JP6020351B2 - Control device for spark ignition engine - Google Patents
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ここに開示する技術は、火花点火式エンジンの制御装置に係り、特に特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率の低い特殊燃料を含む燃料が供給されるよう構成された火花点火式エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a control device for a spark ignition engine, and more particularly, to a spark ignition engine configured to be supplied with a fuel including a special fuel having a lower vaporization rate than gasoline under a specific temperature or lower. The present invention relates to a control device.
近年、地球温暖化等の環境問題の視点からバイオ燃料が注目されており、ガソリンと例えばバイオエタノールとを任意の混合比で混合した燃料で走行可能なFFV(Flexible Fuel Vehicle)が実用化されている(例えば特許文献1参照)。FFVにおける燃料のエタノール濃度の範囲は、市場で流通している燃料のガソリン及びエタノールの混合比によって異なるが、例えばE25(ガソリン75%、エタノール25)からE100(エタノール100%)まで変化する場合、又は、E0(ガソリン100%)からE85(ガソリン15%、エタノール85%)まで変化する場合がある。尚、ここでいうE100には、エタノールの精製過程で十分に水分が除去されず、5%程度の水分を含有するE100(エタノール95%、水5%)も含まれる。
In recent years, biofuels have attracted attention from the viewpoint of environmental problems such as global warming, and FFVs (Flexible Fuel Vehicles) that can run with a fuel in which gasoline and bioethanol, for example, are mixed at an arbitrary mixing ratio have been put into practical use. (For example, refer to Patent Document 1). The range of the ethanol concentration of the fuel in FFV differs depending on the mixing ratio of gasoline and ethanol as fuels distributed in the market. For example, when changing from E25 (
このようなFFVでは、燃料のエタノールの濃度によって燃料の性状が異なる。つまり、多成分燃料であるガソリンは、その標準沸点が27〜225℃の範囲になることから、例えば図2に、温度に対するガソリンの蒸留率の変化を示すように、温度が比較的低い状態であっても、気化率は比較的高い。これに対し、エタノールは単一成分燃料であって、その標準沸点は78℃であるから、温度が比較的低いときには気化率が0になってガソリンの気化率よりも低くなる状態がある一方で、温度が比較的高いときには気化率が100%になってガソリンの気化率よりも高くなる状態がある。そのため、エンジンの温度状態が所定の温度以下の低温時には、燃料におけるエタノールの濃度が高いほど、また、エンジンの温度状態が低いほど、気筒内での燃料の気化性能は悪化する。つまり、気筒内に供給した燃料量に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比を気化率と定義すれば、エタノールの濃度が高いほど、また、エンジンの温度状態が低いほど、気化率は低くなる。例えばE100使用時の、エンジンの冷間運転時には、気化率が低くなることに起因して、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が悪化してしまうという問題が生じる。 In such FFV, the properties of the fuel differ depending on the concentration of ethanol in the fuel. That is, since the standard boiling point of gasoline, which is a multi-component fuel, is in the range of 27 to 225 ° C., the temperature is relatively low as shown in FIG. Even so, the vaporization rate is relatively high. On the other hand, since ethanol is a single component fuel and its standard boiling point is 78 ° C., when the temperature is relatively low, the vaporization rate becomes 0, which is lower than the gasoline vaporization rate. When the temperature is relatively high, the vaporization rate is 100%, which is higher than the vaporization rate of gasoline. For this reason, when the engine temperature state is a low temperature below a predetermined temperature, the higher the ethanol concentration in the fuel and the lower the engine temperature state, the worse the fuel vaporization performance in the cylinder. That is, if the weight ratio of the amount of fuel that contributes to combustion to the amount of fuel supplied into the cylinder is defined as the vaporization rate, the vaporization rate decreases as the ethanol concentration increases and the engine temperature state decreases. . For example, during the cold operation of the engine when using E100, there arises a problem that the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture deteriorates due to the low vaporization rate.
また、特許文献1には、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止し、所定の自動始動条件が成立したときにエンジンを自動始動する、いわゆるアイドリングストップ機能を備えたFFVが記載されている。この特許文献1に記載されたエンジンシステムでは、前述したように、燃料におけるエタノールの濃度が高いほど、また、エンジンの温度状態が低いほど、気筒内での燃料の気化性能が悪化してしまうことを考慮して、エンジンの自動始動を確実に行うために、燃料におけるエタノールの濃度が高いほど、自動停止し難くなるように自動停止条件を変更している。
ところで、エンジンの自動始動を行う際に、エンジンのクランキングと共に、最初に圧縮上死点を超える気筒内に燃料を噴射して、点火及び燃焼を行うことにより、エンジンを迅速始動させる燃焼始動技術が知られている。この燃焼始動技術をFFVに適用することによって、FFVにおいてもエンジンの迅速な自動始動が可能になる。 By the way, when the engine is automatically started, together with the cranking of the engine, the fuel is first injected into the cylinder exceeding the compression top dead center, and ignition and combustion are performed to quickly start the engine. It has been known. By applying this combustion start technique to the FFV, the engine can be quickly and automatically started even in the FFV.
しかしながら、FFVでは燃料の性状が変化をするため、例えば燃料におけるエタノール濃度が高くて気化率が低下するようなときには、エンジンの自動始動時に、最初に圧縮上死点を超える気筒内に燃料を噴射しても燃料がほとんど気化せずに、結果としてエンジンの始動性が低下することになる。 However, since the properties of the fuel change in FFV, for example, when the ethanol concentration in the fuel is high and the vaporization rate decreases, the fuel is injected into the cylinder first exceeding the compression top dead center when the engine is automatically started. However, the fuel is hardly vaporized, and as a result, the startability of the engine is lowered.
ここに開示する技術は、前記の実情を考慮した技術であり、その目的とするところは、特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率の低い特殊燃料を含む燃料が供給されるエンジンにおいて、燃料の性状に関わらずエンジン自動始動時の始動性を確保することにある。 The technology disclosed herein is a technology that takes the above-mentioned circumstances into consideration, and the object is to provide an engine that is supplied with a fuel containing a special fuel having a lower vaporization rate than gasoline under a specific temperature or lower. This is to ensure startability at the time of automatic engine start regardless of the nature of the fuel.
ここに開示する技術は、火花点火式エンジンの制御装置に係る。この火花点火式エンジンの制御装置は、複数の気筒を有しかつ、特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率の低い特殊燃料を含む燃料が供給されるように構成されたエンジン本体、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有しかつ、前記エンジン本体に前記燃料を供給するように構成された燃料供給機構、前記気筒内の混合気に点火を行うように構成された点火プラグ、及び、所定の停止条件が成立したときに前記エンジン本体を自動停止しかつ、所定の始動条件が成立したときに前記エンジン本体を自動始動するように構成された制御器、を備える。 The technology disclosed herein relates to a control device for a spark ignition engine. The spark ignition engine control device includes a plurality of cylinders, and an engine body configured to be supplied with fuel including special fuel having a lower vaporization rate than gasoline under a condition of a specific temperature or lower, A fuel supply mechanism having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder and configured to supply the fuel to the engine body, and an ignition plug configured to ignite an air-fuel mixture in the cylinder And a controller configured to automatically stop the engine body when a predetermined stop condition is satisfied and to automatically start the engine body when a predetermined start condition is satisfied.
前記制御器は、前記エンジン本体の自動始動を行う時には、前記エンジン本体のクランキングと共に、前記複数の気筒の内、最初に圧縮上死点を超える気筒内に先ず、前記燃料を噴射して点火し、前記制御器はまた、前記エンジン本体に供給する前記燃料における前記特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときには、前記エンジン本体の自動始動を行う時に、前記エンジン本体のクランキングと共に、前記複数の気筒の内、最初に圧縮上死点を超える気筒内に前記燃料を噴射せず、2番目に圧縮上死点を超える気筒内に前記燃料を噴射して点火をする。 When performing automatic start of the engine body, the controller first injects and ignites the fuel together with cranking of the engine body, into the cylinder first exceeding the compression top dead center among the plurality of cylinders. In addition, when the concentration of the special fuel in the fuel to be supplied to the engine main body is equal to or higher than a predetermined concentration, the controller also performs cranking of the engine main body together with cranking of the engine main body. The fuel is not injected into the cylinder exceeding the compression top dead center first, and the fuel is injected into the cylinder exceeding the compression top dead center second and ignited.
ここで、「特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率が低い特殊燃料」とは、例えば単一成分燃料であり、具体的にはエタノール又はメタノール等のアルコールを例示することができる。アルコールの具体例としては、サトウキビやトウモロコシを原料としたバイオエタノール等の、生物由来アルコールとしてもよい。 Here, the “special fuel having a lower vaporization rate than gasoline under a condition below a specific temperature” is, for example, a single component fuel, and specifically, an alcohol such as ethanol or methanol can be exemplified. As a specific example of the alcohol, a biological alcohol such as bioethanol made from sugarcane or corn may be used.
