JP6090352B6 - Compression self-ignition gasoline engine - Google Patents

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Description

本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、エンジン本体に空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体から外部に排気を排出するための排気システムと、これらに含まれる各種機器を制御する制御手段とを備え、少なくとも特定の運転領域にて圧縮自己着火燃焼が実施される多気筒エンジンに関する。   The present invention controls an engine main body having a plurality of cylinders, an intake passage 20 for introducing air into the engine main body, an exhaust system for exhausting exhaust from the engine main body to the outside, and various devices included therein. A multi-cylinder engine that performs compression self-ignition combustion at least in a specific operation region.

従来、燃費性能を高めるべく、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼に代えて、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自己着火により燃焼させるいわゆる圧縮自己着火燃焼を実施することが検討されている。以下、火花点火燃焼(Spark Ignition Combustion)のことを「SI燃焼」と略称し、圧縮自己着火燃焼(Compression Self−Ignition Combustion)のことを「CI燃焼」と略称する。   Conventionally, in order to improve fuel efficiency, instead of spark ignition combustion that forcibly burns the air-fuel mixture by spark ignition of the spark plug, the air-fuel mixture is burned by self-ignition in a high-temperature and high-pressure environment created by piston compression. It has been considered to perform so-called compression self-ignition combustion. Hereinafter, spark ignition combustion is abbreviated as “SI combustion”, and compression self-ignition combustion is abbreviated as “CI combustion”.

CI燃焼では、筒内(気筒内)の温度を混合気の自己着火が可能な温度まで高める必要がある。しかしながら、筒内の温度が高温になりすぎると、過早着火(所望の燃焼開始時期よりも早期に燃焼が開始してしまう現象)等の異常燃焼が生じたり燃焼騒音が増大するという問題が生じる。   In CI combustion, it is necessary to increase the temperature in the cylinder (inside the cylinder) to a temperature at which the air-fuel mixture can self-ignite. However, if the temperature in the cylinder becomes too high, problems such as abnormal combustion such as pre-ignition (a phenomenon in which combustion starts earlier than the desired combustion start timing) or combustion noise increases. .

これに対して、例えば、特許文献1には、排気通路に排出された排気を吸気通路20に還流するためのEGR通路とこの通路を開閉可能なEGR弁とを備え、比較的低温の排気(以下、外部EGRガスという)を気筒に導入可能であるとともに、一旦排気ポートに排出された高温の排気(以下、内部EGRガスという)を筒内へ逆流させるべく排気弁が排気行程だけでなく吸気行程でも開くように構成されたエンジンであって、これら外部EGRガスと内部EGRガスの導入量の調整によって筒内の温度を運転領域に応じて変更するものが開示されている。   On the other hand, for example, Patent Document 1 includes an EGR passage for returning the exhaust discharged to the exhaust passage to the intake passage 20 and an EGR valve capable of opening and closing the passage. (Hereinafter referred to as “external EGR gas”) can be introduced into the cylinder, and the exhaust valve is used not only for the exhaust stroke but also for the intake valve to cause the high-temperature exhaust gas (hereinafter referred to as “internal EGR gas”) once discharged to the exhaust port to flow back into the cylinder. An engine that is configured to open even during a stroke, in which the temperature in the cylinder is changed in accordance with the operating region by adjusting the introduction amount of the external EGR gas and the internal EGR gas, is disclosed.

具体的には、特許文献1のエンジンでは、CI燃焼が実施される領域のうち筒内の温度が比較的低温になりやすい低負荷領域(エンジン負荷の低い領域)において、筒内の温度を高めるために、排気弁を排気行程と吸気行程とで開いて高温の内部EGRガスを多量に気筒に導入するとともに上記EGR弁を閉弁して外部EGRガスの導入を停止する。一方、CI燃焼領域のうち上記低負荷領域よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が比較的高温になりやすい運転領域では、筒内の温度が過剰に高温になるのを回避するために、上記内部EGRガスの導入量を少なく抑えるとともに上記EGR弁を開弁して比較的低温の外部EGRガスを筒内に導入する。   Specifically, in the engine disclosed in Patent Document 1, the temperature in the cylinder is increased in a low load region (region where the engine load is low) in which the temperature in the cylinder tends to be relatively low in the region where CI combustion is performed. Therefore, the exhaust valve is opened during the exhaust stroke and the intake stroke to introduce a large amount of high-temperature internal EGR gas into the cylinder, and the EGR valve is closed to stop the introduction of the external EGR gas. On the other hand, in the CI combustion region, in the operation region where the engine load is higher than the low load region and the temperature in the cylinder tends to be relatively high, in order to prevent the temperature in the cylinder from becoming excessively high, The introduction amount of the internal EGR gas is suppressed to a small value, and the EGR valve is opened to introduce a relatively low temperature external EGR gas into the cylinder.

特開2013−227942号公報JP 2013-227842 A

上記特許文献1のエンジンでは、外部EGRガスの導入状態(導入量)がEGR弁の開閉によってのみ制御されているため、外部EGRガスの制御性が悪いという問題がある。具体的には、この特許文献1のエンジンでは、外部EGRガスの導入を開始する領域に入ると上記EGR弁を開弁させ、これによってのみ外部EGRガスの導入を図っている。そのため、筒内に多量の内部EGRガスが残存していること等に伴って、外部EGRガスを十分量筒内に導入することができない場合がある。そして、この場合には、筒内の温度を十分に低く抑えることができず異常燃焼の発生や燃焼騒音の悪化を招くおそれがある。   The engine disclosed in Patent Document 1 has a problem in that the controllability of the external EGR gas is poor because the introduction state (introduction amount) of the external EGR gas is controlled only by opening and closing the EGR valve. Specifically, in the engine disclosed in Patent Document 1, the EGR valve is opened when entering an area where the introduction of the external EGR gas is started, and the external EGR gas is introduced only by this. Therefore, there may be a case where a sufficient amount of external EGR gas cannot be introduced into the cylinder due to a large amount of internal EGR gas remaining in the cylinder. In this case, the temperature in the cylinder cannot be kept sufficiently low, and abnormal combustion may occur or combustion noise may be deteriorated.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、CI燃焼の実施時において、筒内の温度をより適切な温度にすることができる多気筒エンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multi-cylinder engine capable of setting the temperature in a cylinder to a more appropriate temperature when performing CI combustion. .

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒とこれら気筒内に空気を導入するための吸気通路とを有し、少なくとも一部の運転領域にてガソリンを含む燃料と空気との混合気が圧縮自己着火燃焼される圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、各気筒の排気弁を駆動する排気弁駆動機構と各気筒から排出された排気を外部EGRガスとして上記吸気通路を介して各気筒内に還流する外部EGR手段と、上記負圧変更手段を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気ポートに一旦排出された排気が内部EGRガスとして各気筒内に逆流するように各気筒の排気弁を排気行程に加えて吸気行程でも開弁する内部EGRモードで開閉可能であり、上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち所定の基準負荷よりもエンジン負荷の低い第1運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部EGRモードで開閉させるとともに上記外部EGRガスの各気筒内への還流が停止されるように上記外部EGR手段を制御し、上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち上記基準負荷よりもエンジン負荷の高い第2運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部EGRモードで開閉させ、かつ、上記外部EGRガスが各気筒内に還流されるとともに上記排気集合部内の負圧が上記第1運転領域のときよりも大きくなるように上記外部EGR手段および上記負圧変更手段を制御することを特徴とする(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention has a plurality of cylinders and an intake passage for introducing air into the cylinders, and includes fuel and air containing gasoline in at least a part of the operation region. And a plurality of independent exhaust passages extending from exhaust ports of a plurality of cylinders, and provided on the downstream side of the independent exhaust passages. An exhaust collecting portion that forms a common space communicating with the exhaust passage, negative pressure changing means that can change the negative pressure generated in the exhaust collecting portion, an exhaust valve drive mechanism that drives an exhaust valve of each cylinder, and each cylinder Exhaust gas discharged from the exhaust gas as external EGR gas and recirculating into each cylinder through the intake passage, and control means for controlling each part of the engine including the negative pressure changing means. The drive mechanism opens and closes in the internal EGR mode where the exhaust valve of each cylinder opens in the intake stroke in addition to the exhaust stroke so that the exhaust once exhausted to the exhaust port of each cylinder flows back into each cylinder as internal EGR gas In the first operation region where the engine load is lower than a predetermined reference load among the operation regions in which the compression self-ignition combustion is performed, the control means is configured to place the exhaust valve in the internal EGR mode by the exhaust valve drive mechanism. The external EGR means is controlled so as to stop the return of the external EGR gas into each cylinder and the engine load is higher than the reference load in the operation region where the compression self-ignition combustion is performed. In the second operation region, the exhaust valve driving mechanism opens and closes the exhaust valve in the internal EGR mode, and the external EGR gas is recirculated into each cylinder. Together, characterized in that the negative pressure in the exhaust collector to control the external EGR means and said negative pressure changing means so as to be larger than when the first operating region (claim 1).

本発明では、相対的に負荷が低く筒内の温度が低くなりやすい第1運転領域において、排気弁が内部EGRモード(排気行程に加えて吸気行程でも開弁するモード)で駆動されるため、排気ポートから筒内に高温の内部EGRガスを逆流させることができ、筒内の温度を混合気の自己着火が可能な適切な温度にすることができる。すなわち、負荷が低く混合気の着火性が厳しい第1運転領域において、混合気の自己着火を促進し、適正なCI燃焼を引き起こすことができる。特に、この第1運転領域では、吸気通路20を介して各気筒に還流される相対的に温度の低い外部EGRガスの還流が停止されるため、筒内の温度を確実に高めることができる。   In the present invention, the exhaust valve is driven in the internal EGR mode (the mode that opens in the intake stroke in addition to the exhaust stroke) in the first operation region where the load is relatively low and the temperature in the cylinder tends to be low. The high-temperature internal EGR gas can be caused to flow backward from the exhaust port into the cylinder, and the temperature in the cylinder can be set to an appropriate temperature at which the air-fuel mixture can self-ignite. That is, in the first operating region where the load is low and the ignitability of the air-fuel mixture is severe, self-ignition of the air-fuel mixture can be promoted and proper CI combustion can be caused. In particular, in the first operation region, the recirculation of the external EGR gas having a relatively low temperature that is recirculated to each cylinder via the intake passage 20 is stopped, so that the temperature in the cylinder can be reliably increased.

一方、上記第1運転領域よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第2運転領域では、外部EGRガスの筒内への還流が実施されて、相対的に温度の低い外部EGRガスが筒内に導入される。そのため、筒内の温度を適切に低く抑えることができる。すなわち、負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第2運転領域において、筒内の温度が過剰に高温になるのを回避して、過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大を抑制することができる。   On the other hand, in the second operation region where the engine load is higher and the temperature in the cylinder is likely to be higher than in the first operation region, the external EGR gas is recirculated into the cylinder, and the external EGR gas having a relatively low temperature. Is introduced into the cylinder. Therefore, the temperature in the cylinder can be appropriately kept low. That is, in the second operation region where the load is high and the temperature in the cylinder tends to be high, the temperature in the cylinder is avoided from becoming excessively high, and abnormal combustion such as pre-ignition is generated and combustion noise is increased. Can be suppressed.

特に、本発明では、外部EGRガスを筒内に還流する第2運転領域において、負圧変更手段によって、排気集合部内の負圧が大きくされる。そのため、この第2運転領域において、外部EGRガスを確実に筒内へ還流することができるとともに高温の内部EGRガスの筒内への逆流量を少なく抑えることができ、筒内の温度が過剰に高くなるのをより確実に回避することができる。   In particular, in the present invention, in the second operation region in which the external EGR gas is recirculated into the cylinder, the negative pressure in the exhaust collecting portion is increased by the negative pressure changing means. Therefore, in this second operation region, the external EGR gas can be reliably recirculated into the cylinder, the back flow rate of the high-temperature internal EGR gas into the cylinder can be reduced, and the temperature in the cylinder is excessive. It is possible to avoid the increase more reliably.

具体的には、排気集合部内の負圧が大きくなると、この負圧に基づくエゼクタ効果により気筒から下流側に吸い出される排気の量が増大する。そのため、上記のように排気集合部内の負圧を大きくすることで、気筒から排出された排気のうち外部EGRガスとして気筒に還流される排気の流量を増大させることができるとともに、排気ポートから気筒に逆流する高温の内部EGRガス量を減少させることができる。   Specifically, when the negative pressure in the exhaust collecting portion increases, the amount of exhaust drawn from the cylinder to the downstream side increases due to the ejector effect based on this negative pressure. Therefore, by increasing the negative pressure in the exhaust collecting portion as described above, the flow rate of the exhaust gas recirculated to the cylinder as the external EGR gas out of the exhaust gas discharged from the cylinder can be increased, and the exhaust port can be connected to the cylinder. The amount of high-temperature internal EGR gas that flows back to the bottom can be reduced.

