用いる場合には、ノッキング等の異常燃焼が相対的に起き難くなるので、幾何学的圧縮比をさらに高く設定してもよい。具体的には、オクタン価が95以上のガソリンを燃料として用いる場合には、幾何学的圧縮比を13以上とすることができる。逆に、オクタン価が91以上95未満である場合には、やはり前記実施形態のように、幾何学的圧縮比を12以上とするのがよい。
Moreover, in the said embodiment, although the geometric compression ratio of the engine
また、前記実施形態では、ステップS13で空燃比を理論空燃比とした(λ=1)が、冷却機構30の冷却能力を高めない場合に比べてリーンであればよく、必ずしもλ=1にする必要はない。 In the embodiment, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio in step S13 (λ = 1). However, it is sufficient that the air-fuel ratio is lean as compared with the case where the cooling capacity of the cooling mechanism 30 is not increased. There is no need.
1 エンジン本体
2 気筒
15 クランク軸(出力軸)
30 冷却機構
32 冷却水路
33 ラジエータ
34 切替弁
40 変速機
50 ECU(制御手段)
A 第1運転領域
B 第2運転領域
C1 第3運転領域
C2 第4運転領域
D 第5運転領域
R4 基準速度
1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30
A 1st operation area B 2nd operation area C1 3rd operation area C2 4th operation area D 5th operation area R4 Reference speed
Claims (6)
所定のエンジン回転数域において排気通路内の排気脈動で生じる負圧波を吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達させることにより気筒内の残留ガスの掃気効率を高めるように前記排気通路が構成され、
前記制御手段は、前記高負荷域のうち最大負荷を含む所定負荷以上の領域において、前記所定のエンジン回転数域以外のエンジン回転数域では、前記所定のエンジン回転数域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 A spark ignition engine control device comprising a cooling mechanism for cooling an engine body and a control means for retarding ignition timing at least in a high load region of the engine,
Said exhaust passage to enhance the scavenging efficiency of the residual gas in cylinders by causing reach the exhaust port during the overlap period the intake and exhaust valves of the negative pressure wave generated by the exhaust pulsation in the exhaust passage at a predetermined engine speed range Configured,
Wherein, in the region of more than a predetermined load including a maximum load of the high load region, in the predetermined engine speed range the engine speed range other than, than the predetermined engine speed range, the cooling A control device for a spark ignition engine characterized by setting a high cooling capacity of the mechanism.
前記エンジンは車両に搭載された車載用エンジンであり、
前記エンジン本体の出力軸は、複数のギア段を有する変速機を介して車輪に連結されており、
前記制御手段は、前記冷却機構の冷却能力を高く設定する制御を前記変速機のギア段が所定の段位以上のときにのみ実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 The control device for a spark ignition engine according to claim 1,
The engine is an in-vehicle engine mounted on a vehicle,
The output shaft of the engine body is connected to wheels via a transmission having a plurality of gear stages,
The control device for a spark ignition engine, wherein the control means executes control for setting the cooling capacity of the cooling mechanism to be high only when a gear stage of the transmission is a predetermined level or higher.
前記掃気効率が低いために前記冷却機構の冷却能力を高く設定する領域は、予め定められた基準速度未満の速度域に設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 In the control device for the spark ignition engine according to claim 1 or 2,
The control device for a spark ignition type engine, wherein a region in which the cooling capacity of the cooling mechanism is set high because the scavenging efficiency is low is set to a speed region that is less than a predetermined reference speed.
前記制御手段は、エンジンの高速域内の中負荷域において点火時期のリタードを行い、エンジンの中負荷域内の高速域では、中負荷域内の低速域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 The control device for a spark ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
The control means retards the ignition timing in a medium load range in the high speed range of the engine, and the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher in the high speed range in the medium load range than in the low speed range in the medium load range. A control device for a spark ignition type engine.
前記エンジンは車両に搭載された車載用エンジンであり、 The engine is an in-vehicle engine mounted on a vehicle,
前記エンジン本体の出力軸は、複数のギア段を有する変速機を介して車輪に連結されており、 The output shaft of the engine body is connected to wheels via a transmission having a plurality of gear stages,
排気通路内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達することにより気筒内の残留ガスが掃気されるように前記排気通路が構成され、 The exhaust passage is configured such that a negative pressure wave caused by exhaust pulsation in the exhaust passage reaches the exhaust port during the overlap period of the intake and exhaust valves, thereby scavenging residual gas in the cylinder,
前記制御手段は、高負荷域のうち、前記掃気の効率が他の速度域よりも低い速度域では、他の速度域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定するとともに、前記冷却機構の冷却能力を高く設定する制御を前記変速機のギア段が所定の段位以上のときにのみ実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 The control means sets the cooling capacity of the cooling mechanism higher in the speed range where the efficiency of the scavenging is lower than the other speed range in the high load range, and the cooling mechanism A control device for a spark ignition engine, wherein control for setting a high cooling capacity is executed only when a gear stage of the transmission is equal to or higher than a predetermined stage.
排気通路内の排気脈動で生じる負圧波が吸排気弁のオーバーラップ期間中に排気ポートに到達することにより気筒内の残留ガスが掃気されるように前記排気通路が構成され、 The exhaust passage is configured such that a negative pressure wave caused by exhaust pulsation in the exhaust passage reaches the exhaust port during the overlap period of the intake and exhaust valves, thereby scavenging residual gas in the cylinder,
前記制御手段は、高負荷域のうち、前記掃気の効率が他の速度域よりも低い速度域では、他の速度域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定するとともに、エンジンの高速域内の中負荷域において点火時期のリタードを行い、エンジンの中負荷域内の高速域では、中負荷域内の低速域に比べて、前記冷却機構の冷却能力を高く設定することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。 The control means sets the cooling capacity of the cooling mechanism higher in the speed range where the efficiency of the scavenging gas is lower than the other speed range in the high load range, and increases the engine speed. Ignition timing is retarded in the medium load range in the region, and the cooling capacity of the cooling mechanism is set higher in the high speed region in the medium load region than in the low speed region in the medium load region. Type engine control device.
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