また、「特殊燃料を含む燃料」は、特殊燃料とガソリンとを混合した燃料、及び、特殊燃料のみの燃料の双方を含む。ガソリンと特殊燃料との混合比に、特に制限はなく、任意の混合比を採用することができる。エンジン本体に供給される燃料は、ガソリンと特殊燃料との混合比が一定であってもよいし、随時、変化してもよい。特殊燃料をエタノールとしたときに、「特殊燃料を含む燃料」には、具体的には、ガソリンにエタノールを25%混合したE25から、エタノール100%のE100までの範囲で、任意のエタノール濃度の燃料が含まれる。また、前記の構成は、エンジン本体に対して、特殊燃料を含まない燃料が供給されることを排除するものではない。例えば特殊燃料をエタノールとしたときに、エンジン本体に供給する燃料には、ガソリン(つまり、エタノールを含まないE0)から、ガソリンにエタノールを85%混合したE85までの範囲で、任意のエタノール濃度の燃料が含まれる。さらに、「特殊燃料を含む燃料」には、水が含まれていてもよい。従って、5%程度の水分を含有するE100もまた、ここでいう「特殊燃料を含む燃料」に含まれる。尚、燃料におけるアルコール濃度は、様々な手法により、検知又は推定することが可能である。 The “fuel containing special fuel” includes both a fuel obtained by mixing special fuel and gasoline and a fuel containing only special fuel. There is no restriction | limiting in particular in the mixing ratio of gasoline and special fuel, Arbitrary mixing ratios can be employ | adopted. The fuel supplied to the engine body may have a constant mixing ratio between gasoline and special fuel, or may change from time to time. When the special fuel is ethanol, the “fuel containing the special fuel” specifically includes any ethanol concentration in a range from E25 in which 25% ethanol is mixed with gasoline to E100 in which ethanol is 100%. Fuel is included. In addition, the above configuration does not exclude the supply of fuel that does not include special fuel to the engine body. For example, when ethanol is used as the special fuel, the fuel supplied to the engine main body has any ethanol concentration in the range from gasoline (that is, E0 not containing ethanol) to E85 where 85% ethanol is mixed with gasoline. Fuel is included. Furthermore, the “fuel containing special fuel” may contain water. Therefore, E100 containing about 5% of water is also included in the “fuel including special fuel”. The alcohol concentration in the fuel can be detected or estimated by various methods.
「気化率」は、気筒内に供給した燃料量に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比として定義することができる。こうした気化率は、エンジンの排気通路に取り付けたO2センサの検出値に基づいて算出することが可能である。エンジン本体の温度が所定温度以下の条件下では、燃料における特殊燃料の濃度が高いほど、また、エンジン本体の温度状態が低いほど、気化率は低くなり得る。 “Vaporization rate” can be defined as the weight ratio of the amount of fuel contributed to combustion to the amount of fuel supplied into the cylinder. Such a vaporization rate can be calculated based on a detection value of an O 2 sensor attached to the exhaust passage of the engine. Under conditions where the temperature of the engine body is lower than or equal to a predetermined temperature, the higher the concentration of the special fuel in the fuel and the lower the temperature state of the engine body, the lower the vaporization rate.
「燃料噴射弁」は、気筒内に、燃料を直接、噴射する燃料噴射弁としてもよい。また、そうした直噴の燃料噴射弁に加えて、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を別途備えてもよい。 The “fuel injection valve” may be a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder. In addition to such a direct injection fuel injection valve, a fuel injection valve for injecting fuel into the intake port may be provided separately.
前記の構成によると、所定の停止条件が成立したときには、エンジン本体は自動停止される。所定の停止条件は、例えばエンジン本体の温度状態が所定温度よりも高いこと、運転者がブレーキペダルの踏み込み操作を行っていること、及び、車速が所定車速以下であることを含む。尚、エンジン本体の自動停止を行う時に、エンジン本体のピストン位置が、当該エンジンの自動始動に適した位置となるような制御を行ってもよい。 According to the above configuration, the engine body is automatically stopped when a predetermined stop condition is satisfied. The predetermined stop condition includes, for example, that the temperature state of the engine body is higher than the predetermined temperature, that the driver is depressing the brake pedal, and that the vehicle speed is equal to or lower than the predetermined vehicle speed. When the engine main body is automatically stopped, control may be performed so that the piston position of the engine main body becomes a position suitable for automatic start of the engine.
そうして、エンジン本体が自動停止した後、所定の始動条件が成立したときには、エンジン本体は自動始動される。所定の始動条件は、例えば運転者がアクセル操作を行ったこと、車両バッテリの残容量が少なくなって充電が必要になったこと、また、空調装置のコンプレッサの作動が必要になったことを含む。 Then, after the engine main body is automatically stopped, when a predetermined start condition is satisfied, the engine main body is automatically started. The predetermined starting conditions include, for example, that the driver has performed an accelerator operation, that the remaining capacity of the vehicle battery has decreased and that charging has become necessary, and that the operation of the compressor of the air conditioner has become necessary. .
所定の始動条件が成立してエンジン本体の自動始動を行う時には、エンジン本体のクランキングと共に、複数の気筒の内、最初に圧縮上死点を超える気筒内に先ず、燃料を噴射して点火をする。クランキングの開始後、最初に圧縮上死点を超える気筒は、停止時に圧縮行程にある気筒である。エンジン本体の自動始動時に、エンジン本体の温度状態が比較的高いときには、当該気筒に噴射した燃料は、筒内の高温雰囲気によって気化することになる。一方、エンジン本体の温度状態が比較的低いときには、その停止時に圧縮行程にある気筒のピストンがクランキングによって上昇するに伴い、断熱圧縮により気筒内の温度が次第に高まるから、当該気筒に噴射した燃料の気化が促進される。そうして、当該気筒内に形成された混合気に点火されて、燃焼が行われる。その後、複数の気筒について順次、燃料噴射及び点火が行われて、エンジン本体の始動が完了することになる。このように、エンジン本体の自動始動時には、早期に燃料噴射を開始して、クランキングを行うものの基本的には、燃焼によってエンジン本体の始動を行うことにより、始動時間を極めて短くすることが可能になる。 When a predetermined start condition is satisfied and the engine body is automatically started, together with cranking of the engine body, first, fuel is injected into a cylinder that first exceeds the compression top dead center, and ignition is performed. To do. The cylinder that first exceeds the compression top dead center after the start of cranking is the cylinder that is in the compression stroke when stopped. When the engine body is automatically started and the temperature of the engine body is relatively high, the fuel injected into the cylinder is vaporized by the high-temperature atmosphere in the cylinder. On the other hand, when the temperature of the engine body is relatively low, the temperature in the cylinder gradually increases due to adiabatic compression as the piston of the cylinder in the compression stroke rises due to cranking when the engine is stopped. Vaporization is promoted. Then, the air-fuel mixture formed in the cylinder is ignited and combustion is performed. Thereafter, fuel injection and ignition are sequentially performed for the plurality of cylinders, and the start of the engine body is completed. In this way, at the time of automatic start of the engine body, fuel injection is started early and cranking is performed, but basically the start time of the engine body can be shortened by starting the engine body by combustion. become.
そうして、エンジン本体の自動始動を行う時に、エンジン本体に供給する燃料における特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときには、前述したように、最初に圧縮上死点を超える気筒内には、燃料を噴射せず、2番目に圧縮上死点を超える気筒内に燃料を噴射して点火をする。燃料における特殊燃料の濃度が所定濃度以上であって、特にエンジン本体の温度状態が低いときには、燃料の気化率が低下する。このため、最初に圧縮上死点を超える気筒内に燃料を噴射しても、燃料の気化が余り期待できない。また、当該気筒は、ピストン位置が圧縮行程の途中にあり、そこから圧縮上死点に至っても、実圧縮比は相対的に低くなる。そのため、気筒内の温度上昇も、それほど見込めず、このこともまた、燃料の気化には不利になる。 Thus, when the engine body is automatically started and the concentration of the special fuel in the fuel supplied to the engine body is equal to or higher than the predetermined concentration, as described above, in the cylinder first exceeding the compression top dead center, The fuel is injected into the cylinder that exceeds the compression top dead center for the second time, and ignition is performed. When the concentration of the special fuel in the fuel is equal to or higher than a predetermined concentration and the temperature state of the engine body is particularly low, the fuel vaporization rate decreases. For this reason, even if fuel is first injected into the cylinder that exceeds the compression top dead center, the vaporization of the fuel cannot be expected much. In addition, the actual compression ratio of the cylinder is relatively low even if the piston position is in the middle of the compression stroke and the compression top dead center is reached from there. Therefore, the temperature rise in the cylinder cannot be expected so much, which is also disadvantageous for fuel vaporization.