本発明において、上記制御手段は、上記第2運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせるのが好ましい(請求項2)。   In the present invention, it is preferable that the control means overlap the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve in each cylinder in the second operation region.

この構成によれば、第2運転領域において、気筒の掃気性を高めて気筒から排出される排気の量を多くすることができるため、より確実に外部EGRガス量の増大および内部EGRガス量の減少を実現することができる。   According to this configuration, since the scavenging performance of the cylinder can be increased and the amount of exhaust exhausted from the cylinder can be increased in the second operating region, the increase in the external EGR gas amount and the internal EGR gas amount can be more reliably performed. A reduction can be realized.

また、本発明において、上記制御手段は、上記第1運転領域と第2運転領域とを含む運転領域において、気筒内の全ガス量に対する上記内部EGRガス量の割合である内部EGR率を、エンジン負荷が高い側ほど小さくするのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, the control means may calculate an internal EGR rate, which is a ratio of the internal EGR gas amount to the total gas amount in the cylinder, in an operation region including the first operation region and the second operation region. It is preferable to make it smaller as the load is higher.

このようにすれば、第1運転領域および第2運転領域において、エンジン負荷が高く筒内温度が高温になりやすい条件ほど高温の内部EGRガスの割合が小さくされて筒内の温度が高くなるのが抑制されるため、これら運転領域全体において筒内温度を適切な温度にすることができる。   In this way, in the first operation region and the second operation region, the higher the engine load and the higher the in-cylinder temperature, the lower the ratio of the hot internal EGR gas and the higher the in-cylinder temperature. Therefore, the in-cylinder temperature can be set to an appropriate temperature in the entire operation region.

上記構成において、上記制御手段は、上記第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記内部EGR率を小さくしつつ、気筒内の全ガス量に対する上記外部EGRガス量の割合である外部EGR率と上記内部EGR率とを合わせたトータルEGR率をエンジン負荷が高いほど大きくするのが好ましい(請求項4)。   In the above-described configuration, the control means is configured to reduce the internal EGR rate as the engine load increases in the second operating region where the engine load is from the reference load to the specific load, while reducing the total gas in the cylinder. It is preferable to increase the total EGR rate, which is a combination of the external EGR rate, which is the ratio of the external EGR gas amount to the amount, and the internal EGR rate, as the engine load increases.

このようにすれば、第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域において、内部EGR率が小さくされながらトータルのEGR率が大きくされて、高温のEGRガス量が減少されつつEGRガス量が多く確保される。そのため、第1運転領域から第2運転領域に切り替わった際に、比熱比の高いEGRガス量が減少するのを抑制しつつ高温の内部EGRガス量を減少させることができ、この切り替え時に異常燃焼が発生することおよび燃焼騒音が増大するのをより確実に回避することができる。   In this way, in the region where the engine load is from the reference load to the specific load in the second operation region, the total EGR rate is increased while the internal EGR rate is reduced, and the high-temperature EGR gas amount is reduced. However, a large amount of EGR gas is secured. For this reason, when switching from the first operation region to the second operation region, it is possible to reduce the amount of high-temperature internal EGR gas while suppressing the decrease in the amount of EGR gas having a high specific heat ratio. It is possible to more reliably avoid the occurrence of combustion and increase in combustion noise.

上記構成において、上記制御手段は、上記第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記排気集合部内の負圧が大きくなるように上記負圧変更手段を制御するのが好ましい(請求項5)。   In the above-described configuration, the control means is configured so that the negative pressure in the exhaust collecting portion increases as the engine load increases in a region where the engine load is from the reference load to a specific load in the second operation region. It is preferable to control the pressure changing means (claim 5).

このようにすれば、第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域、において、外部EGRガス量(率)の変更を円滑に行うことができる。   In this way, the external EGR gas amount (rate) can be smoothly changed in the region where the engine load is from the reference load to the specific load in the second operation region.

また、本発明において、上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能であり、上記制御手段は、上記第1運転領域と第2運転領域とを含む運転領域において、上記排気弁駆動機構によって排気弁の閉弁時期をエンジン負荷が高い側ほど進角側にするとともに、エンジン負荷の単位増加量に対する排気閉弁時期の進角量を進角変化率としたとき、上記第2運転領域における排気弁の進角変化率を上記第1運転領域のそれよりも小さくするのが好ましい(請求項6)。   In the present invention, the exhaust valve drive mechanism can change the valve closing timing of the exhaust valve of each cylinder, and the control means is in an operation region including the first operation region and the second operation region. With the exhaust valve drive mechanism, the valve closing timing of the exhaust valve is advanced as the engine load is higher, and the advance amount of the exhaust valve closing timing relative to the unit increase amount of the engine load is the advance rate change rate. It is preferable that the rate of change in the advance angle of the exhaust valve in the second operation region is smaller than that in the first operation region.

このようにすれば、第2運転領域において、内部EGRガスの割合を小さくするための排気閉弁時期の進角量が小さく抑えられているため、排気閉弁時期の変更範囲を小さくすることができ、排気閉弁時期の応答性を高めることができる。すなわち、異常燃焼等の可能性があるため第1運転領域に比べて精度の高い制御が求められる第2運転領域において、過渡時等における排気閉弁時期の変更をより適切に行うことが可能となる。   In this way, in the second operation region, the advance amount of the exhaust valve closing timing for reducing the proportion of the internal EGR gas is suppressed to a small value, so that the change range of the exhaust valve closing timing can be reduced. The exhaust valve closing timing can be improved. In other words, since there is a possibility of abnormal combustion or the like, it is possible to more appropriately change the exhaust valve closing timing in a transient state or the like in the second operation region where higher accuracy control is required than in the first operation region. Become.

特に、本発明では、上記のように第2運転領域において上記負圧が高められ、これにより内部EGRガスの筒内への導入量が抑制されている。そのため、このように第2運転領域においてエンジン負荷の増大量に対する排気閉弁時期の進角量を小さくしても内部EGRガスを確実に低減することができる。従って、この構成によれば、内部EGR率の適切な制御と排気閉弁時期の適切な変更とを同時に実現することができる。   In particular, in the present invention, as described above, the negative pressure is increased in the second operation region, thereby suppressing the amount of internal EGR gas introduced into the cylinder. Therefore, the internal EGR gas can be reliably reduced even if the advance amount of the exhaust valve closing timing with respect to the increase amount of the engine load in the second operation region is reduced. Therefore, according to this configuration, appropriate control of the internal EGR rate and appropriate change of the exhaust valve closing timing can be realized simultaneously.

本発明において、好ましくは、上記第2運転領域が、ピストンが圧縮上死点にあるときの筒内の温度である圧縮端温度の目標値が上記第1運転領域よりも低い値となる領域に設定されているものに適用される(請求項7)。   In the present invention, preferably, the second operation region is a region where the target value of the compression end temperature, which is the temperature in the cylinder when the piston is at the compression top dead center, is lower than the first operation region. It applies to what is set (claim 7).

エンジン負荷が高く燃料噴射量が多いと、噴射された燃料周りの混合気がリッチ(燃料と空気との割合において燃料が多い状態)になって過早着火等の異常燃焼が生じやすくなる。そのため、この場合には、圧縮端温度すなわち燃焼開始前の温度をより低く抑える必要がある。これに対して、本発明では、上記のように、第1運転領域よりも負荷の高い第2運転領域において筒内の温度をより確実に低く抑えることができるため、本発明を上記のものに適用すれば、圧縮端温度を所望の目標温度にして、異常燃焼等の発生をより確実に回避することができる。   When the engine load is high and the fuel injection amount is large, the air-fuel mixture around the injected fuel becomes rich (a state where there is a large amount of fuel in the ratio of fuel to air), and abnormal combustion such as pre-ignition tends to occur. Therefore, in this case, it is necessary to keep the compression end temperature, that is, the temperature before the start of combustion, lower. On the other hand, in the present invention, as described above, the temperature in the cylinder can be more reliably kept low in the second operation region where the load is higher than that in the first operation region. If applied, the compression end temperature can be set to a desired target temperature, and the occurrence of abnormal combustion or the like can be avoided more reliably.

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火ガソリンエンジンによれば、CI燃焼の実施時において、筒内の温度をより適切な温度にすることができる。   As described above, according to the compression self-ignition gasoline engine of the present invention, the temperature in the cylinder can be set to a more appropriate temperature when performing CI combustion.

本発明の一実施形態にかかるエンジンの構成を示す平面図である。It is a top view showing composition of an engine concerning one embodiment of the present invention. 上記エンジンのエンジン本体の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the engine main body of the said engine. 内部EGRモードにおける排気弁および吸気弁の開閉状態を示した図である。It is the figure which showed the open / close state of the exhaust valve and the intake valve in the internal EGR mode. 図1のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 図4のV矢示図である。FIG. 5 is a V arrow diagram of FIG. 4. 最上流位置にあるスライド部周辺を示した図である。It is the figure which showed the slide part periphery in a most upstream position. 最上流位置にあるスライド部周辺を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the slide part periphery in a most upstream position. 最下流位置にあるスライド部周辺を示した図である。It is the figure which showed the slide part periphery in a most downstream position. 最下流位置にあるスライド部周辺を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the slide part periphery in a most downstream position. 排気システムの一部を示した側面図である。It is the side view which showed a part of exhaust system. 排気システムの一部を示した正面図である。It is the front view which showed a part of exhaust system. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. エンジンの運転中に使用される制御マップを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the control map used during the driving | operation of an engine. エンジン負荷の変化に応じて筒内への充填ガスの成分割合や各種制御パラメータがどのように変化するかを示す図である。It is a figure which shows how the component ratio of the filling gas in a cylinder and various control parameters change according to the change of an engine load.

(1)エンジンの全体構成
図1および図2は、本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火エンジンの構成を示す図である。当実施形態のエンジンは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気(吸気)を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1から外部に排気を排出するための排気システム30とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a compression self-ignition engine according to an embodiment of the present invention. The engine of this embodiment includes a four-stroke engine main body 1, an intake passage 20 for introducing combustion air (intake air) into the engine main body 1, and an exhaust system for discharging exhaust from the engine main body 1 to the outside. 30.

ここでは、エンジン本体1が、特定方向に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する4気筒エンジンであって、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンの場合について説明する。   Here, the case where the engine body 1 is a four-cylinder engine having four cylinders 2A to 2D arranged in a specific direction and mainly using gasoline as fuel will be described.

エンジン本体1は、気筒2A〜2Dが内部に形成されたシリンダブロック2と、シリンダブロック2の上面に設けられたシリンダヘッド3と、気筒2A〜2Dに往復摺動可能に挿入されたピストン4とを有している。   The engine body 1 includes a cylinder block 2 in which cylinders 2A to 2D are formed, a cylinder head 3 provided on the upper surface of the cylinder block 2, and a piston 4 that is slidably inserted into the cylinders 2A to 2D. have.

ピストン4の上方には燃焼室5が形成されており、この燃焼室5には、燃料が、インジェクタ10からの噴射によって供給される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室5で燃焼し、ピストン4はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。   A combustion chamber 5 is formed above the piston 4, and fuel is supplied to the combustion chamber 5 by injection from the injector 10. The injected fuel / air mixture is combusted in the combustion chamber 5, and the piston 4 is pushed down by the expansion force generated by the combustion and reciprocates up and down.

ピストン4はコネクティングロッド16を介してクランク軸15と連結されており、ピストン4の往復運動に応じて、クランク軸15は中心軸回りに回転する。   The piston 4 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 16, and the crankshaft 15 rotates around the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 4.

シリンダブロック2には、クランク軸15の回転速度をエンジンの回転速度(回転数)として検出するエンジン回転速度センサSW1が設けられている。   The cylinder block 2 is provided with an engine rotation speed sensor SW1 that detects the rotation speed of the crankshaft 15 as the rotation speed (rotation speed) of the engine.

シリンダヘッド3には、燃料を燃焼室5に向けて噴射するインジェクタ10と、インジェクタ10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を行う点火プラグ11とが、各気筒2A〜2Dにつきそれぞれ1組ずつ設けられている。   The cylinder head 3 includes an injector 10 for injecting fuel toward the combustion chamber 5, and an ignition plug 11 for igniting a mixture of fuel and air injected from the injector 10 by spark discharge. One set is provided for each of 2D.