これに対し、2番目に圧縮上死点を超える気筒は、エンジンの停止状態で吸気行程にある気筒に相当する。当該気筒は、クランキング開始後、吸気下死点を経由して圧縮上死点に至ることから、実圧縮比が相対的に高くなって圧縮端温度が高くなる。そのため、特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときに、高い圧縮端温度を利用して、燃料の気化を促進することが可能になる。結果として、エンジン本体の始動性が高まり、最初に圧縮上死点を超える気筒内への燃料噴射を行わなくても、エンジン本体の迅速始動が実現する。 On the other hand, the cylinder exceeding the compression top dead center for the second time corresponds to the cylinder in the intake stroke when the engine is stopped. Since the cylinder reaches the compression top dead center via the intake bottom dead center after the cranking starts, the actual compression ratio becomes relatively high and the compression end temperature becomes high. Therefore, when the concentration of the special fuel is equal to or higher than a predetermined concentration, it is possible to promote fuel vaporization by using a high compression end temperature. As a result, the startability of the engine body is enhanced, and the engine body can be quickly started without first performing fuel injection into the cylinder exceeding the compression top dead center.
つまり、エンジン本体に供給される燃料における特殊燃料の濃度に応じて、最初に燃料を噴射する気筒を変更することにより、燃料の性状に関わらず、エンジン本体の自動始動時の始動性が確保される。 In other words, by changing the cylinder in which fuel is injected first according to the concentration of special fuel in the fuel supplied to the engine body, the startability at the time of automatic start of the engine body is ensured regardless of the nature of the fuel. The
前記制御器は、前記エンジン本体の自動始動を行う時には、前記気筒が少なくとも圧縮行程にあるときに前記燃料の噴射を行う、としてもよい。 The controller may inject the fuel when the engine body is automatically started when the cylinder is at least in a compression stroke.
圧縮行程にあるときに、気筒内に燃料を噴射することにより、圧縮行程が進行するに伴い断熱圧縮によって高くなる気筒内の温度を利用して、燃料の気化を促進することが可能になる。このことは特に、特殊燃料の濃度が比較的高いときの、燃料の気化に有利である。 By injecting fuel into the cylinder during the compression stroke, fuel vaporization can be promoted by utilizing the temperature in the cylinder that increases due to adiabatic compression as the compression stroke proceeds. This is particularly advantageous for fuel vaporization when the concentration of special fuel is relatively high.
前記制御器は、前記自動始動時の前記エンジン本体の温度状態が所定温度よりも低いときには、前記気筒が圧縮行程にあるときに噴射する燃料量を、吸気行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする一方、前記エンジン本体の温度状態が前記所定温度以上のときには、前記気筒が吸気行程にあるときに噴射する燃料量を、圧縮行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする、としてもよい。 When the temperature state of the engine main body at the time of the automatic start is lower than a predetermined temperature, the controller sets the fuel amount to be injected when the cylinder is in the compression stroke from the fuel amount to be injected when the cylinder is in the intake stroke. On the other hand, when the temperature state of the engine body is equal to or higher than the predetermined temperature, the amount of fuel injected when the cylinder is in the intake stroke is made larger than the amount of fuel injected when the cylinder is in the compression stroke. Also good.
エンジン本体の温度状態が所定温度よりも低いときには、気筒が圧縮行程にあるときに噴射する燃料量を、吸気行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする。これは、吸気行程中には燃料を噴射せず、圧縮行程中にのみ燃料を噴射することを含む。圧縮行程中の燃料噴射は、一括噴射でも、分割噴射でもよい。エンジン本体の温度状態が所定温度よりも低い低温状態では、燃料の気化率が低下しやすいため、圧縮行程中に上昇する気筒内の温度を利用して、燃料の気化、特に特殊燃料の濃度が高い燃料の気化を促進することが望ましい。 When the temperature state of the engine body is lower than the predetermined temperature, the amount of fuel injected when the cylinder is in the compression stroke is made larger than the amount of fuel injected when the cylinder is in the intake stroke. This includes injecting fuel only during the compression stroke and not injecting fuel during the intake stroke. The fuel injection during the compression stroke may be batch injection or split injection. In a low temperature state where the temperature of the engine body is lower than a predetermined temperature, the fuel vaporization rate tends to decrease, so the temperature of the cylinder rising during the compression stroke is used to vaporize the fuel, especially the concentration of special fuel. It is desirable to promote high fuel vaporization.
一方、エンジン本体の温度状態が所定温度以上のときには、気筒が吸気行程にあるときに噴射する燃料量を、圧縮行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする。これは、圧縮行程中には燃料を噴射せず、吸気行程中にのみ燃料を噴射することを含む。エンジン本体の温度状態が十分に高いため、圧縮行程中に上昇する気筒内の温度を利用しなくても、燃料の気化が可能である。また、吸気行程中に燃料を噴射することは、吸気流動を利用することが可能になり、混合気の均質化に有利になる。このことは、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性の向上に有利になり、エンジンの始動性を高める。好ましくは、吸気行程中と圧縮行程中とのそれぞれで燃料噴射を行うことである。また特に、特殊燃料がアルコールであるときには、ガソリンと比較して過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じ難いことから、アルコール濃度の高い燃料は、エンジン本体の自動始動時に、吸気行程中に燃料を噴射しても、異常燃焼を回避し得るという利点もある。 On the other hand, when the temperature state of the engine body is equal to or higher than the predetermined temperature, the amount of fuel injected when the cylinder is in the intake stroke is made larger than the amount of fuel injected when the cylinder is in the compression stroke. This includes not injecting fuel during the compression stroke, but injecting fuel only during the intake stroke. Since the temperature of the engine body is sufficiently high, fuel can be vaporized without using the temperature in the cylinder that rises during the compression stroke. Also, injecting fuel during the intake stroke makes it possible to utilize intake air flow, which is advantageous for homogenizing the air-fuel mixture. This is advantageous in improving the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture, and improves the startability of the engine. Preferably, fuel injection is performed during each of the intake stroke and the compression stroke. In particular, when the special fuel is alcohol, abnormal combustion such as pre-ignition and knocking is less likely to occur compared to gasoline, so fuel with a high alcohol concentration is not fueled during the intake stroke when the engine is automatically started. Even if it injects, there is also an advantage that abnormal combustion can be avoided.
前記制御器は、前記燃料における前記特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときには、前記エンジン本体の自動始動を行う時の、前記燃料の圧力を所定以上に設定する、としてもよい。 The controller may set the pressure of the fuel to a predetermined level or higher when the engine body is automatically started when the concentration of the special fuel in the fuel is a predetermined level or higher.
つまり、前記燃料における前記特殊燃料の濃度が所定濃度以上であって、燃料の気化率が低下し得るときには、燃料の圧力を所定以上に高める。このことにより、燃料噴射弁を通じて噴射される燃料が微粒化すると共に、高圧での燃料噴射によって気筒内の流動を強めることが可能になる。これは、筒内の流動がない、又は、流動が極めて弱い、エンジン本体の自動始動時における燃料の気化に有利になる。その結果、エンジンの始動性が高まる。尚、エンジンの自動始動時に燃料の圧力を所定以上に高めるために、エンジンの自動停止時に、燃料の圧力を予め高めておいてもよい。 That is, when the concentration of the special fuel in the fuel is equal to or higher than a predetermined concentration and the vaporization rate of the fuel can be lowered, the fuel pressure is increased to a predetermined level or higher. As a result, the fuel injected through the fuel injection valve can be atomized and the flow in the cylinder can be increased by fuel injection at a high pressure. This is advantageous for fuel vaporization when the engine body is automatically started, in which there is no flow in the cylinder or the flow is extremely weak. As a result, engine startability is enhanced. In order to increase the fuel pressure to a predetermined level or higher when the engine is automatically started, the fuel pressure may be increased in advance when the engine is automatically stopped.
前記制御器は、前記エンジン本体の温度状態が所定温度以上のときに当該エンジンの自動停止を許容すると共に、前記燃料における前記特殊燃料の濃度が高いほど、前記エンジン本体の自動停止に係る前記所定温度を高く設定する、としてもよい。 The controller allows the engine to automatically stop when the temperature state of the engine body is equal to or higher than a predetermined temperature, and the higher the concentration of the special fuel in the fuel, the higher the predetermined amount related to the engine body automatic stop. The temperature may be set high.
特殊燃料は、特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率が低いため、燃料における特殊燃料の濃度が高いほど、低温時の燃料の気化率は低下する。従って、燃料における特殊燃料の濃度が高いときにエンジンの自動停止を行うと、その温度条件によっては、エンジンの自動始動時の始動性が低くなり、迅速始動し得ないことにもなる。そこで、燃料における前記特殊燃料の濃度が高いほど、前記エンジン本体の自動停止に係る前記所定温度を高く設定する。つまり、燃料における前記特殊燃料の濃度が高いほど、エンジン本体は自動停止し難くなる。このことは、エンジンの始動性が大きく低下してしまう事態を未然に回避する。 Since the special fuel has a lower vaporization rate than gasoline under conditions below a specific temperature, the higher the concentration of the special fuel in the fuel, the lower the fuel vaporization rate at low temperatures. Therefore, if the engine is automatically stopped when the concentration of the special fuel in the fuel is high, depending on the temperature condition, the startability at the time of the automatic start of the engine is lowered, and the engine cannot be started quickly. Accordingly, the higher the concentration of the special fuel in the fuel, the higher the predetermined temperature relating to the automatic stop of the engine body. That is, the higher the concentration of the special fuel in the fuel, the more difficult it is for the engine body to stop automatically. This avoids a situation where the engine startability is greatly reduced.