インジェクタ10は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒2A〜2Dの燃焼室5をその吸気側の側方から臨むように設けられている。インジェクタ10から噴射される燃料の噴射圧力は、30MPa以上という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。   The injector 10 has a plurality of injection holes serving as fuel injection ports at the tip, and is provided so as to face the combustion chambers 5 of the respective cylinders 2A to 2D from the side of the intake side thereof. The injection pressure of the fuel injected from the injector 10 is set to a considerably high value for a gasoline engine, such as 30 MPa or more.

点火プラグ11は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒2A〜2Dの燃焼室5を上方から臨むように設けられている。   The spark plug 11 has an electrode for discharging a spark at the tip, and is provided so as to face the combustion chamber 5 of each cylinder 2A to 2D from above.

当実施形態のエンジン本体1は、その幾何学的圧縮比(ピストン4が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン4が上死点にあるときの燃焼室容積との比)が、15以上20以下という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。このように高い幾何学的圧縮比を設定しているのは、理論熱効率の向上や、後述するCI燃焼(圧縮自己着火燃焼)での着火性確保のためである。   The engine body 1 of this embodiment has a geometric compression ratio (ratio of the combustion chamber volume when the piston 4 is at bottom dead center and the combustion chamber volume when the piston 4 is at top dead center) of 15. It is set to a considerably high value of 20 or less for a gasoline engine. The reason for setting such a high geometric compression ratio is to improve the theoretical thermal efficiency and to ensure the ignitability in CI combustion (compression self-ignition combustion) described later.

また、当実施形態のような4ストローク4気筒のエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン4がクランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動するため、これに対応して、各気筒2A〜2D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、気筒2A,2B,2C,2Dの気筒番号をそれぞれ1番、2番、3番、4番とすると、1番気筒2A→3番気筒2C→4番気筒2D→2番気筒2Bの順に点火が行われる。このため、例えば1番気筒2Aが膨張行程であれば、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。   Further, in the four-stroke four-cylinder engine as in this embodiment, the piston 4 provided in each of the cylinders 2A to 2D moves up and down with a phase difference of 180 ° (180 ° CA) in the crank angle. Thus, the timing of ignition in each of the cylinders 2A to 2D is also set to a timing that is shifted in phase by 180 ° CA. Specifically, if the cylinder numbers of the cylinders 2A, 2B, 2C, and 2D are 1, 2, 3, and 4, respectively, the first cylinder 2A → the third cylinder 2C → the fourth cylinder 2D → the second cylinder Ignition is performed in the order of 2B. Therefore, for example, if the first cylinder 2A is in the expansion stroke, the third cylinder 2C, the fourth cylinder 2D, and the second cylinder 2B are in the compression stroke, the intake stroke, and the exhaust stroke, respectively.

シリンダヘッド3には、吸気通路20から供給される空気を各気筒2A〜2Dの燃焼室5に導入するための吸気ポート6と、吸気ポート6を開閉する吸気弁8と、各気筒2A〜2Dの燃焼室5で生成された排気を排気システム30に導出するための排気ポート7と、排気ポート7を開閉する排気弁9とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、1つの気筒につき吸気弁8および排気弁9が2つずつ設けられている。   The cylinder head 3 includes an intake port 6 for introducing air supplied from the intake passage 20 into the combustion chamber 5 of each cylinder 2A to 2D, an intake valve 8 for opening and closing the intake port 6, and each cylinder 2A to 2D. An exhaust port 7 for leading the exhaust generated in the combustion chamber 5 to the exhaust system 30 and an exhaust valve 9 for opening and closing the exhaust port 7 are provided. The illustrated engine is a so-called double overhead camshaft (DOHC) engine, and two intake valves 8 and two exhaust valves 9 are provided for each cylinder.

吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド3に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構13、14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 intake valve 8 and the exhaust valve 9 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 15 by valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts and the like disposed in the cylinder head 3.

吸気弁8用の動弁機構13には、吸気弁8の開閉時期を変更可能な可変機構13aが設けられている。   The valve mechanism 13 for the intake valve 8 is provided with a variable mechanism 13a that can change the opening and closing timing of the intake valve 8.

排気弁9用の動弁機構14には、排気行程中にのみ排気弁9を開弁させる第1のカムと、排気行程に加えて吸気行程にも排気弁9を開弁させる第2のカムと、排気弁9に駆動力を伝達するカムをこれら第1カムと第2カムとの間で切り替える切替機構14aが組み込まれている。すなわち、この切替機構14aは、排気弁9を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁9の開弁動作(内部EGRモード)を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。   The valve mechanism 14 for the exhaust valve 9 includes a first cam that opens the exhaust valve 9 only during the exhaust stroke, and a second cam that opens the exhaust valve 9 during the intake stroke in addition to the exhaust stroke. And the switching mechanism 14a which switches the cam which transmits a driving force to the exhaust valve 9 between these 1st cams and 2nd cams is incorporated. That is, the switching mechanism 14a enables the exhaust valve 9 to be opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and performs or stops the valve opening operation (internal EGR mode) of the exhaust valve 9 during the intake stroke. It has a function to switch between.

切替機構14aによって排気弁9に駆動力を伝達するカムとして第2のカムが選択されると、図3に示すように、排気弁9が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁するので、高温の排気(既燃ガス)が内部EGRガス(EGR:External Exhaust Gas Recirculation)として排気ポート7から燃焼室5に逆流する。当実施形態では、図3に示すように、内部EGRモードでは、排気弁9のリフト量は、ピーク位置から減少した後所定期間一定量で維持される。このように、当実施形態では、排気弁9が内部EGRモードで開閉されることで、高温の排気を筒内に残留させる内部EGRが実現される。なお、図3は、吸気弁8および排気弁9のバルブリフトを示したものであり、‘EX’が排気弁9のリフトを示し、‘IN’が吸気弁8のリフトを示している。   When the second cam is selected as the cam for transmitting the driving force to the exhaust valve 9 by the switching mechanism 14a, the exhaust valve 9 opens not only during the exhaust stroke but also during the intake stroke, as shown in FIG. The high-temperature exhaust gas (burned gas) flows back from the exhaust port 7 to the combustion chamber 5 as internal EGR gas (EGR: External Exhaust Gas Recirculation). In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the internal EGR mode, the lift amount of the exhaust valve 9 is maintained at a constant amount for a predetermined period after it decreases from the peak position. As described above, in the present embodiment, the exhaust valve 9 is opened and closed in the internal EGR mode, thereby realizing the internal EGR in which the high-temperature exhaust gas remains in the cylinder. FIG. 3 shows valve lifts of the intake valve 8 and the exhaust valve 9, “EX” indicates the lift of the exhaust valve 9, and “IN” indicates the lift of the intake valve 8.

一方、切替機構14aによって第1のカムが選択された場合には、排気弁9が排気行程のみで開弁するようになるので、内部EGRが停止される(排気の逆流が停止される)。   On the other hand, when the first cam is selected by the switching mechanism 14a, the exhaust valve 9 is opened only in the exhaust stroke, so that the internal EGR is stopped (backflow of exhaust is stopped).

また、排気弁9用の動弁機構14には、排気弁9の閉弁時期を変更することが可能な排気閉弁時期変更機構14bが組み込まれている。本実施形態では、排気弁9の開弁期間は一定に維持しつつ閉弁時期が変更される。このような構成の機構は既に公知であり、その詳細な構造の説明は省略する。   Further, the valve operating mechanism 14 for the exhaust valve 9 incorporates an exhaust valve closing timing changing mechanism 14b that can change the valve closing timing of the exhaust valve 9. In the present embodiment, the valve closing timing is changed while keeping the valve opening period of the exhaust valve 9 constant. Such a mechanism is already known, and a detailed description of the structure is omitted.

当実施形態では、図3に示すように、排気弁9が内部EGRモードで開閉される場合には、排気弁9の閉弁時期EVCは、吸気弁8の開弁時期IVOよりも遅角側とされ、吸気弁8の開弁期間と排気弁9の開弁期間とがオーバーラップするように設定されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, when the exhaust valve 9 is opened and closed in the internal EGR mode, the valve closing timing EVC of the exhaust valve 9 is retarded from the valve opening timing IVO of the intake valve 8. Thus, the valve opening period of the intake valve 8 and the valve opening period of the exhaust valve 9 are set to overlap.

上記吸気通路20は、単一の吸気管23の上流端部に接続された所定容積のサージタンク22と、サージタンク22と各気筒2A〜2Dの吸気ポート6とを連結する複数の(4本の)独立吸気通路21とを有している。   The intake passage 20 includes a plurality of (four) surge tanks 22 having a predetermined volume connected to the upstream end of a single intake pipe 23, and the surge tank 22 and the intake ports 6 of the cylinders 2A to 2D. And) an independent intake passage 21.

吸気管23の途中部には、吸気管23の通路を開閉可能なスロットル弁25と、エンジン本体1に吸入される空気(新気)の流量を検出するためのエアフローセンサSW2とが設けられている。   A throttle valve 25 capable of opening and closing the passage of the intake pipe 23 and an air flow sensor SW2 for detecting the flow rate of air (fresh air) sucked into the engine body 1 are provided in the middle of the intake pipe 23. Yes.

排気システム30は、各気筒2A〜2Dの排気ポート7にそれぞれ上流端部が接続される複数の独立排気通路31と、各独立排気通路31の下流端部(エンジン本体1から遠ざかる側の端部)が独立状態を維持したまま互いに近接するように束ねられた集約部34と、集約部34の下流側に設けられ、独立排気通路31の全てと連通する共通の空間が内部に形成されたスライド部(排気集合部)35と、スライド部35の下流側にディフューザー部36を介して接続された単一の排気管40とを有している。集約部34およびスライド部35周辺の詳細構造については後述する。   The exhaust system 30 includes a plurality of independent exhaust passages 31 whose upstream ends are connected to the exhaust ports 7 of the respective cylinders 2A to 2D, and downstream ends (ends on the side away from the engine body 1) of the independent exhaust passages 31. ) That are bundled so as to be close to each other while maintaining an independent state, and a slide that is provided on the downstream side of the aggregation portion 34 and in which a common space that communicates with all of the independent exhaust passages 31 is formed. And a single exhaust pipe 40 connected to the downstream side of the slide part 35 via the diffuser part 36. The detailed structure around the aggregation unit 34 and the slide unit 35 will be described later.

排気管40の下流側には、三元触媒等の触媒が内蔵された触媒コンバータ48が設けられており、さらにその下流側には、図外のサイレンサー等が設けられている。   A catalytic converter 48 in which a catalyst such as a three-way catalyst is incorporated is provided on the downstream side of the exhaust pipe 40, and a silencer or the like (not shown) is provided on the downstream side thereof.

排気システム30は、さらに、排気管40と吸気通路20とを連結するEGR通路51と、EGR通路51の途中部に設けられてEGR通路51を開閉可能なEGR弁52とを含む外部EGR装置(外部EGR手段)50を有している。外部EGR装置50は、さらに、EGR通路51の途中部に設けられてエンジンの冷却水等を利用した熱交換器からなるEGRクーラ53を有している。当実施形態では、EGR通路51は、排気管40とサージタンク22とを連結している。   The exhaust system 30 further includes an EGR passage 51 that connects the exhaust pipe 40 and the intake passage 20, and an external EGR device that includes an EGR valve 52 that is provided in the middle of the EGR passage 51 and can open and close the EGR passage 51. External EGR means) 50 is provided. The external EGR device 50 further includes an EGR cooler 53 that is provided in the middle of the EGR passage 51 and includes a heat exchanger that uses engine coolant or the like. In the present embodiment, the EGR passage 51 connects the exhaust pipe 40 and the surge tank 22.

外部EGR装置50は、外部EGRを行うため、すなわち、エンジン本体1から排出されて排気管40を流下する排気の一部を外部EGRガスとして吸気通路20を介して各気筒2A〜2Dに還流させるために用いられる。   The external EGR device 50 performs external EGR, that is, a part of the exhaust gas discharged from the engine body 1 and flowing down the exhaust pipe 40 is recirculated to the respective cylinders 2A to 2D through the intake passage 20 as external EGR gas. Used for.

具体的には、EGR弁52が開弁すると、排気管40を流れる排気の一部は、EGR通路51を通ってサージタンク22へと還流され、再び各気筒2A〜2Dに導入される。外部EGRガスは、EGR通路51の通過中に冷却される。従って、各気筒2A〜2Dに還流される外部EGRガスは、比較的低温である。特に、当実施形態では、EGR通路51にEGRクーラ53が設けられている。そのため、各気筒2A〜2Dに導入される外部EGRガスは、排気管40を通過する排気の温度よりも大幅に低いものとなる。一方、EGR弁52が全閉になると、排気管40からEGR通路51に排気は流れず、外部EGRは停止される。   Specifically, when the EGR valve 52 is opened, part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 40 is recirculated to the surge tank 22 through the EGR passage 51 and is again introduced into the cylinders 2A to 2D. The external EGR gas is cooled while passing through the EGR passage 51. Therefore, the external EGR gas recirculated to the cylinders 2A to 2D has a relatively low temperature. In particular, in this embodiment, an EGR cooler 53 is provided in the EGR passage 51. Therefore, the external EGR gas introduced into each of the cylinders 2A to 2D is significantly lower than the temperature of the exhaust gas that passes through the exhaust pipe 40. On the other hand, when the EGR valve 52 is fully closed, the exhaust does not flow from the exhaust pipe 40 to the EGR passage 51, and the external EGR is stopped.

(2)集約部およびスライド部周辺の構造
集約部34およびスライド部35周辺の具体的構造について次に説明する。
(2) Structure around Aggregation Part and Slide Part Next, a specific structure around the aggregation part 34 and the slide part 35 will be described.

各独立排気通路31は、その各下流端部31aの位置が一致するように、気筒列方向の中央側を指向して延びている。これら独立排気通路31の各下流端部31aは、エンジン本体1の排気側の壁面中央(上面視で2番気筒2Bと3番気筒2Cの間に対応する位置)から下流側に離れた位置において1箇所に束ねられており、束ねられた各独立排気通路31の各下流端部31aと、これらを束ねた状態に保持する保持部材等により、集約部34が形成されている。   Each independent exhaust passage 31 extends toward the center side in the cylinder row direction so that the positions of the respective downstream end portions 31a coincide with each other. Each downstream end portion 31a of the independent exhaust passage 31 is located at a position away from the center of the exhaust-side wall surface of the engine body 1 (a position corresponding to between the second cylinder 2B and the third cylinder 2C in a top view) downstream. The bundling portions 34 are formed by the downstream end portions 31a of the bundled independent exhaust passages 31 and the holding members that hold them in a bundled state.

図1のIV−IV線断面図である図4に示すように、各独立排気通路31の各下流端部31aは、それぞれ円を4等分したような扇型の断面を有しており、このような断面を有する各下流端部が4つ集まることにより、全体としてほぼ円形の集約部34が形成されている。   As shown in FIG. 4, which is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1, each downstream end portion 31 a of each independent exhaust passage 31 has a fan-shaped cross section like a circle divided into four equal parts, By gathering four downstream end portions having such a cross section, a substantially circular aggregate portion 34 is formed as a whole.

図6に示すように、集約部34の下流端部は、集約部34の中心軸xを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、各独立排気通路31の下流端部31aには、それぞれ、その下流側先端に、下流に向かうに従って中心軸x側に向かって傾斜する独立排気通路側傾斜部31bが設けられている。これに伴い、各独立排気通路31の下流端部31aの流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。   As shown in FIG. 6, the downstream end portion of the concentrating portion 34 has a substantially frustoconical shape whose diameter decreases toward the downstream centering on the central axis x of the concentrating portion 34, and each independent exhaust passage Each of the downstream end portions 31a of the 31 is provided with an independent exhaust passage side inclined portion 31b which is inclined toward the central axis x side toward the downstream end at the downstream end thereof. Accordingly, the flow area of the downstream end 31a of each independent exhaust passage 31 is smaller on the downstream side than on the upstream side.

このように各独立排気通路31の下流端部31aの流路面積が下流に向かうに従って小さくされていることで、各独立排気通路31を通過する排気の速度はこの下流端部31aの通過中に高められる。   As described above, the flow area of the downstream end portion 31a of each independent exhaust passage 31 is reduced toward the downstream, so that the speed of the exhaust gas passing through each independent exhaust passage 31 is reduced during the passage of the downstream end portion 31a. Enhanced.

図4のV矢示図である図5に示すように、各独立排気通路側傾斜部31bには、それぞれ独立排気通路31の内側と外側とを連通する開口部31cが形成されている。当実施形態では、各傾斜部31bの一部が、下流端から上流に向かって略半円状に切り欠かれることで、開口部31cが形成されている。   As shown in FIG. 5, which is an arrow V diagram of FIG. 4, each independent exhaust passage side inclined portion 31 b is formed with an opening 31 c that communicates the inside and the outside of the independent exhaust passage 31. In the present embodiment, a part of each inclined portion 31b is cut out in a substantially semicircular shape from the downstream end toward the upstream, so that the opening 31c is formed.

図6に示すように、スライド部35は、単管状を有し、集約部34(各独立排気通路31の下流端部31a)の下流側部分が内側に挿入された状態で、集約部34の中心軸xと同軸で集約部34から下流側に延びている。各独立排気通路31(集約部34)を通過した排気は、このスライド部35の内側で集合する。   As shown in FIG. 6, the slide portion 35 has a single tubular shape, and the downstream portion of the concentrating portion 34 (the downstream end portion 31 a of each independent exhaust passage 31) is inserted into the inside of the concentrating portion 34. It is coaxial with the central axis x and extends downstream from the aggregation portion 34. The exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 31 (aggregation portion 34) gathers inside the slide portion 35.

スライド部35は、軸xを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定で上下流方向に延びる上流端部分35aと、この上流端部分35aから下流に延びるスライド部側傾斜部(ノズル部)35bと、軸xを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定でスライド部側傾斜部35bから下流に延びるストレート部35cとからなる。スライド部35は、上下流方向にスライド変位可能に取り付けられており、集約部34に対して上下流方向に相対変位される。   The slide portion 35 has a cylindrical shape with the axis x as the central axis, and has an upstream end portion 35a extending in the upstream / downstream direction with a constant flow path area, and a slide portion side inclined portion (nozzle portion) extending downstream from the upstream end portion 35a. ) 35b and a straight portion 35c having a cylindrical shape with the axis x as the central axis and having a constant flow path area and extending downstream from the slide portion side inclined portion 35b. The slide part 35 is attached so as to be slidable in the upstream / downstream direction, and is relatively displaced in the upstream / downstream direction with respect to the aggregation part 34.

スライド部側傾斜部35bは、独立排気通路側傾斜部31bに沿って延びる形状を有しており、軸xを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有している。これに伴い、スライド部側傾斜部35bの流路面積は下流側ほど小さくなっている。また、これに伴い、スライド部35は、スライド部側傾斜部35bと独立排気通路側傾斜部31bとが接触(当接)する位置よりも上流側へスライド変位できないようになっている。以下、これらが接触する状態にあるスライド部62の位置を、スライド部35の最上流位置と称する。   The slide portion side inclined portion 35b has a shape extending along the independent exhaust passage side inclined portion 31b, and has an outer shape that forms a substantially truncated cone shape that decreases in diameter toward the downstream centering on the axis x. . Along with this, the flow path area of the slide portion side inclined portion 35b becomes smaller toward the downstream side. As a result, the slide portion 35 cannot slide and displace upstream from the position where the slide portion side inclined portion 35b and the independent exhaust passage side inclined portion 31b contact (contact). Hereinafter, the position of the slide part 62 in a state where they are in contact with each other is referred to as the most upstream position of the slide part 35.

図6および図7に示されるように、スライド部35が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部35bの内周面は各独立排気通路側傾斜部31bの外周面(集約部34の下流端部の外周面)全体と接触し、各開口部31cはスライド部側傾斜部35bの内周面により塞がれる。従って、スライド部35が最上流位置にある状態では、各独立排気通路31を通過した排気は、開口部31cから独立排気通路31の外周側に流出することなくスライド部35内に流入する。   As shown in FIGS. 6 and 7, in the state where the slide portion 35 is at the most upstream position, the inner peripheral surface of the slide portion side inclined portion 35b is the outer peripheral surface of each independent exhaust passage side inclined portion 31b (of the collecting portion 34). Each opening 31c is closed by the inner peripheral surface of the slide portion side inclined portion 35b. Therefore, in a state where the slide portion 35 is in the most upstream position, the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 31 flows into the slide portion 35 without flowing out from the opening portion 31 c to the outer peripheral side of the independent exhaust passage 31.

ここで、スライド部35が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部35bは、独立排気通路31の下流端よりも下流側に延びており、スライド部35の流路面積は独立排気通路31の下流端よりも下流側においても下流ほど小さくなっている。従って、各独立排気通路31を通過した排気は、スライド部側傾斜部35bにおいてもその速度を高められる。   Here, in a state where the slide part 35 is in the most upstream position, the slide part side inclined part 35b extends downstream from the downstream end of the independent exhaust passage 31, and the flow passage area of the slide part 35 is the independent exhaust passage. The downstream side is also smaller on the downstream side than the downstream end of 31. Therefore, the speed of the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 31 can be increased even at the slide portion side inclined portion 35b.

上記のように各独立排気通路31からスライド部35に向けて排気が高速で噴出されると、スライド部35内において、その噴出ガスの周囲には相対的に圧力の低い負圧部が生成される。従って、ある気筒の独立排気通路31からスライド部35に排気が噴出されると、他の独立排気通路31に負圧が作用して、そこから排気が下流側へと吸い出されることになる。これは、エゼクタ効果として知られている。   As described above, when exhaust is ejected from each independent exhaust passage 31 toward the slide portion 35 at a high speed, a negative pressure portion having a relatively low pressure is generated around the ejected gas in the slide portion 35. The Therefore, when exhaust gas is ejected from the independent exhaust passage 31 of a certain cylinder to the slide portion 35, negative pressure acts on the other independent exhaust passage 31, and the exhaust gas is sucked downstream from the negative pressure. This is known as the ejector effect.

一方、図8および図9に示されるように、スライド部35が最上流位置から下流側にスライド変位すると、スライド部側傾斜部35bは独立排気通路側傾斜部31bから下流側に離間する。この状態において、これら傾斜部35b、31c間には通路が区画されるとともに、各開口部31cは開放される。そのため、この状態では、各独立排気通路31を通過した排気の一部は、開口部31cを通って傾斜部35b、31c間の通路(以下、外部通路という場合がある)を通って流下する。すなわち、図9の矢印で示すように、独立排気通路31を流下した排気は、独立排気通路31内の通路に加えてこの外部通路を通過してスライド部35に流入することになり、スライド部35に流入する前に排気が通過する部分の流路面積は大きくなる。   On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, when the slide part 35 is slid to the downstream side from the most upstream position, the slide part side inclined part 35b is separated from the independent exhaust passage side inclined part 31b to the downstream side. In this state, a passage is defined between the inclined portions 35b and 31c, and the openings 31c are opened. Therefore, in this state, a part of the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 31 flows down through the opening 31c and the passage between the inclined portions 35b and 31c (hereinafter sometimes referred to as an external passage). That is, as shown by the arrows in FIG. 9, the exhaust gas flowing down the independent exhaust passage 31 flows into the slide portion 35 through the external passage in addition to the passage in the independent exhaust passage 31. The flow passage area of the portion through which the exhaust passes before flowing into 35 increases.

上記のように流路面積が拡大されると、スライド部35に流入する際の排気の速度は小さく抑えられる。従って、スライド部35が最上流位置から下流側にスライド変位した状態では、スライド部35内に生成される負圧は、スライド部35が最上流位置にあるときよりも小さくなる。外部通路の流路面積はスライド部35の下流側への変位量が大きいほど大きくなる。従って、スライド部35の下流側への変位量が大きいほどスライド部35内に生成される負圧は小さくなる。   When the flow path area is enlarged as described above, the speed of exhaust when flowing into the slide portion 35 is suppressed to a small value. Therefore, in a state where the slide part 35 is slid to the downstream side from the most upstream position, the negative pressure generated in the slide part 35 becomes smaller than when the slide part 35 is in the most upstream position. The flow passage area of the external passage increases as the displacement amount of the slide portion 35 toward the downstream side increases. Therefore, the negative pressure generated in the slide portion 35 decreases as the displacement amount of the slide portion 35 toward the downstream side increases.

このように、当実施形態では、スライド部35が変位することで、スライド部35内に生成される負圧が変更される。   Thus, in this embodiment, the negative pressure produced | generated in the slide part 35 is changed because the slide part 35 displaces.