前記所定温度は、前記特殊燃料の、大気圧下での沸点以下に設定されている、としてもよい。つまり、エンジン本体の自動停止及び自動始動を行う温度条件が、その分、拡がるから、自動停止を行うことによる燃費性能の向上に有利になる。一方で、前述したように、燃料における特殊燃料の濃度に応じてエンジン本体の自動始動時の燃料噴射形態を変更することにより、比較的低い温度条件下でもエンジン本体の始動性を確保して、迅速始動が可能になる。 The predetermined temperature may be set to be equal to or lower than the boiling point of the special fuel under atmospheric pressure. In other words, the temperature condition for automatically stopping and automatically starting the engine body is expanded correspondingly, which is advantageous for improving the fuel consumption performance by performing the automatic stopping. On the other hand, as described above, by changing the fuel injection mode at the time of automatic start of the engine body according to the concentration of the special fuel in the fuel, the startability of the engine body is ensured even under relatively low temperature conditions, Quick start is possible.
以上説明したように、前記の火花点火式エンジンの制御装置によると、エンジン本体の自動始動を行う時には、エンジン本体のクランキングと共に、最初に圧縮上死点を超える気筒内に先ず、燃料を噴射して点火をすることで、迅速始動が可能になると共に、エンジンに供給する燃料における特殊燃焼の濃度が所定濃度以上のときには、エンジン本体の自動始動を行う時に、エンジン本体のクランキングと共に、2番目に圧縮上死点を超える気筒内に燃料を噴射して点火をすることで、燃料の気化率が低くなるときでも、エンジン本体の始動性が確保される。 As described above, according to the spark ignition engine control device, when the engine body is automatically started, fuel is first injected into the cylinder first exceeding the compression top dead center together with cranking of the engine body. By igniting, it becomes possible to start quickly, and when the concentration of the special combustion in the fuel supplied to the engine is equal to or higher than a predetermined concentration, when the engine body is automatically started, together with cranking of the engine body, 2 By igniting the fuel by injecting the fuel into the cylinder that exceeds the compression top dead center, the startability of the engine body is ensured even when the fuel vaporization rate decreases.
以下、火花点火式エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図1に示されるように、エンジンシステムは、エンジン(エンジン本体)1、エンジン1に付随する様々なアクチュエーター、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエーターを制御するエンジン制御器100を有する。このエンジンシステムは、幾何学的圧縮比が12以上20以下(例えば12)の高圧縮比エンジン1を備える。
Hereinafter, an embodiment of a spark ignition engine will be described with reference to the drawings. In addition, the following description of preferable embodiment is an illustration. As shown in FIG. 1, the engine system includes an engine (engine body) 1, various actuators associated with the
エンジン1は、火花点火式4ストローク内燃機関であって、図1には1つのみ図示するが、直列に配置された第1〜第4の4つの気筒11を有する。但し、ここに開示する技術が適用可能なエンジンは、直列4気筒エンジンには限定されない。エンジン1は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン1の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。
The
このエンジン1には、エタノール(バイオエタノールを含む)を含有する燃料が供給される。特にこの車両は、エタノールの濃度が25%(つまり、ガソリンの濃度が75%のE25)〜100%(つまり、ガソリンを含まないE100)までの任意の濃度の燃料が使用可能なFFVである。尚、ここでいうE100には、エタノールの精製過程で十分に水分が除去されずに5%程度の水分を含有するエタノールを含む。但し、ここに開示する技術は、E25〜E100の使用を前提としたFFVに限らず、例えばE0(つまり、ガソリンのみでエタノールを含まない)〜E85(つまり、ガソリン濃度15%、エタノール濃度85%)の範囲でエタノール濃度が変化する燃料が使用するFFVにも適用可能である。
The
図示は省略するが、この車両は、前記の燃料を貯留する燃料タンク(つまり、メインタンク)のみを有しており、従来のFFVのように、ガソリン濃度の高い燃料を、メインタンクとは別に貯留するためのサブタンクを有していない点が特徴である。このFFVは、ガソリンのみが供給されるガソリン仕様車をベースにしたものであり、その構成の大部分は、二つの仕様の間で共通化されている。 Although not shown in the figure, this vehicle has only a fuel tank (that is, a main tank) for storing the above-mentioned fuel. Like a conventional FFV, a fuel having a high gasoline concentration is separated from the main tank. It is characterized by not having a sub-tank for storing. The FFV is based on a gasoline specification vehicle to which only gasoline is supplied, and most of the configuration is shared between the two specifications.
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えており、ブロック12の内部に気筒11が形成されている。周知のように、シリンダブロック12には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト14が回転自在に支持されており、このクランクシャフト14が、コネクティングロッド16を介してピストン15に連結されている。
The
各気筒11の天井部には、略中央部からシリンダヘッド13の下端面付近まで延びる2つの傾斜面が形成されており、それらの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなす、いわゆるペントルーフ型となっている。
Two inclined surfaces extending from the substantially central portion to the vicinity of the lower end surface of the
前記ピストン15は、各気筒11内に摺動自在に嵌挿されており、気筒11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画している。ピストン15の頂面は、前述した気筒11の天井面のペントルーフ型の形状に対応するように、その周縁部から中央部に向かって隆起する台形状に形成されており、これによって、ピストン15が圧縮上死点に到達したときの燃焼室容積を小さくして、12以上の高い幾何学的圧縮比を達成している。ピストン15の頂面にはまた、その概略中心位置に、概ね球面状に凹陥したキャビティ151が形成されている。このキャビティ151は、気筒11の中心部に配設された点火プラグ51に相対するように、配置されており、これによって、燃焼期間を短縮するようにしている。つまり、前述したように、この高圧縮比エンジン1は、ピストン15の頂面が隆起していて、ピストン15が圧縮上死点に到達したときに、ピストン15の頂面と気筒11の天井面との間隔が極めて狭くなるように構成されている。このため、キャビティ151を形成していないときには、初期火炎がピストン15の頂面と干渉して冷却損失が増大し、火炎伝播が阻害されて燃焼速度が遅延してしまう。これに対し、前記のキャビティ151は、初期火炎の干渉を回避して、その成長を妨げないため、火炎伝播が速くなって、燃焼期間が短縮し得る。このことは、ガソリン濃度の高い燃料においては、ノッキングの抑制に有利になり、点火時期の進角によるトルクの向上に寄与する。
The
気筒11毎に、吸気ポート18及び排気ポート19がシリンダヘッド13に形成され、それぞれが燃焼室17に連通している。吸気弁21及び排気弁22はそれぞれ、吸気ポート18及び排気ポート19を燃焼室17から遮断(閉)することができるように配設されている。吸気弁21は吸気弁駆動機構30により、排気弁22は排気弁駆動機構40により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート18及び排気ポート19を開閉する。
For each cylinder 11, an intake port 18 and an
吸気弁駆動機構30及び排気弁駆動機構40は、それぞれ吸気カムシャフト31及び排気カムシャフト41を有する。カムシャフト31,41は、周知のチェーン/スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト14に連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト14が二回転する間に、カムシャフト31,41を一回転させる。
The intake