スライド部35の下流側には、単管状のディフューザー部36が設けられている。ディフューザー部36は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成されている。具体的には、ディフューザー部36の上流端部は略円筒状の外形を有し、この上流端部よりも下流側の部分は軸xを中心とする略円錐台形状の外形を有している。ディフューザー部36の内側には上流からスライド部35の下流端部が挿入されており、スライド部35は、ディフューザー部63によりスライド可能に支持されている。   A single tubular diffuser portion 36 is provided on the downstream side of the slide portion 35. The diffuser portion 36 is configured such that the flow path area increases as it goes downstream. Specifically, the upstream end portion of the diffuser portion 36 has a substantially cylindrical outer shape, and the portion downstream of the upstream end portion has a substantially frustoconical shape centering on the axis x. . A downstream end portion of the slide portion 35 is inserted from the upstream side into the diffuser portion 36, and the slide portion 35 is supported by the diffuser portion 63 so as to be slidable.

上記のように独立排気通路31の下流端部31aおよびスライド部側傾斜部35bにおいて高速とされた排気は、流路面積一定で上下流に延びるスライド部35のストレート部35cおよびディフューザー部36を通過するにつれて減速され、これに伴って排気の圧力は回復する。   As described above, the high-speed exhaust gas in the downstream end portion 31a and the slide portion side inclined portion 35b of the independent exhaust passage 31 passes through the straight portion 35c and the diffuser portion 36 of the slide portion 35 extending upstream and downstream with a constant flow path area. As the engine is decelerated, the exhaust pressure is restored.

上記集約部34、スライド部35およびディフューザー部36は、アウターシェル38の内側にそれぞれ収容されている。すなわち、排気システム30には、これらを収容するアウターシェル38が設けられており、このアウターシェル38から下流側に排気管40が延びている。   The aggregation portion 34, the slide portion 35, and the diffuser portion 36 are accommodated inside the outer shell 38, respectively. That is, the exhaust system 30 is provided with an outer shell 38 that accommodates them, and an exhaust pipe 40 extends downstream from the outer shell 38.

図8に示すように、アウターシェル38のうちスライド部側傾斜部35bの外側を囲む部分は、このスライド部側傾斜部35bと平行に延びており、下流に向かうに従って中心軸x側に傾斜するアウターシェル側傾斜部38aを構成している。図8に示すように、このアウターシェル側傾斜部38aは、スライド部側傾斜部35bが下流側にスライド変位した際にスライド部側傾斜部35bに下流側から当接するように設けられており、スライド部35は、この当接位置よりも下流側には変位することができないようになっている。すなわち、スライド部35は、この当接位置を最下流位置としてこの最下流位置と上記最上流位置との間でのみスライド変位可能となっている。   As shown in FIG. 8, a portion of the outer shell 38 that surrounds the outside of the slide portion side inclined portion 35 b extends in parallel with the slide portion side inclined portion 35 b, and is inclined toward the central axis x as it goes downstream. The outer shell side inclined portion 38a is configured. As shown in FIG. 8, the outer shell side inclined portion 38a is provided so as to come into contact with the slide portion side inclined portion 35b from the downstream side when the slide portion side inclined portion 35b is slid to the downstream side. The slide portion 35 cannot be displaced downstream from the contact position. That is, the slide part 35 can be slidably displaced only between the most downstream position and the most upstream position with the contact position as the most downstream position.

スライド部35は、スライドアクチュエータ(負圧変更手段)39によってスライド変位される。   The slide part 35 is slid and displaced by a slide actuator (negative pressure changing means) 39.

当実施形態では、スライドアクチュエータ39は、ダイアフラム式であり、図10および図11に示すように、ダイアフラム本体39aと、ダイアフラム本体39aから所定の方向に延びてダイアフラム本体39aによってこのダイアフラム本体39aと接離する方向にスライド変位される第1シャフト39bと、第1シャフト39bの先端(反ダイアフラム本体側)に接続されるレバー部39cと、レバー部39cに固定される第2シャフト39dと、第2シャフト39dの先端(反レバー部側)に接続されるとともにスライド部35に接続されるフォーク部39e(図6)とを有している。   In this embodiment, the slide actuator 39 is a diaphragm type. As shown in FIGS. 10 and 11, the slide actuator 39 extends in a predetermined direction from the diaphragm main body 39a and is connected to the diaphragm main body 39a by the diaphragm main body 39a. A first shaft 39b that is slid in the separating direction; a lever portion 39c that is connected to the tip of the first shaft 39b (on the side opposite to the diaphragm main body); a second shaft 39d that is fixed to the lever portion 39c; It has a fork part 39e (FIG. 6) connected to the slide part 35 as well as connected to the tip (on the side opposite to the lever) of the shaft 39d.

さらに、図6に示すように、フォーク部39eは、アウターシェル38の内側に収容されてスライド部35の外側面に取り付けられた半円状のフォーク部本体と、フォーク部本体の中央からアウターシェル38を貫通してアウターシェル38外に延びる接続部とを有し、この接続部において、第2シャフト39dの先端に固定されている。   Further, as shown in FIG. 6, the fork portion 39 e includes a semicircular fork main body housed inside the outer shell 38 and attached to the outer surface of the slide portion 35, and the outer shell from the center of the fork main portion. And a connecting portion that extends out of the outer shell 38 and is fixed to the tip of the second shaft 39d.

このように構成されたスライドアクチュエータ39は、ダイアフラム本体39aによって第1シャフト39bがスライド変位されると、レバー部39cが第2シャフト39dの中心軸が通る部分を支点として搖動し、これに伴い第2シャフト39dがその中心軸を中心として回転し、この第2シャフト39dの回転に伴ってフォーク部39eがその接続部を支点として回動することで、スライド部35をスライド変位させる。例えば、図6に示す状態から第1シャフト39bがスライド変位することで、フォーク部39eが接続部を支点として回動して図8に示す状態となる。   In the slide actuator 39 configured as described above, when the first shaft 39b is slid and displaced by the diaphragm body 39a, the lever portion 39c swings with a portion through which the central axis of the second shaft 39d passes as a fulcrum. The two shafts 39d rotate around the center axis thereof, and the fork portion 39e rotates about the connecting portion as a fulcrum along with the rotation of the second shaft 39d, thereby slidingly displacing the slide portion 35. For example, when the first shaft 39b slides and displaces from the state shown in FIG. 6, the fork portion 39e rotates about the connection portion as a fulcrum and becomes the state shown in FIG.

(3)制御系
次に、図12を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、自動車等の車両に搭載されており、車両に備わるECU(エンジン制御ユニット)60によって制御される。ECU60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であり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
(3) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. The engine of this embodiment is mounted on a vehicle such as an automobile, and is controlled by an ECU (engine control unit) 60 provided in the vehicle. As is well known, the ECU 60 is a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and corresponds to a control unit according to the present invention.

ECU60には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ECU60は、エンジンに設けられたエンジン回転速度センサSW1およびエアフローセンサSW2と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号(エンジン回転数および吸気流量の情報)を受け付ける。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサSW3が設けられており、このアクセル開度センサSW3による検出信号も上記ECU60に入力される。   Information from various sensors is input to the ECU 60. For example, the ECU 60 is electrically connected to an engine speed sensor SW1 and an airflow sensor SW2 provided in the engine, and receives input signals (information on the engine speed and intake flow rate) from these sensors. Further, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SW3 for detecting the opening of an accelerator pedal (not shown) operated by the driver, and a detection signal from the accelerator opening sensor SW3 is also input to the ECU 60. .

ECU60は、各センサ(SW1〜SW3等)からの入力信号に基づ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、ECU60は、インジェクタ10、点火プラグ11、可変機構13a、切替機構14a、排気閉弁時期変更機構14b、スライドアクチュエータ39、スロットル弁25、およびEGR弁52等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。   The ECU 60 controls each part of the engine while performing various calculations based on input signals from the sensors (SW1 to SW3, etc.). That is, the ECU 60 is electrically connected to the injector 10, the spark plug 11, the variable mechanism 13a, the switching mechanism 14a, the exhaust valve closing timing changing mechanism 14b, the slide actuator 39, the throttle valve 25, the EGR valve 52, and the like. Based on the result of the above calculation, a drive control signal is output to each of these devices.

図13は、エンジンの運転中にECU60によって参照される制御マップを概念的に示した図である。この制御マップでは、エンジンの運転領域が第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3の3つに分割されており、このうち、第1運転領域A1はエンジンの最低負荷Tminを含む最も低負荷側の領域に設定され、第3運転領域A3はエンジンの最高負荷Tmaxを含む最も高負荷側の領域に設定されている。そして、第2運転領域A2は、第1運転領域A1と第3運転領域A3との間の領域であってエンジン負荷が第1負荷(基準負荷)T1〜第2負荷T2の間の領域に設定されている。ECU60は、エンジンの運転中、負荷(アクセル開度に基づく要求トルク)およびエンジン回転数の各値から、エンジンが図12のマップ中のどの運転領域で運転されているかを逐次判定し、各運転領域に応じてインジェクタ10等を制御する。なお、当実施形態では、ポンピングロスを小さく抑えるべくスロットル弁25はほぼ常時全開とされている。   FIG. 13 is a diagram conceptually showing a control map referred to by the ECU 60 during operation of the engine. In this control map, the engine operating area is divided into three parts, a first operating area A1, a second operating area A2, and a third operating area A3. Of these, the first operating area A1 is the minimum engine load Tmin. The third operating region A3 is set to the highest load region including the maximum engine load Tmax. The second operation region A2 is a region between the first operation region A1 and the third operation region A3, and the engine load is set to a region between the first load (reference load) T1 and the second load T2. Has been. During operation of the engine, the ECU 60 sequentially determines in which operating region in the map of FIG. 12 the engine is operated from each value of the load (requested torque based on the accelerator opening) and the engine speed, and each operation. The injector 10 and the like are controlled according to the area. In this embodiment, the throttle valve 25 is almost always fully opened in order to keep the pumping loss small.

(4)各運転領域での制御
各運転領域A1、A2、A3での燃焼制御の内容について説明する。当実施形態では、高負荷側の領域に設定された第3運転領域A3では、点火プラグ11からの火花放電による強制点火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させるSI燃焼が実行され、低負荷側の領域に設定された第1運転領域A1および第2運転領域A2では、ピストン4の圧縮作用により混合気を高温、高圧化して圧縮上死点付近で自己着火させるCI燃焼が実行される。
(4) Control in each operation region The contents of the combustion control in each operation region A1, A2, A3 will be described. In the present embodiment, in the third operation region A3 set in the region on the high load side, SI combustion is performed in which the air-fuel mixture is burned by flame propagation triggered by the forced ignition by the spark discharge from the spark plug 11, and the low load In the first operation region A1 and the second operation region A2 set in the region on the side, CI combustion is performed in which the air-fuel mixture is heated to a high temperature and pressure by the compression action of the piston 4 and self-ignition is performed near the compression top dead center.

図14は、横軸をエンジン負荷として、エンジン負荷の変化に応じて筒内のガス成分がどのように変化するか、また、CI燃焼が実施される第1、第2運転領域A1、A2においてエンジン負荷の変化に応じて各種制御パラメータがどのように変化するのかを示した図である。   FIG. 14 shows how the gas component in the cylinder changes according to a change in the engine load with the horizontal axis as the engine load, and in the first and second operation regions A1 and A2 where the CI combustion is performed. It is the figure which showed how various control parameters change according to the change of an engine load.

(4−1)第1運転領域A1
第1運転領域A1では、上記のようにCI燃焼が実施される。しかし、第1運転領域A1は、エンジン負荷が低く筒内の温度が上昇しにくい領域である。そのため、この領域A1では、混合気の自己着火が適正に行われるように筒内の温度を高める必要がある。
(4-1) First operation region A1
In the first operation region A1, CI combustion is performed as described above. However, the first operation region A1 is a region in which the engine load is low and the temperature in the cylinder hardly rises. For this reason, in this region A1, it is necessary to increase the temperature in the cylinder so that the self-ignition of the air-fuel mixture is properly performed.

そこで、第1運転領域A1では、高温の内部EGRガスを筒内に多量に導入するとともに、外部EGRを停止して比較的低温の外部EGRガスの筒内への導入を禁止する。   Therefore, in the first operation region A1, a large amount of high-temperature internal EGR gas is introduced into the cylinder, and the external EGR is stopped to prohibit introduction of relatively low-temperature external EGR gas into the cylinder.

具体的には、第1運転領域A1では、排気弁9の開閉モードが内部EGRモードとされて、排気ポート7から筒内に排気を逆流させる内部EGRが実施される。また、図14に示すように、第1運転領域A1では、EGR弁52が閉弁されて、外部EGRが停止される。   Specifically, in the first operation region A1, the open / close mode of the exhaust valve 9 is set to the internal EGR mode, and the internal EGR for causing the exhaust gas to flow backward from the exhaust port 7 into the cylinder is performed. Further, as shown in FIG. 14, in the first operation region A1, the EGR valve 52 is closed and the external EGR is stopped.

さらに、第1運転領域A1では、多量の内部EGRガスを確保するために、スライド部35が最下流位置とされてスライド部35に生じる負圧が最も小さくされる。すなわち、スライド部35に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート7内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気が排気ポート7から筒内へ逆流しにくくなる。そこで、第1運転領域A1では、上記のように、スライド部35を最下流位置として、スライド部35に生じる負圧および筒内への排気の逆流量すなわち内部EGRガス量を多く確保する。   Further, in the first operation region A1, in order to secure a large amount of internal EGR gas, the slide portion 35 is set to the most downstream position, and the negative pressure generated in the slide portion 35 is minimized. That is, if the negative pressure generated in the slide portion 35 is large, the force for sucking the gas in the cylinder and the exhaust port 7 to the downstream side becomes large, and the exhaust does not easily flow backward from the exhaust port 7 into the cylinder. Therefore, in the first operation region A1, as described above, the slide portion 35 is set as the most downstream position, and a large amount of negative pressure generated in the slide portion 35 and a reverse flow rate of exhaust into the cylinder, that is, an internal EGR gas amount are secured.

このように、第1運転領域A1では外部EGRを停止する一方多量の内部EGRガスを筒内に導入する。   As described above, in the first operation region A1, the external EGR is stopped while a large amount of the internal EGR gas is introduced into the cylinder.

ただし、第1運転領域A1であってもエンジン負荷が高く燃焼によって筒内の温度がある程度高められる場合には、過剰に大量の内部EGRガスを導入すると過早着火等の異常燃焼が生じるおそれがある。すなわち、筒内の温度が高くなり過ぎて混合気が所望の着火時期(例えば、最大トルクが得られる時期)よりも早い時期に着火してしまうおそれがある。また、燃焼速度が高くなって、燃焼騒音が増大するおそれがある。   However, even in the first operation region A1, if the engine load is high and the temperature in the cylinder is raised to some extent by combustion, abnormal combustion such as pre-ignition may occur if an excessive amount of internal EGR gas is introduced. is there. That is, the temperature in the cylinder becomes too high, and the air-fuel mixture may ignite at a time earlier than a desired ignition time (for example, a time when the maximum torque can be obtained). In addition, the combustion speed increases, and combustion noise may increase.

そこで、当実施形態では、第1運転領域A1のうち負荷が低くCI燃焼の実現が最も困難な領域(図12における負荷T0以下の領域)では、内部EGR率(筒内の全ガス量のうち内部EGRガスが占める割合)を最大として筒内の温度を確実に高める一方、第1運転領域A1のうち負荷が高く燃焼安定性がある程度確保される領域(負荷T0〜T1の領域)では、エンジン負荷が増大するほど内部EGR率を減少させていく。   Therefore, in the present embodiment, the internal EGR rate (out of the total gas amount in the cylinder) in the first operation region A1 in the region where the load is low and the realization of CI combustion is most difficult (the region below the load T0 in FIG. 12). In the first operating region A1, in the region where the load is high and the combustion stability is secured to some extent (the region of loads T0 to T1), the engine is reliably increased by maximizing the ratio of the internal EGR gas). The internal EGR rate is decreased as the load increases.

具体的には、第1運転領域A1のうち負荷T0以下では、エンジン負荷によらず排気閉弁時期EVCを最遅角時期として、吸気行程中に排気弁9が開弁している期間を最大とする。そして、これにより、吸気行程中に排気弁9を通って排気ポート7から筒内に逆流する内部EGRガス量を最大とする。一方、エンジン負荷T0以上では、エンジン負荷が増大するほど、排気弁9の閉弁時期EVCを進角側に変更して吸気行程中における排気弁9の開弁期間を小さくしていき、吸気行程中に筒内に逆流する内部EGRガス量を少なくする。   Specifically, when the load T0 or less in the first operating region A1, the exhaust valve closing timing EVC is set as the most retarded timing regardless of the engine load, and the period during which the exhaust valve 9 is opened during the intake stroke is maximized. And This maximizes the amount of internal EGR gas that flows back from the exhaust port 7 into the cylinder through the exhaust valve 9 during the intake stroke. On the other hand, at an engine load T0 or higher, as the engine load increases, the valve closing timing EVC of the exhaust valve 9 is changed to the advance side to shorten the valve opening period of the exhaust valve 9 during the intake stroke. Reduce the amount of internal EGR gas that flows back into the cylinder.

このように、エンジン負荷T0以上では、エンジン負荷が増大するほど内部EGR率を減少させることで、筒内の温度が過剰に高くなることが回避されるとともに、エンジン負荷の増大に合わせて新気量が増大され、エンジン負荷に合った新気量が確保される。   In this way, at an engine load T0 or higher, the internal EGR rate is decreased as the engine load increases, so that the temperature in the cylinder is prevented from becoming excessively high, and fresh air is adjusted in accordance with the increase in the engine load. The amount is increased, and a fresh air amount that matches the engine load is secured.

なお、当実施形態では、熱効率を高めるべく、また、RawNOx(触媒で浄化されるまえのNOx)の生成を抑制するべく、第1運転領域A1では、均質リーンCI燃焼を実施しており、吸気行程中の所定時期に比較的少量の燃料を噴射するとともに、混合気の空気過剰率λが1以上(例えば2.4以上)とされる。当実施形態では、第1運転領域A1では、ポンピングロスを抑えるべくスロットル弁は全開としており、混合気がリーンとなる範囲で内部EGR率が上記のように制御される。   In the present embodiment, homogeneous lean CI combustion is performed in the first operation region A1 in order to increase the thermal efficiency and to suppress the generation of RawNOx (NOx before being purified by the catalyst), and the intake air A relatively small amount of fuel is injected at a predetermined time during the stroke, and the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is set to 1 or more (for example, 2.4 or more). In the present embodiment, in the first operation region A1, the throttle valve is fully opened to suppress the pumping loss, and the internal EGR rate is controlled as described above in a range where the air-fuel mixture becomes lean.

(4−2)第2運転領域A2
第2運転領域A2においても、CI燃焼が実施される。ただし、第2運転領域A2は、エンジン負荷が比較的高く燃焼によって筒内の温度が高くなりやすい領域である。そのため、この領域A2では、第1運転領域A1と異なり、過早着火等の異常燃焼や燃焼騒音の増大が生じるのを回避するために、筒内の温度を低く抑える必要がある。特に、当実施形態では、第2運転領域A2が、エンジン負荷が高く(筒内に噴射される燃料量が多く)燃料周囲の混合気がリッチ(空気過剰率が小さく)になって過早着火等が生じやすい領域であって、圧縮端温度(圧縮上死点での温度)すなわち燃焼開始前の温度(なお、燃焼開始が圧縮上死点よりも前である場合には、仮に燃焼が開始していないとしたときの圧縮上死点での温度)を第1運転領域A1よりも低く抑える必要のある領域に設定されている。そのため、第2運転領域A2では、確実に筒内の温度を低く抑える必要がある。
(4-2) Second operation region A2
CI combustion is also performed in the second operation region A2. However, the second operation region A2 is a region where the engine load is relatively high and the temperature in the cylinder tends to increase due to combustion. Therefore, in this region A2, unlike the first operation region A1, in order to avoid abnormal combustion such as pre-ignition and increase in combustion noise, it is necessary to keep the temperature in the cylinder low. In particular, in the present embodiment, the second operating region A2 is prematurely ignited because the engine load is high (the amount of fuel injected into the cylinder is large) and the air-fuel mixture around the fuel becomes rich (the excess air ratio is small). The compression end temperature (temperature at the compression top dead center), that is, the temperature before the start of combustion (if the combustion start is before the compression top dead center, the combustion starts temporarily) The temperature at the compression top dead center when not being set) is set to a region that needs to be kept lower than the first operation region A1. Therefore, in the second operation region A2, it is necessary to reliably keep the temperature in the cylinder low.

そこで、第2運転領域A2では、内部EGR率を小さくするとともに、外部EGRを実施する。すなわち、第2運転領域A2では、比較的高温の内部EGRガスを減少させることで圧縮開始前の筒内の温度を低下させ、これにより圧縮端温度を低下させる。また、比較的低温の外部EGRガスを導入することで、EGRガスによる筒内のガス温度の上昇を抑制しつつトータルのEGRガス(内部EGRガスと外部EGRガスとからなるガス)量すなわち比熱比が高い不活性ガス量を確保し、これにより圧縮端温度を低く抑えるとともに燃焼温度を低く抑える。ここで、燃焼温度が低下すれば排気の温度が低下して、EGRガスの温度、特に、内部EGRガスの温度が低下するため、これによって、圧縮開始前の筒内の温度ひいては圧縮端温度はさらに低下する。   Therefore, in the second operation region A2, the internal EGR rate is reduced and the external EGR is performed. That is, in the second operation region A2, the temperature in the cylinder before the start of compression is lowered by reducing the relatively high temperature internal EGR gas, thereby lowering the compression end temperature. In addition, by introducing a relatively low temperature external EGR gas, the total amount of EGR gas (a gas composed of the internal EGR gas and the external EGR gas), that is, the specific heat ratio is suppressed while suppressing an increase in the gas temperature in the cylinder due to the EGR gas. Ensures a high amount of inert gas, thereby lowering the compression end temperature and lowering the combustion temperature. Here, if the combustion temperature decreases, the temperature of the exhaust gas decreases and the temperature of the EGR gas, particularly the temperature of the internal EGR gas, decreases. Further decrease.

具体的には、第2運転領域A2においても、排気弁9の開閉モードは内部EGRモードとされて、排気ポート7から筒内への排気の逆流が行われる。一方、第2運転領域A2では、これに加えて、EGR弁52が開弁されて、低温の外部EGRガスが筒内に導入される。   Specifically, also in the second operation region A2, the open / close mode of the exhaust valve 9 is set to the internal EGR mode, and the backflow of exhaust from the exhaust port 7 into the cylinder is performed. On the other hand, in the second operation region A2, in addition to this, the EGR valve 52 is opened, and low-temperature external EGR gas is introduced into the cylinder.

また、第2運転領域A2では、外部EGRガスを多く確保するとともに内部EGRガス量を確実に低減するために、スライド部35が最下流位置よりも上流側の位置とされてスライド部35に生じる負圧が第1運転領域A1よりも増大される。すなわち、上記のように、スライド部35に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート7内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気流量が多くなる。従って、上記負圧を大きくすれば、EGR通路51に流入する外部EGRガスの量も多くなる。また、排気が排気ポート7から筒内へ逆流しにくくなり、内部EGRガスの量が少なくなる。   Further, in the second operation region A2, in order to ensure a large amount of external EGR gas and to reliably reduce the amount of internal EGR gas, the slide portion 35 is set at a position upstream of the most downstream position and is generated in the slide portion 35. The negative pressure is increased from the first operation region A1. That is, as described above, when the negative pressure generated in the slide portion 35 is large, the force for sucking the gas in the cylinder and the exhaust port 7 to the downstream side increases, and the exhaust flow rate increases. Therefore, if the negative pressure is increased, the amount of external EGR gas flowing into the EGR passage 51 also increases. Further, it becomes difficult for exhaust to flow backward from the exhaust port 7 into the cylinder, and the amount of internal EGR gas is reduced.

特に、当実施形態では、上記のように、内部EGRモードの開閉時において排気弁9の開弁期間と吸気弁8の開弁期間とがオーバーラップしている。そのため、気筒の掃気性を高めて筒内および排気ポート7から下流に排出される排気の量を多くすることができ、よりすみやかに外部EGRガスの還流量の増大および内部EGRガス量の減少を実現することができる。   In particular, in the present embodiment, as described above, the opening period of the exhaust valve 9 and the opening period of the intake valve 8 overlap when the internal EGR mode is opened and closed. As a result, the scavenging performance of the cylinder can be increased to increase the amount of exhaust discharged from the cylinder and downstream from the exhaust port 7, and the recirculation amount of the external EGR gas and the internal EGR gas amount can be reduced more quickly. Can be realized.

第2運転領域A2内の詳細な制御内容について次に説明する。   Next, detailed control contents in the second operation area A2 will be described.