吸気弁駆動機構30は、吸気弁21の開閉時期を変更可能な吸気バルブタイミング可変機構32を含んで構成され、排気弁駆動機構40は、排気弁22の開閉時期を変更可能な排気バルブタイミング可変機構42を含んで構成される。吸気バルブタイミング可変機構32は、この実施形態では、吸気カムシャフト31の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、機械式又は電動式の位相可変機構(Variable Valve Timing:VVT)により構成され、排気バルブタイミング可変機構42は、排気カムシャフト41の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、機械式又は電動式の位相可変機構により構成されている。吸気バルブタイミング可変機構32は、吸気弁21の閉弁時期を変更することにより、有効圧縮比を調整し得るものである。尚、有効圧縮比とは、吸気弁閉弁時の燃焼室容積と、ピストン15が上死点にあるときの燃焼室容積との比である。
The intake
点火プラグ51は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ51の電極は、気筒11の概略中心において燃焼室17の天井部に臨んでいる。点火システム52は、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、点火プラグ51が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。
The spark plug 51 is attached to the
燃料噴射弁53は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造で、この実施形態ではシリンダヘッド13の一側(図例では吸気側)に取り付けられている。このエンジン1は、燃料を気筒11内に直接噴射する、いわゆる直噴エンジンである。燃料噴射弁53の先端は、上下方向については吸気ポート18の下方に、また、水平方向については気筒11の中央に位置して、燃焼室17内に臨んでいる。但し、燃料噴射弁53の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁53は、この例においては、多噴口(例えば6噴口)型の燃料噴射弁(Multi Hole Injector:MHI)である。各噴口の向きは、図示は省略するが、気筒11内の全体に燃料が噴射できるように、噴口軸の芯先が広がっている。MHIの利点は、多噴口であるため一噴口の径が小さく、比較的高い圧力で燃料を噴射し得る点、及び、気筒11内の全体に燃料を噴射可能に広がっているため、燃料のミキシング性が高まると共に、燃料の気化・霧化が促進される点にある。従って、吸気行程中に燃料を噴射した場合は、気筒11内の吸気流動を利用した、燃料のミキシング性、及び、気化・霧化の促進の点で有利になる一方、圧縮行程において燃料を噴射した場合は、燃料の気化・霧化の促進により、気筒11内のガス冷却の点で有利になる。尚、燃料噴射弁53は、MHIに限定されるものではない。
The
燃料供給システム54は、その構成の図示は省略するが、燃料を昇圧して燃料噴射弁53に供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁53を駆動する電気回路と、を備えている。高圧ポンプは、この例ではエンジン1によって駆動される。具体的に高圧ポンプは、カムシャフトに取り付けられている。尚、高圧ポンプを電動ポンプとしてもよい。高圧ポンプは、例えばプランジャ式のポンプであり、高圧ポンプのプランジャは、カムシャフトに設けられたポンプ用カムにより、カムシャフト1回転につき4回の燃料の押し出しを行う。この高圧ポンプは、ここではガソリン仕様車と同じ比較的小容量のポンプである。燃料噴射弁53が多噴口型である場合は、微小な噴口から燃料を噴射するために、燃料噴射圧力は比較的高く設定される。最大の燃料圧力は、例えば20MPaである。電気回路は、エンジン制御器100からの制御信号を受けて燃料噴射弁53を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室17内に噴射させる。ここで、燃料供給システム54は、エンジン回転数が上昇するに伴い燃圧を高く設定する。これは、エンジン回転数が上昇するに伴い、気筒11内に噴射される燃料量も増大するが、燃圧が高くなることで、燃料の気化・霧化に有利になると共に、燃料噴射弁53の燃料噴射に係るパルス幅を可及的に短くするという利点がある。前述したように、燃料タンクには、E25〜E100までの任意のエタノール濃度のアルコール含有燃料が貯留されている。
Although illustration of the structure of the
吸気ポート18は、吸気マニホールド55内の吸気経路55bによってサージタンク55aに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボデー56を通過してサージタンク55aに供給される。スロットルボデー56にはスロットル弁57が配置されており、このスロットル弁57は、周知のようにサージタンク55aに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエーター58が、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、スロットル弁57の開度を調整する。
The intake port 18 communicates with the
排気ポート19は、排気マニホールド60内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。この排気マニホールド60は、図示を省略するが、各気筒11の排気ポート19に接続された分岐排気通路が、排気順序が隣り合わない気筒同士で第1集合部により集合され、各第1集合部の下流の中間排気通路が第2集合部で集合された構造となっている。すなわち、このエンジン1の排気マニホールド60には、いわゆる4−2−1レイアウトが採用されている。
The
エンジン1にはまた、その始動時にクランキングを行うためのスタータモータ20が設けられている。
The
エンジン制御器100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスと、を備えている。
The
エンジン制御器100は、エアフローセンサ71からの吸気流量及び吸気温度、吸気圧センサ72からの吸気マニホールド圧、クランク角センサ73からのクランク角パルス信号、水温センサ78からのエンジン水温、及び、排気通路に取り付けられたリニアO2センサ79からの、排気ガス中の酸素濃度、というように、種々の入力を受ける。エンジン制御器100は、例えばクランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数を計算する。また、エンジン制御器100は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ75からのアクセル開度信号を受ける。さらに、エンジン制御器100には、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ76からの車速信号が入力される。加えて、シリンダブロック12には、当該シリンダブロック12の振動を電圧信号に変換して出力する加速度センサからなるノックセンサ77が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御器100に入力される。
The
エンジン制御器100は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン1の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等である。そしてエンジン制御器100は、それらの信号を、スロットル・アクチュエーター58、燃料供給システム54、点火システム52、並びに、吸気及び排気バルブタイミング可変機構32、42等に出力する。エンジン制御器100はまた、エンジン1の始動時には、スタータモータ20に駆動信号を出力する。
The
ここで、FFV用のエンジンシステムに特有の構成として、エンジン制御器100は、リニアO2センサ79の検知結果に基づいて、燃料噴射弁53が噴射する燃料のエタノール濃度を推定する。エタノールの理論空燃比(9.0)は、ガソリンの理論空燃比(14.7)よりも小さく、燃料のエタノール濃度が高いほど理論空燃比はリッチ側(つまり、理論空燃比の値が小さくなる)になることから、理論空燃比でエンジンを運転している条件下において、排気ガス中に燃え残りの酸素が存在しているときには、燃料のエタノール濃度が予想よりも高かったと判断することができる。具体的に、燃料噴射弁53が噴射する燃料のエタノール濃度、言い換えると燃料タンク内に貯留している燃料のエタノール濃度は、給油を行うことによって変化する可能性があるため、エンジン制御器100はまず、燃料タンクのレベルゲージセンサの検出値に基づいて給油判定を行い、給油が行われたことを判定すれば、燃料のエタノール濃度の推定を行う。エンジン制御器100は、リニアO2センサ79が出力した信号から、空燃比がリーンのときには、燃料中にガソリンが多いと判定する一方、空燃比がリッチのときには燃料中にエタノールが多いと判定することにより、燃料におけるエタノール濃度を推定する。尚、燃料のエタノール濃度を推定する代わりに、燃料のエタノール濃度を検出するセンサを設けてもよい。推定したエタノール濃度は、燃料噴射制御に利用される。
Here, as a configuration unique to the FFV engine system, the
エンジン制御器100はさらに、リニアO2センサ79の検知結果に基づいて、気筒11内に供給した燃料の気化率を算出する。気化率は、気筒11内に供給する燃料量(言い換えると、燃料噴射弁53が噴射した燃料量)に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比によって定義される。エンジン制御器100は、リニアO2センサの検出値を利用して、燃焼に寄与した燃料量の重量を算出すると共に、算出した燃料重量と、燃料噴射弁53の燃料噴射量とに基づいて気化率を算出する。
The
(燃料噴射に関する制御)
このエンジンシステムは、前述の通りFFVに搭載されたシステムであり、エンジン1には、E25〜E100までの任意の混合比のアルコール含有燃料が供給される。ここで、図2は、ガソリンの気化特性とエタノールの気化特性とを比較する図である。尚、図2は、1気圧下における温度変化に対する、ガソリン及びエタノールそれぞれの蒸留量(%)の変化を示している。ガソリンは多成分燃料であることから、各成分の沸点に応じて蒸発する。ガソリンの蒸留量は、温度変化に対しおおよそ線形的に変化することなる。つまり、ガソリンは、エンジン1の温度状態が比較的低いときにも一部の成分が気化して、可燃混合気を形成することが可能である。
(Control on fuel injection)
This engine system is a system mounted on the FFV as described above, and the
これに対しエタノールは単一成分燃料であることから、特定温度(つまり、エタノールの沸点である78℃)以下では、蒸留量が0%になる一方で、特定温度を超えると、蒸留量が100%になる。このように、ガソリンとエタノールとを比較すると、特定温度以下では、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも低くなる状態がある一方で、特定温度を超えると、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも高くなる状態がある。そのため、エンジン1の温度状態が所定温度以下(例えば水温が20℃未満程度)の冷間状態では、エタノールを含有する燃料は、ガソリンと比較して気化率が低くなる。そうして、エンジン1が冷間状態にあるときには、エンジン1の温度状態が低いほど、また燃料のエタノール濃度が高いほど、燃料の気化率は低下することになる。