図14に示すように、第2運転領域A2のうち低負荷側の領域、具体的には、第2運転領域A2のうちエンジン負荷が第1負荷T1から特定負荷T3までの間の特定領域A2_aでは、エンジン負荷の増大に伴って外部EGR率(筒内の全ガス量のうち外部EGRガスが占める割合)が0から所定量まで徐々に増大されるとともに、エンジン負荷の増大に伴って内部EGR率が徐々に低減される。さらに、この領域A2_aでは、外部EGR率と内部EGR率とを合わせたトータルのEGR率が、エンジン負荷の増大に伴って徐々に増大される。   As shown in FIG. 14, a low load side region in the second operation region A2, specifically, a specific region A2_a between the first load T1 and the specific load T3 in the second operation region A2. Then, as the engine load increases, the external EGR rate (the ratio of the external EGR gas to the total gas amount in the cylinder) gradually increases from 0 to a predetermined amount, and the internal EGR increases as the engine load increases. The rate is gradually reduced. Further, in this region A2_a, the total EGR rate that combines the external EGR rate and the internal EGR rate is gradually increased as the engine load increases.

当実施形態では、内部EGR率を、第1運転領域A1の最低内部EGR率すなわち第1運転領域A1の最大負荷T1における内部EGR率E1から徐々に低減するとともに、その低減割合(エンジン負荷の増加量に対する内部EGR率の低下量)を第1運転領域A1の高負荷側の領域(負荷T0〜T1)とほぼ同じ割合とする。すなわち、当実施形態では、負荷T0〜T3までの間において、エンジン負荷の増大に伴って連続して一定の割合で内部EGR率が低減するようにする。   In the present embodiment, the internal EGR rate is gradually reduced from the minimum internal EGR rate in the first operating region A1, that is, the internal EGR rate E1 at the maximum load T1 in the first operating region A1, and the reduction rate (increase in engine load). The amount of decrease in the internal EGR rate with respect to the amount) is set to substantially the same ratio as the high load side region (loads T0 to T1) of the first operation region A1. That is, in this embodiment, the internal EGR rate is continuously reduced at a constant rate as the engine load increases between the loads T0 and T3.

そして、外部EGR率を、この内部EGR率の低下量よりも多い割合でエンジン負荷の増大に伴って増大し、これにより、トータルのEGR率をエンジン負荷の増大に伴って増大する。   Then, the external EGR rate is increased with an increase in engine load at a rate larger than the amount of decrease in the internal EGR rate, thereby increasing the total EGR rate with an increase in engine load.

具体的には、特定領域A2_aでは、EGR弁52の開度をエンジン負荷の増大に合わせて全閉から全開に徐々に増大するとともに、スライド部35の位置をエンジン負荷の増大に合わせて最下流位置から最上流位置に向けて徐々に変更し、これにより、エンジン負荷の増大に伴って外部EGR量を徐々に増大されつつ内部EGRガスの導入を抑制する。   Specifically, in the specific region A2_a, the opening degree of the EGR valve 52 is gradually increased from fully closed to fully opened in accordance with an increase in engine load, and the position of the slide portion 35 is most downstream in accordance with an increase in engine load. The position is gradually changed from the position toward the most upstream position, thereby suppressing the introduction of the internal EGR gas while gradually increasing the external EGR amount as the engine load increases.

また、排気閉弁時期EVCをエンジン負荷の増大に伴って徐々に進角側に変更し、これにより、内部EGRガス量を徐々に低減していく。   Further, the exhaust valve closing timing EVC is gradually changed to the advance side as the engine load increases, whereby the internal EGR gas amount is gradually reduced.

ここで、上記のように、スライド部35の位置が上流側に変更されてスライド部35に生じる負圧が多くなると内部EGRガスが筒内に導入されにくくなる。そのため、特定領域A2_aでは、上記のようにスライド部35が上流側に変更されることで内部EGRガスの筒内への導入が抑制されており、内部EGRガスを低減するための排気閉弁時期EVCの進角量は少なくてよい。従って、図14に示すように、特定領域A2_aにおける、排気閉弁時期EVCのエンジン負荷に対する進角量は、第1運転領域A1の高負荷側における排気閉弁時期EVCの進角量よりも小さくされる。   Here, as described above, when the position of the slide portion 35 is changed to the upstream side and the negative pressure generated in the slide portion 35 increases, the internal EGR gas is hardly introduced into the cylinder. Therefore, in the specific region A2_a, the introduction of the internal EGR gas into the cylinder is suppressed by changing the slide portion 35 to the upstream side as described above, and the exhaust valve closing timing for reducing the internal EGR gas. The advance amount of EVC may be small. Therefore, as shown in FIG. 14, the advance amount of the exhaust valve closing timing EVC with respect to the engine load in the specific region A2_a is smaller than the advance amount of the exhaust valve closing timing EVC on the high load side of the first operation region A1. Is done.

一方、第2運転領域A2のうち特定領域A2_aよりも高負荷側の領域すなわちエンジン負荷が特定負荷T3から第2負荷T2までの領域では、エンジン負荷によらず外部EGR率をほぼ一定に保ちつつ、内部EGR率をエンジン負荷の増大に伴って徐々に低減していく。これに伴い、この領域では、トータルのEGR率はエンジン負荷の増大に伴って徐々に減少していき、新気量がエンジン負荷の増大に伴って増大され、エンジン負荷に応じた新気量が確保される。   On the other hand, in the second operation region A2, the region on the higher load side than the specific region A2_a, that is, the region where the engine load is from the specific load T3 to the second load T2, the external EGR rate is kept almost constant regardless of the engine load. The internal EGR rate is gradually decreased as the engine load increases. Accordingly, in this region, the total EGR rate gradually decreases as the engine load increases, the fresh air amount increases as the engine load increases, and the new air amount corresponding to the engine load increases. Secured.

当実施形態では、内部EGR率を、特定負荷T3における内部EGR率E2から徐々に低減するとともに、その低減割合を特定領域A2_aにおける割合とほぼ同じとする。すなわち、当実施形態では、負荷T0〜T2の領域でエンジン負荷の増大に伴って連続して一定の割合で内部EGR率が低減するようにする。   In the present embodiment, the internal EGR rate is gradually reduced from the internal EGR rate E2 at the specific load T3, and the reduction rate is substantially the same as the rate in the specific region A2_a. That is, in the present embodiment, the internal EGR rate is continuously reduced at a constant rate as the engine load increases in the region of loads T0 to T2.

具体的には、この領域では、EGR弁52の開度を全開に維持するとともに、スライド部35の位置を最上流位置に維持して、外部EGR率をほぼ一定に維持する。また、排気閉弁時期EVCをエンジン負荷の増大に伴って徐々に進角側に変更し、これにより、内部EGRガス量を徐々に低減していく。   Specifically, in this region, the opening degree of the EGR valve 52 is maintained fully open, and the position of the slide portion 35 is maintained at the most upstream position so that the external EGR rate is maintained substantially constant. Further, the exhaust valve closing timing EVC is gradually changed to the advance side as the engine load increases, whereby the internal EGR gas amount is gradually reduced.

ここで、上記特定領域A2_aと同様に、この領域でも、排気閉弁時期EVCのエンジン負荷に対する進角量は、第1運転領域A1の高負荷側における排気閉弁時期EVCの進角量よりも小さくされる。   Here, similarly to the specific region A2_a, in this region, the advance amount of the exhaust valve closing timing EVC with respect to the engine load is larger than the advance amount of the exhaust valve closing timing EVC on the high load side of the first operation region A1. It is made smaller.

このように、当実施形態では、CI燃焼が実施される第1運転領域A1と第2運転領域A2とを含む特定の運転領域において、内部EGR率をエンジン負荷の増大に伴って徐々に低減する。一方、トータルのEGR率は、第1運転領域A1と第2運転領域A2の全体においてエンジン負荷に応じて連続して変化させるが、第1負荷T1まではエンジン負荷が増大するほど小さくし、第1負荷T1から第2負荷T2において一旦上昇させる。そして、第2負荷以降、再びエンジン負荷の増大に伴って減少させる。   As described above, in the present embodiment, the internal EGR rate is gradually reduced as the engine load increases in a specific operation region including the first operation region A1 and the second operation region A2 in which the CI combustion is performed. . On the other hand, the total EGR rate is continuously changed in accordance with the engine load in the entire first operation region A1 and the second operation region A2, but decreases as the engine load increases up to the first load T1, The load is temporarily increased from the first load T1 to the second load T2. Then, after the second load, the engine load is decreased again as the engine load increases.

なお、当実施形態では、第2運転領域A2のうち特定領域A2_aでは、第1運転領域A1と同様に、均質リーンCI燃焼を実施する一方、これよりも高負荷側の領域では、空気過剰率λを1にするとともに、この均質リーンCI燃焼実施時よりも遅いタイミング、例えば圧縮行程中の所定時期に燃料を噴射させて圧縮自己着火燃焼を行わせる。このように、燃料噴射のタイミングを遅らせるのは、異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるのをより確実に回避するためである。   In the present embodiment, in the specific region A2_a in the second operation region A2, the homogeneous lean CI combustion is performed in the same manner as in the first operation region A1, while in the region on the higher load side than this, the excess air ratio While λ is set to 1, the fuel is injected at a timing later than the time when the homogeneous lean CI combustion is performed, for example, at a predetermined timing in the compression stroke, so that the compression self-ignition combustion is performed. Thus, the reason for delaying the timing of fuel injection is to more reliably avoid the occurrence of abnormal combustion and excessive combustion noise.

(4−3)第3運転領域A3
第3運転領域A3では、上記のように、SI燃焼が実施される。例えば、この領域A3では、混合気の空気過剰率λが1にされるとともに、圧縮行程の後期のような比較的遅いタイミングでインジェクタ10から燃料が噴射され、この燃料噴射の後に点火プラグ11に火花点火が行われて、これにより、圧縮上死点を少し過ぎたタイミング(膨張行程の初期)から火炎伝播により混合気が燃焼する。
(4-3) Third operation region A3
In the third operation region A3, SI combustion is performed as described above. For example, in this region A3, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is set to 1, and fuel is injected from the injector 10 at a relatively late timing such as the latter stage of the compression stroke, and after this fuel injection to the spark plug 11 Spark ignition is performed, whereby the air-fuel mixture is combusted by flame propagation from the timing slightly past the compression top dead center (the initial stage of the expansion stroke).

なお、吸気弁8は、新気量等に応じて可変機構13aによってその開閉時期が変更される。例えば、CI燃焼が実施される第1、第2運転領域A1、A2では、吸気弁8の閉弁時期は比較的進角側とされ、SI燃焼が実施される第3運転領域A3では、吸気弁8の閉弁時期は遅角側とされ開弁期間が長くされる。   The opening / closing timing of the intake valve 8 is changed by the variable mechanism 13a in accordance with the amount of fresh air. For example, in the first and second operation regions A1 and A2 where the CI combustion is performed, the closing timing of the intake valve 8 is relatively advanced, and in the third operation region A3 where the SI combustion is performed, the intake air The valve closing timing of the valve 8 is retarded, and the valve opening period is lengthened.

(5)作用等
以上のように、当実施形態に係るエンジンでは、相対的に負荷が低く筒内の温度が低くなりやすい第1運転領域A1において、排気弁が内部EGRモードで駆動されて排気ポートから筒内に高温の内部EGRガスが逆流されるとともに外部EGRガスが停止される。そのため、筒内の温度を混合気の自己着火が可能な適切な温度にして、適正なCI燃焼を実現することができる。特に、第1運転領域A1において、スライド部35が最下流位置とされて、スライド部35に発生する負圧が小さく抑えられている。そのため、排気ポート7から筒内に逆流する内部EGRガス量を多く確保することができ、燃焼安定性を高めることができる。
(5) Operation, etc. As described above, in the engine according to this embodiment, the exhaust valve is driven in the internal EGR mode in the first operation region A1 where the load is relatively low and the temperature in the cylinder tends to be low. The hot internal EGR gas flows backward from the port into the cylinder and the external EGR gas is stopped. Therefore, appropriate CI combustion can be realized by setting the temperature in the cylinder to an appropriate temperature at which the air-fuel mixture can self-ignite. In particular, in the first operation region A1, the slide part 35 is at the most downstream position, and the negative pressure generated in the slide part 35 is kept small. Therefore, a large amount of internal EGR gas that flows backward from the exhaust port 7 into the cylinder can be secured, and combustion stability can be improved.

一方、第1運転領域A1よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第2運転領域A2では、外部EGRが実施されて温度の低い外部EGRガスが筒内に導入される。そのため、筒内の温度を適切に低く抑えることができ、過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大を抑制することができる。   On the other hand, in the second operation region A2 where the engine load is higher than in the first operation region A1 and the temperature in the cylinder tends to be high, external EGR is performed and external EGR gas having a low temperature is introduced into the cylinder. Therefore, the temperature in the cylinder can be appropriately reduced, and the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition and the increase in combustion noise can be suppressed.