On the other hand, since ethanol is a single component fuel, the distillation amount becomes 0% at a specific temperature (that is, 78 ° C. which is the boiling point of ethanol) or less, whereas when the specific temperature is exceeded, the distillation amount is 100%. %become. Thus, when gasoline and ethanol are compared, there is a state in which the amount of ethanol distilled is lower than the amount of gasoline distilled below a specific temperature, while the amount of ethanol distilled exceeds the specified temperature. Is higher than the amount of gasoline distilled. Therefore, in a cold state where the temperature state of the
このように、エンジン1の温度状態や、燃料のエタノール濃度によって燃料の気化率が変化することから、エンジン制御器100は、目標となる気化燃料量が得られるように、エンジン負荷及びアルコール濃度等に応じて設定されるベースの燃料量に対し、燃料の気化率に応じた燃料量の増量補正を行う。
As described above, since the fuel vaporization rate varies depending on the temperature state of the
(エンジンの自動停止・自動始動制御)
このエンジンシステムは、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、燃料噴射弁53からの燃料の噴射を中止すると共に、点火プラグ51の点火動作を停止することにより、自動的にエンジン1を停止させる。また、エンジン1の自動停止後にエンジン1の自動始動条件が成立したときに、エンジン1を自動始動(つまり、再始動)させる制御を実行する。ここで、エンジン1の自動停止条件は、例えばエンジン本体の温度状態が所定温度よりも高いこと、運転者がブレーキペダルの踏み込み操作を行っていること、及び、車速が所定車速以下であることを含む。一方、エンジン1の自動始動条件には、例えばアクセルペダルを踏み込む等の運転者の発進要求に関係する条件と、空調装置のスイッチをオンにすることや、バッテリ電圧が低下することといった、運転者の発進要求以外の条件とが含まれる。
(Engine automatic stop / automatic start control)
This engine system automatically stops the injection of fuel from the
自動停止条件の成立後、エンジン1を実際に停止させるまでの間に、圧縮行程にある気筒11及び膨張行程にある気筒11において、ピストン15が上死点方向に移動する際の抵抗を大きくすべく、少なくともこれらの気筒11に対する吸気量を増大させ、特に膨張行程となる気筒11に対してより多く吸気を供給するように、スロットル弁57をエンジン1の停止動作期間中における所定期間だけ所定の開状態とする制御を実行する。こうして、エンジン1の停止時のピストン位置を、後述する燃焼始動に適した位置にする。また、詳細は後述するが、エンジン1の自動停止時には、エンジン1の再始動時における燃料圧力を、燃料におけるエタノール濃度に応じて変更するための制御も行われる。
In the cylinder 11 in the compression stroke and the cylinder 11 in the expansion stroke after the automatic stop condition is satisfied and before the
自動停止状態となったエンジン1を再始動させる際には、エンジン制御器100が、スタータモータ20をエンジン1の再始動開始時点から作動させつつ、停止時に圧縮行程にある気筒11内への燃料噴射と点火とを行う(つまり、燃焼始動を行う)。燃料の噴射開始は、エンジン1が停止している状態のときに、又は、停止時に圧縮行程にある気筒が圧縮上死点に到達する前のタイミングで行われ、再始動の開始から早い時期に燃料の噴射を開始しかつ、燃焼を開始することにより、エンジン1の再始動を迅速に行うことが可能になる。
When restarting the
図3は、エンジン1の自動停止条件を例示する図である。前述の通り、FFVにおいては、エタノール濃度の高低によって燃料の性状が異なり、特にエンジン1の温度状態が低いときには、エタノール濃度が高いほど、燃料の気化率が低下する。そのため、そうした燃料の気化率が低い条件下でエンジン1を自動停止した後、再始動をしようとしても、始動性が低くなって迅速始動ができなかったり、始動時のNVH性能が悪化したりする虞がある。そこで、エンジン1の自動停止を許容する条件をエンジン1の水温及び燃料におけるエタノール濃度に応じて変更している。具体的には図3に示すように、エンジン水温が所定温度T2を超えるときには、エタノール濃度の高低に関わらず、エンジンの自動停止を許容する。エンジン水温が高いときには、エタノール濃度が高いときでも気化率が比較的高くなり、エンジン1の始動性を良好にすることが可能になるためである。ここで、図3に示す温度T3は、大気圧下におけるエタノールの沸点(つまり、78℃)に相当し、所定温度T2は、このエタノールの沸点よりも低い温度に設定されている。このようにエンジン1の温度状態が比較的低い状態であっても、エンジン1の自動停止を許容することにより、エンジン1の自動停止の頻度が高まり、燃費性能の向上に有利になる。一方で、後述するように、エンジン1の温度状態が比較的低い状態であっても、燃料の気化を促進することで、エンジン1の始動性は確保される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an automatic stop condition of the
燃料におけるエタノール濃度がE1からE2の間では、そのエタノール濃度が高いほど、エンジン1の自動停止を許容する温度条件を高く設定する。具体的に、図例では、エタノール濃度に対してエンジン水温が比例するように設定しており、燃料におけるエタノール濃度がE1のときには、エンジン水温がT1よりも高いのであれば、自動停止を許容する。一方で、燃料におけるエタノール濃度がE2(>E1)のときには、エンジン水温がT2(>T1)よりも高くなければ、自動停止を許容しない。これは、燃料の気化率及びエンジン1の始動性を考慮するためであり、燃料におけるエタノール濃度が相対的に高いときには、自動停止を許容する温度条件を高くすることで、エンジン1が相対的に低い温度状態のときには自動停止しなくなる。このことは、再始動時に始動性が悪化してしまう事態を未然に回避する。
Between ethanol concentration from E 1 in the fuel of E 2, as the ethanol concentration is high, set high temperature conditions permitting automatic stop of the
燃料におけるエタノール濃度がE1未満のときには、エンジン1の自動停止を許容する温度条件をT1に設定する。燃料におけるガソリン濃度が高いため、エンジン1の温度状態が比較的低いときでも燃料の気化率が高くなる結果、エンジン1を確実にかつ迅速に再始動することが可能になるためである。ここで、前述したE1、E2、T1、及びT2の各パラメータは、一例として、但しこれに限定されないが、E1=25%(つまりE25)、E2=95%(つまりE95)、T1=35℃、T2=75℃としてもよい。
When the ethanol concentration in the fuel of less than E 1 sets the temperature conditions permitting automatic stop of the
図4は、燃料におけるエタノール濃度と、エンジン1の再始動時における燃料圧力との関係を示している。つまり、燃料におけるエタノール濃度がE3以下のときには、燃料圧力をP1に設定する一方で、エタノール濃度がE3を超えるときには、エタノール濃度に比例して燃料圧力を高く設定している。ここで、エタノール濃度E3及び燃料圧力P1はそれぞれ、一例として、但しこれに限定されないが、E3=25%(つまり、E25)及びP1=8MPaとしてもよい。尚、図4に示す燃料圧力P0は、エンジン1のアイドル時における燃料圧力であり、例えばP0=3MPaである。
FIG. 4 shows the relationship between the ethanol concentration in the fuel and the fuel pressure when the
燃料におけるエタノール濃度が高いほど、エンジン1の温度状態によっては気化率が低下することになるが、エタノール濃度が高いほど燃料圧力を高めることによって、燃料噴射弁53から噴射される燃料は微粒化する。これは、燃料の気化に有利であり、燃料におけるエタノール濃度が高いほど、燃料噴霧の微粒化による気化が促進されることになる。また、燃料圧力を高めることによって、気筒内に燃料を噴射したときの筒内流動を強めることも可能になる。特にエンジン1の再始動時には、エンジン1が止まった状態、又は、極低回転の状態で燃料の噴射が開始されるため、気筒内の流動は実質的にゼロであるから、燃料圧力を高め、それによって気筒内の流動を強めることは、燃料におけるエタノール濃度が高いときの、燃料の気化を補助する。その結果、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が高まり、エンジン1の始動性、及び、始動時のNVH性能が向上する。
The higher the ethanol concentration in the fuel, the lower the vaporization rate depending on the temperature state of the
さらに、エタノールの理論空燃比とガソリンの理論空燃比とが相違することに起因して、燃料におけるエタノール濃度が高いほど、燃料噴射量は増大する。そのため、同一の燃料圧力であれば燃料の噴射期間は長くなるが、エタノール濃度が高いほど燃料圧力を高くすることによって、その分、噴射期間が短くなるから、結果として、燃料におけるエタノール濃度の高低に関わらず、燃料の噴射期間を同程度にすることが可能になる。このことは特に、詳細は後述するが、圧縮行程にある気筒内に燃料を噴射するときに、気筒内での燃料の分布状態を、エタノール濃度の高低に拘わらず、互いに同様の分布状態にすることができるという利点がある。 Furthermore, due to the difference between the theoretical air-fuel ratio of ethanol and the stoichiometric air-fuel ratio of gasoline, the fuel injection amount increases as the ethanol concentration in the fuel increases. Therefore, if the fuel pressure is the same, the fuel injection period will be longer.However, the higher the ethanol concentration, the higher the fuel pressure. Regardless, the fuel injection period can be made comparable. Although this will be described in detail later, when fuel is injected into a cylinder in the compression stroke, the fuel is distributed in the cylinder in the same distribution state regardless of the ethanol concentration level. There is an advantage that you can.
ここで、前述したように、エンジン1の再始動時には、燃料の噴射を早期に開始することから、その燃料噴射の開始前に燃料の圧力を高めることはできない。そこで、このエンジンシステムでは、エンジン1を自動停止する際に、燃料圧力を予め高めるように構成されている。具体的に、図5は、エンジン1の自動停止時における、エンジン回転数の変化と燃料圧力の変化との一例を示している。この例は、図4に示すように燃料におけるエタノールの濃度がE4で、それに伴い再始動時の燃料圧力をP2に設定する例である。
Here, as described above, when the
先ずエンジン1の自動停止前は、エンジン1はアイドル状態にあり、図5に実線で示すように、エンジン回転数はN0であり、燃料圧力はP0である。この状態で、エンジン1の自動停止条件が成立したときには、エンジン1が停止するまでの間に、燃料圧力をP0からP2にまで昇圧しなければならない。エンジン制御器100は、エンジン1の自動停止条件が成立した後、エンジン1の回転数を所定の回転数N1まで高め、その後、燃料噴射弁53を通じた燃料の噴射を中止する(図5におけるF/C参照)と共に、点火プラグ51を非作動にする。これにより、エンジン1の回転数は次第に低下をし、最終的には回転数がゼロになってエンジン1が停止する。
First, before the
燃料の噴射を中止した後も、エンジン1のクランク軸は回転を継続することから、その間も、高圧ポンプは、エンジン1(つまり、カムシャフト)によって駆動される。その結果、燃料の圧力は次第に上昇することになる。こうして、エンジン1が完全に停止する前、又は、停止した時には、燃料圧力は、所定圧力P2まで上昇することになる。昇圧した燃料圧力は、エンジン1の再始動時までは少なくとも保持されるから、エンジン1の再始動時の燃料圧力を、燃料におけるエタノール濃度に対応する圧力P2にすることが実現する。尚、図5における一点鎖線は、エンジン1を自動停止するのではなく、キーオフにより強制的に停止する場合のエンジン回転数の変化及び燃料圧力の変化を示している。エンジン1の強制停止時には、キーオフと同時に燃料噴射も終了してエンジン1の回転数が低下することになり、燃料圧力は、アイドル時のP0から実質的に昇圧しないことになる。
Since the crankshaft of the
このように、エンジン1の自動停止時には、その停止動作中に高圧ポンプを駆動することで、燃料圧力を昇圧することから、燃料の噴射を禁止してから、エンジン1が完全に停止するまでの期間、つまり、その期間にカムシャフトが何回転するかに応じて、到達する燃料圧力が変化することになる。エンジン制御器100は、燃料におけるエタノール濃度に基づいて、エタノール濃度が高いほど、エンジン1の自動停止時におけるエンジン回転数を高く設定し、それにより、燃料噴射を禁止してからエンジン1が停止するまでの期間を長くする。その結果、エタノール濃度が高いときには、エンジン1の再始動時における燃料圧力が高くなり、エタノール濃度が低いときには、エンジン1の自動停止時におけるエンジン回転数を低く設定することで、エンジン1の再始動時における燃料圧力が低くなる。
As described above, when the
以上のようにして、エンジン1が自動停止した後、前述したエンジン1の自動始動条件が成立したときには、エンジン1の再始動が行われる。このときには、エンジン1がスタータモータ20によってクランキングされると共に、燃料の噴射が早期に開始されて燃焼による始動が実行される。図6は、エンジン1の再始動時の、第1気筒〜第4気筒に対する燃料の噴射形態を例示する図である。図6は、各気筒11におけるストロークの遷移を示しており、同図においてハッチングを付した四角は、当該気筒11に対して燃料の噴射を行うことを示している。但し、当該四角が描かれている位置は、噴射タイミング(クランク角)を正確に示すものではなく、四角の大きさは、燃料噴射量を示すものでもない。また、図6における一点鎖線は、エンジン1の停止時におけるピストン位置を例示しているが、その正確なクランク角を示すものではない。
After the
図6(a)は、燃料におけるエタノール濃度が所定濃度よりも低いときの再始動時の制御を示している。所定濃度は、例えば65%(つまり、E65)である。エタノール濃度が比較的低い(言い換えるとガソリン濃度が比較的高い)ことにより、高い気化率を確保することができる。そのため、エンジン1の自動始動条件が成立して、スタータモータ20の駆動を開始するとき、若しくは開始した直後に、停止時に圧縮行程にある気筒11(図例では第1気筒)内に燃料の噴射を行い、その後、圧縮上死点付近で点火を行う。こうしてエンジン1の再始動時に、早期に燃焼を開始する。停止時に圧縮行程にある第1気筒に続いて、圧縮行程に至る気筒11(図例では第3気筒)に対しては、吸気行程中に気筒11内に燃料を噴射すると共に、圧縮行程中にも気筒11内に燃料を噴射する。吸気行程中の燃料噴射は、吸気流動を利用して混合気の均質化に有利になる。一方、圧縮行程の進行に伴う断熱圧縮によって、気筒11内の温度は次第に高くなるため、圧縮行程中に燃料を供給することは、気筒11内の高まる温度を利用した燃料の気化に有利である。
FIG. 6A shows the control at the time of restart when the ethanol concentration in the fuel is lower than the predetermined concentration. The predetermined concentration is, for example, 65% (that is, E65). Since the ethanol concentration is relatively low (in other words, the gasoline concentration is relatively high), a high vaporization rate can be ensured. Therefore, when the automatic start condition of the
このように、吸気行程中の燃料噴射は混合気の均質化に有利である一方、圧縮行程中の燃料噴射は燃料の気化に有利である。そこで、このエンジンシステムでは、再始動時のエンジン1の温度状態に応じて燃料の噴射形態を変更するように構成されている。具体的にエンジン1の温度状態が所定温度よりも高いときには燃料の気化には有利であることから、吸気行程中に噴射する燃料量を、圧縮行程中に噴射する燃料量よりも多くする。このときに、図6(a)とは異なるが、吸気行程中に燃料の全量を噴射し、圧縮行程中には燃料を噴射しない、としてもよい。好ましくは、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれで、燃料を噴射することである。
Thus, fuel injection during the intake stroke is advantageous for homogenization of the air-fuel mixture, while fuel injection during the compression stroke is advantageous for fuel vaporization. Therefore, this engine system is configured to change the fuel injection mode in accordance with the temperature state of the
前述の通り、エンジン1の温度状態が高いことで、十分に高い燃料の気化率を確保しつつ、吸気行程中に噴射する噴射量を増やすことで混合気が均質化する。これは、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性に有利になる。その結果、エンジン1の迅速かつ確実な始動が実現し、さらに始動時のNVH性能も悪化しない。また、エンジン1の再始動時には、エンジン1の温度が高かったり、吸気温度が高かったりすることに起因して、燃料におけるガソリン濃度が高いときには過早着火やノッキングといった異常燃焼が起きやすいという問題があるが、燃料におけるエタノール濃度が比較的高いときには、エンジン1の温度が高い状態で吸気行程中に燃料噴射を行っても、異常燃焼を回避することができるという利点がある。
As described above, since the temperature state of the
これに対し、エンジン1の温度状態が所定温度以下のときには、特に燃料におけるエタノール濃度が高いときには燃料の気化に不利であるため、圧縮行程中に噴射する燃料量を、吸気行程中に噴射する燃料量よりも多くする。このときに、圧縮行程中に燃料の全量を噴射し、吸気行程中には燃料を噴射しないとしてもよい。圧縮行程中の燃料噴射は、前述したように、気筒内の温度上昇を利用した燃料の気化に有利になるため、エンジン1の温度状態が所定温度以下のときに特に有効である。
On the other hand, when the temperature state of the
吸気行程中に噴射する燃料量と、圧縮行程中に噴射する燃料量との割合は、エンジン1の温度状態に応じて、連続的に又は不連続的に、(吸気行程中に噴射する燃料量):(圧縮行程中に噴射する燃料量)=0:10〜10:0の範囲で適宜、変更すればよい。 The ratio of the amount of fuel injected during the intake stroke and the amount of fuel injected during the compression stroke is determined continuously or discontinuously according to the temperature state of the engine 1 (the amount of fuel injected during the intake stroke). ): (Amount of fuel injected during the compression stroke) = 0.10 to 10: 0.
そうして、第3気筒に続いて、ピストンが圧縮上死点に至る第4気筒及び第2気筒についても同様に、吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射、又は、圧縮行程での燃料噴射を行って、点火・燃焼を行うことにより、エンジン1の始動が完了することになる。
Then, after the third cylinder, the fuel injection in the intake stroke and the compression stroke or the fuel injection in the compression stroke is similarly performed for the fourth cylinder and the second cylinder where the piston reaches the compression top dead center. By performing ignition and combustion, the start of the
これに対し、図6(b)は、燃料におけるエタノール濃度が所定濃度以上(例えばE65以上)の場合の、再始動時の制御を示している。エタノール濃度が比較的高いことにより、エンジン1の温度状態が比較的低いときには気化率が低下する。そのため、エタノール濃度が比較的高いときには、低い気化率を考慮して、エンジン1の自動始動条件が成立した後、最初に圧縮上死点を超える気筒11、つまり、停止時に圧縮行程にある気筒11(図例では第1気筒)には燃料噴射を行わない。
On the other hand, FIG. 6B shows the control at the time of restart when the ethanol concentration in the fuel is a predetermined concentration or higher (for example, E65 or higher). Due to the relatively high ethanol concentration, the vaporization rate decreases when the temperature state of the
前述したように、停止時に圧縮行程にある気筒11は、クランキングの開始に伴う断熱圧縮によって気筒11内の温度が高まるものの、当該気筒11のピストンは、停止時には当該気筒11の中間に位置しているため、そのピストン位置から圧縮上死点に至ったときでも実圧縮比は相対的に低くなり、圧縮端温度も相対的に低くなるためである。つまり、圧縮端温度が相対的に低いことで、筒内温度を利用した燃料の気化には不利になり、特にエタノール濃度が高い燃料では、十分な気化率が確保できない虞がある。 As described above, the cylinder 11 in the compression stroke at the time of stopping increases the temperature in the cylinder 11 due to adiabatic compression accompanying the start of cranking, but the piston of the cylinder 11 is positioned in the middle of the cylinder 11 at the time of stopping. Therefore, even when the compression top dead center is reached from the piston position, the actual compression ratio is relatively low, and the compression end temperature is also relatively low. That is, since the compression end temperature is relatively low, it is disadvantageous for fuel vaporization using the in-cylinder temperature, and there is a possibility that a sufficient vaporization rate cannot be ensured particularly with a fuel having a high ethanol concentration.
そこで、燃料におけるエタノール濃度が所定濃度以上のときには、最初に圧縮上死点を超える第1気筒には燃料噴射を行わず、2番目に圧縮上死点を超える気筒11(図例では第3気筒)に対して、燃料噴射を行う。この気筒11は、停止時に吸気行程にある気筒11であり、クランキングの開始後、ピストンは吸気下死点を経由した後に、圧縮上死点へと至る。従って、実圧縮比が相対的に高くかつ、圧縮端温度も相対的に高くなる。この相対的に高い筒内温度が、燃料の気化の促進に有利になる。 Therefore, when the ethanol concentration in the fuel is equal to or higher than the predetermined concentration, the first cylinder that exceeds the compression top dead center is not injected with fuel first, and the cylinder 11 that exceeds the compression top dead center second (the third cylinder in the illustrated example). ) For fuel injection. The cylinder 11 is in the intake stroke when stopped, and after starting cranking, the piston passes through the intake bottom dead center and then reaches the compression top dead center. Therefore, the actual compression ratio is relatively high and the compression end temperature is also relatively high. This relatively high in-cylinder temperature is advantageous for promoting fuel vaporization.
2番目に圧縮上死点を超える第3気筒以降、エンジン1の始動が完了するまでの燃料噴射は、図6(a)を参照して説明した燃料噴射形態と同じである。つまり、エンジン1の温度状態に応じて、エンジン1の温度状態が所定温度よりも高いときには、吸気行程中に噴射する燃料量を、圧縮行程中に噴射する燃料量よりも多くする。これは、吸気行程中の燃料噴射のみを行い、圧縮行程中の燃料噴射を行わないことも含む。好ましくは、吸気行程中と圧縮行程中とのそれぞれで燃料を噴射することである。また、エンジン1の温度状態が所定温度以下のときには、圧縮行程中に噴射する燃料量を、吸気行程中に噴射する燃料量よりも多くする。圧縮行程中の燃料噴射のみを行い、吸気行程中の燃料噴射を行わないとしてもよい。また、ここにおいても、吸気行程中の燃料噴射量と圧縮行程中の燃料噴射量との割合は、エンジン1の温度状態に応じて連続的に又は不連続的に、0:10〜10:0の範囲で適宜、変更すればよい。
After the third cylinder exceeding the compression top dead center second, fuel injection until the start of the
こうして、エタノール濃度が比較的高いときには、無駄な燃焼噴射を省略して、結果的にエンジン1の迅速始動が可能になる。つまり、燃料の性状に応じて、最初に燃料を噴射する気筒を変更することにより、燃料の性状に関わらずエンジン1の再始動時における始動性が確保される。また、燃料におけるエタノール濃度に応じて、エンジン1の再始動時における燃料圧力を変更することで、燃料の性状に関わらず燃料の気化が促進されて、再始動時のNVH性能の悪化が回避される。
Thus, when the ethanol concentration is relatively high, useless combustion injection is omitted, and as a result, the
尚、前記の構成では、気筒11内に燃料を噴射する、いわゆる直噴の燃料噴射弁53のみを備えているが、この燃料噴射弁53に加えて、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備えるようにしてもよい。
In the above configuration, only the so-called direct injection
1 エンジン(エンジン本体)
11 気筒
100 エンジン制御器
53 燃料噴射弁
54 燃料供給システム(燃料供給機構)
1 Engine (Engine body)
11
Claims (6)
前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有しかつ、前記エンジン本体に前記燃料を供給するように構成された燃料供給機構、
前記気筒内の混合気に点火を行うように構成された点火プラグ、及び、
所定の停止条件が成立したときに前記エンジン本体を自動停止しかつ、所定の始動条件が成立したときに前記エンジン本体を自動始動するように構成された制御器、を備え、
前記制御器は、前記エンジン本体の自動始動を行う時には、前記エンジン本体のクランキングと共に、前記複数の気筒の内、最初に圧縮上死点を超える気筒内に先ず、前記燃料を噴射して点火をし、
前記制御器はまた、前記エンジン本体に供給する前記燃料における前記特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときには、前記エンジン本体の自動始動を行う時に、前記エンジン本体のクランキングと共に、前記複数の気筒の内、最初に圧縮上死点を超える気筒内に前記燃料を噴射せず、2番目に圧縮上死点を超える気筒内に前記燃料を噴射して点火をする火花点火式エンジンの始動制御装置。 An engine body having a plurality of cylinders and configured to be supplied with fuel including special fuel having a lower vaporization rate than gasoline under conditions of a specific temperature or lower;
A fuel supply mechanism having a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder and configured to supply the fuel to the engine body;
A spark plug configured to ignite the air-fuel mixture in the cylinder; and
A controller configured to automatically stop the engine body when a predetermined stop condition is satisfied, and to automatically start the engine body when a predetermined start condition is satisfied;
When performing automatic start of the engine body, the controller first injects and ignites the fuel together with cranking of the engine body, into the cylinder first exceeding the compression top dead center among the plurality of cylinders. And
When the concentration of the special fuel in the fuel to be supplied to the engine body is equal to or higher than a predetermined concentration, the controller also performs cranking of the engine body together with cranking of the plurality of cylinders when the engine body is automatically started. A starting control device for a spark ignition type engine, in which the fuel is not injected into a cylinder exceeding the compression top dead center first, and the fuel is injected into a cylinder exceeding the compression top dead center second and ignited.
前記制御器は、前記エンジン本体の自動始動を行う時には、前記気筒が少なくとも圧縮行程にあるときに前記燃料の噴射を行う火花点火式エンジンの始動制御装置。 In the spark ignition type engine start control device according to claim 1,
The controller is a spark ignition type engine start control device that, when performing automatic start of the engine body, injects the fuel when the cylinder is at least in a compression stroke.
前記制御器は、
前記自動始動時の前記エンジン本体の温度状態が所定温度よりも低いときには、前記気筒が圧縮行程にあるときに噴射する燃料量を、吸気行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする一方、
前記エンジン本体の温度状態が前記所定温度以上のときには、前記気筒が吸気行程にあるときに噴射する燃料量を、圧縮行程にあるときに噴射する燃料量よりも多くする火花点火式エンジンの始動制御装置。 The start control device for a spark ignition engine according to claim 2,
The controller is
When the temperature state of the engine body at the time of the automatic start is lower than a predetermined temperature, the amount of fuel injected when the cylinder is in the compression stroke is made larger than the amount of fuel injected when the cylinder is in the intake stroke,
When the temperature of the engine body is equal to or higher than the predetermined temperature, the spark ignition type engine starting control is performed such that the amount of fuel injected when the cylinder is in the intake stroke is larger than the amount of fuel injected when the cylinder is in the compression stroke. apparatus.
前記制御器は、前記燃料における前記特殊燃料の濃度が所定濃度以上のときには、前記エンジン本体の自動始動を行う時の、前記燃料の圧力を所定以上に設定する火花点火式エンジンの始動制御装置。 In the start control device of the spark ignition type engine according to any one of claims 1 to 3,
The controller is a spark ignition type engine start control device that sets the pressure of the fuel to a predetermined level or higher when the engine body is automatically started when the concentration of the special fuel in the fuel is a predetermined level or higher.
前記制御器は、前記エンジン本体の温度状態が所定温度以上のときに当該エンジンの自動停止を許容すると共に、前記燃料における前記特殊燃料の濃度が高いほど、前記エンジン本体の自動停止に係る前記所定温度を高く設定する火花点火式エンジンの始動制御装置。 In the spark ignition type engine start control device according to any one of claims 1 to 4,
The controller allows the engine to automatically stop when the temperature state of the engine body is equal to or higher than a predetermined temperature, and the higher the concentration of the special fuel in the fuel, the higher the predetermined amount related to the engine body automatic stop. A spark ignition engine start control device that sets the temperature higher.
前記所定温度は、前記特殊燃料の大気圧下での沸点以下に設定されている火花点火式エンジンの始動制御装置。 The spark ignition engine start control device according to claim 5,
The spark ignition type engine start control device, wherein the predetermined temperature is set to be equal to or lower than a boiling point of the special fuel under atmospheric pressure.
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