特に、当実施形態では、第2運転領域A2において、スライド部35が最下流位置よりも上流側の位置とされて、スライド部35に生じる負圧が大きくされる。そのため、この第2運転領域A2において、排気流量を高めて外部EGRガスを確実に筒内へ還流することができるとともに高温の内部EGRガスの筒内への逆流量を少なく抑えることができ、筒内の温度が過剰に高くなるのをより確実に回避することができる。   In particular, in the present embodiment, in the second operation region A2, the slide portion 35 is positioned upstream of the most downstream position, and the negative pressure generated in the slide portion 35 is increased. Therefore, in the second operation region A2, the exhaust flow rate can be increased to reliably recirculate the external EGR gas into the cylinder, and the reverse flow rate of the high-temperature internal EGR gas into the cylinder can be suppressed to a low level. It can be avoided more reliably that the temperature inside becomes excessively high.

しかも、当実施形態では、第2運転領域A2において、排気弁9の開弁期間と吸気弁8の開弁期間とがオーバーラップされて気筒の掃気性が高められているため、排気流量ひいては外部EGRガスの還流量をより確実に高めることができる。   In addition, in the present embodiment, in the second operation region A2, the valve opening period of the exhaust valve 9 and the valve opening period of the intake valve 8 are overlapped to improve the scavenging performance of the cylinder. The recirculation amount of the EGR gas can be increased more reliably.

また、当実施形態では、基本的に、エンジン負荷の増大に伴ってトータルEGR率が減少される一方、第1運転領域A1と第2運転領域A2との特定領域A2_aにおいて一旦エンジン負荷の増大に合わせてトータルEGR率が増大される。そのため、エンジン負荷の増大に合わせて新気量を増大させつつ、特定領域A2_aを含む第2運転領域A2においてトータルのEGRガス量すなわち比熱比の高い不活性ガスを比較的多くすることができ、第2運転領域A2において筒内の温度が過剰に高くなるのを回避することができる。   In the present embodiment, basically, the total EGR rate decreases as the engine load increases, but the engine load temporarily increases once in the specific region A2_a between the first operation region A1 and the second operation region A2. In addition, the total EGR rate is increased. Therefore, it is possible to relatively increase the total EGR gas amount, that is, the inert gas having a high specific heat ratio in the second operation region A2 including the specific region A2_a, while increasing the fresh air amount in accordance with the increase in engine load. It is possible to avoid an excessive increase in the temperature in the cylinder in the second operation region A2.

特に、特定領域A2_aでは、エンジン負荷の増大に伴って内部EGR率が小さくされながらトータルEGR率が大きくされることで、内部EGRガス量を減らしつつ比熱比の高いEGRガス量の減少を抑制することができる。そのため、第1運転領域A1から第2運転領域A2への切り替え時に異常燃焼が発生することおよび燃焼騒音が増大するのをより確実に回避することができる。   In particular, in the specific region A2_a, the total EGR rate is increased while the internal EGR rate is reduced as the engine load increases, thereby suppressing the decrease in the EGR gas amount having a high specific heat ratio while reducing the internal EGR gas amount. be able to. Therefore, it is possible to more reliably avoid abnormal combustion and increase in combustion noise when switching from the first operation region A1 to the second operation region A2.

また、この特定領域A2_aにおいて、スライド部35がエンジン負荷の増大に合わせて徐々に上流側に変位されて、第1運転領域A1から第2運転領域A2への切替時に外部EGRガスの筒内への還流量が徐々に増大されるように構成されているため、これら領域間での外部EGRガス量(率)の変更を円滑に行うことができる。   Further, in this specific region A2_a, the slide portion 35 is gradually displaced upstream as the engine load increases, and the external EGR gas enters the cylinder when switching from the first operation region A1 to the second operation region A2. Therefore, the external EGR gas amount (rate) can be changed smoothly between these regions.

また、当実施形態では、第1運転領域A1と第2運転領域A2の全体においてエンジン負荷が増大するほど内部EGR率が小さくなるよう構成されており、エンジン負荷に合った新気量を確保することができる。そして、上記のように、第2運転領域A2では、スライド部35が上流側の位置とされて負圧が増大され、これに伴って内部EGRガスの筒内への逆流が抑制されることに伴い、内部EGR率をエンジン負荷の増大に合わせて低下させるために必要な排気弁9の閉弁時期EVCの進角量を小さく抑えることができる。従って、当実施形態では、排気弁9の応答性を高めることも可能となる。   In the present embodiment, the internal EGR rate is configured to decrease as the engine load increases in the entire first operation region A1 and second operation region A2, thereby ensuring a fresh air amount that matches the engine load. be able to. As described above, in the second operation region A2, the slide portion 35 is set to the upstream position and the negative pressure is increased, and accordingly, the backflow of the internal EGR gas into the cylinder is suppressed. Accordingly, the advance amount of the valve closing timing EVC of the exhaust valve 9 necessary for decreasing the internal EGR rate in accordance with the increase of the engine load can be suppressed. Therefore, in this embodiment, the responsiveness of the exhaust valve 9 can be improved.

(6)変形例
上記実施形態では、各独立排気通路31を上記のように構成するとともにこれらに対して上下流方向に変位するスライド部35を設け、各独立排気通路31から排出された排気が集合する排気集合部(スライド部35)に負圧が生成されるように、また、このスライド部35の変位によって排気集合部(スライド部35)に生じる負圧が変更されるようにした場合について説明したが、上記負圧を生成するための具体的構成およびこの負圧を変更するための具体的構成はこれに限らない。
(6) Modifications In the above embodiment, the individual exhaust passages 31 are configured as described above, and the slide portions 35 that are displaced in the upstream and downstream directions are provided. A case where a negative pressure is generated in the exhaust collecting portion (slide portion 35) to be collected, and a negative pressure generated in the exhaust collecting portion (slide portion 35) is changed by the displacement of the slide portion 35. Although described, the specific configuration for generating the negative pressure and the specific configuration for changing the negative pressure are not limited thereto.

例えば、各独立排気通路31の下流側に固定式の通路およびこの通路の流路面積を変更可能なバルブ等を設け、このバルブ等によって流路面積を絞ることで負圧を発生させるとともに、この流路面積の絞り量を変更することで負圧を変更させてもよい。   For example, a fixed passage and a valve capable of changing the flow passage area of the passage are provided on the downstream side of each independent exhaust passage 31, and the negative pressure is generated by narrowing the flow passage area by the valve. The negative pressure may be changed by changing the throttle amount of the channel area.

また、スライド部35を変位させるためのスライドアクチュエータ39の具体的構成は上記に限らない。   The specific configuration of the slide actuator 39 for displacing the slide portion 35 is not limited to the above.

また、上記実施形態では、4つの気筒2A,2B,2C,2Dの各排気ポート7からそれぞれ個別に独立排気通路31が延びる場合について説明したが、排気順序が連続しない気筒については、これら気筒の排気ポート7からそれぞれ延びる独立排気通路を下流側において一本の通路にまとめてもよい。例えば、4気筒エンジンにおいて、上流側が二股に分岐した独立排気通路を用意し、この独立排気通路の2つの上流端を排気順序が連続しない2番気筒2Bの排気ポートおよび3番気筒2Cに接続させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the independent exhaust passages 31 individually extend from the exhaust ports 7 of the four cylinders 2A, 2B, 2C, and 2D has been described. The independent exhaust passages extending from the exhaust port 7 may be combined into a single passage on the downstream side. For example, in a four-cylinder engine, an independent exhaust passage that is bifurcated on the upstream side is prepared, and the two upstream ends of the independent exhaust passage are connected to the exhaust port of the second cylinder 2B and the third cylinder 2C where the exhaust order is not continuous. You may do it.

また、エンジン負荷に対する内部EGR率、外部EGR率、トータルEGR率の変化は上記に限らない。   Further, changes in the internal EGR rate, the external EGR rate, and the total EGR rate with respect to the engine load are not limited to the above.

1 エンジン本体
2A〜2D 気筒
7 排気ポート
9 排気弁
14 動弁機構(排気弁駆動機構)
20 吸気通路
30 排気システム
31 独立排気通路
34 集約部
35 スライド部(排気集合部)
39 スライドアクチュエータ(負圧変更手段)
50 外部EGR装置(外部EGR手段)
60 ECU(制御手段)
A1 第1運転領域
A2 第2運転領域
1 Engine Body 2A-2D Cylinder 7 Exhaust Port 9 Exhaust Valve 14 Valve Mechanism (Exhaust Valve Drive Mechanism)
20 Intake passage 30 Exhaust system 31 Independent exhaust passage 34 Concentration portion 35 Slide portion (exhaust collecting portion)
39 Slide actuator (negative pressure changing means)
50 External EGR device (external EGR means)
60 ECU (control means)
A1 1st operation area A2 2nd operation area

Claims (7)

複数の気筒とこれら気筒内に空気を導入するための吸気通路とを有し、少なくとも一部の運転領域にてガソリンを含む燃料と空気との混合気が圧縮自己着火燃焼される圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、
上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、
上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、
各気筒の排気弁を駆動する排気弁駆動機構と
各気筒から排出された排気を外部EGRガスとして上記吸気通路を介して各気筒内に還流する外部EGR手段と、
上記負圧変更手段を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気ポートに一旦排出された排気が内部EGRガスとして各気筒内に逆流するように各気筒の排気弁を排気行程に加えて吸気行程でも開弁する内部EGRモードで開閉可能であり、
上記制御手段は、
上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち所定の基準負荷よりもエンジン負荷の低い第1運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部EGRモードで開閉させるとともに上記外部EGRガスの各気筒内への還流が停止されるように上記外部EGR手段を制御し、
上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち上記基準負荷よりもエンジン負荷の高い第2運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部EGRモードで開閉させ、かつ、上記外部EGRガスが各気筒内に還流されるとともに上記排気集合部内の負圧が上記第1運転領域のときよりも大きくなるように上記外部EGR手段および上記負圧変更手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
Compressed self-ignited gasoline having a plurality of cylinders and an intake passage for introducing air into the cylinders, and in which at least a part of the operation region, a mixture of fuel containing gasoline and air is compressed and self-ignited and combusted An engine,
A plurality of independent exhaust passages extending from the exhaust ports of the plurality of cylinders;
An exhaust collecting portion that is provided downstream of each independent exhaust passage and forms a common space communicating with each independent exhaust passage;
Negative pressure changing means capable of changing the negative pressure generated in the exhaust collecting portion;
An exhaust valve drive mechanism for driving the exhaust valve of each cylinder; and an external EGR means for returning the exhaust discharged from each cylinder as an external EGR gas into each cylinder through the intake passage;
Control means for controlling each part of the engine including the negative pressure changing means,
The exhaust valve drive mechanism has an internal EGR that opens the exhaust valve of each cylinder in the intake stroke in addition to the exhaust stroke so that the exhaust once discharged to the exhaust port of each cylinder flows back into each cylinder as an internal EGR gas. It can be opened and closed in mode,
The control means includes
In the first operation region where the engine load is lower than a predetermined reference load among the operation regions where the compression self-ignition combustion is performed, the exhaust valve driving mechanism opens and closes the exhaust valve in the internal EGR mode and the external EGR gas Controlling the external EGR means so that the recirculation into each cylinder is stopped,
In the second operation region where the engine load is higher than the reference load among the operation regions where the compression self-ignition combustion is performed, the exhaust valve is opened and closed in the internal EGR mode by the exhaust valve driving mechanism, and the external EGR gas And the external EGR means and the negative pressure changing means are controlled so that the negative pressure in the exhaust collecting portion becomes larger than that in the first operating region. Ignition gasoline engine.
請求項1に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記制御手段は、上記第2運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to claim 1,
The compression self-ignition gasoline engine characterized in that the control means overlaps the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve of each cylinder in the second operation region.
請求項1または2に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記制御手段は、上記第1運転領域と第2運転領域とを含む運転領域において、気筒内の全ガス量に対する上記内部EGRガス量の割合である内部EGR率を、エンジン負荷が高い側ほど小さくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to claim 1 or 2,
In the operation region including the first operation region and the second operation region, the control means decreases the internal EGR rate, which is the ratio of the internal EGR gas amount to the total gas amount in the cylinder, as the engine load is higher. A compression self-ignition gasoline engine characterized by
請求項3に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記制御手段は、上記第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記内部EGR率を小さくしつつ、気筒内の全ガス量に対する上記外部EGRガス量の割合である外部EGR率と上記内部EGR率とを合わせたトータルEGR率をエンジン負荷が高いほど大きくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to claim 3,
In the second operating region, in the region where the engine load is from the reference load to the specific load, the control means reduces the internal EGR rate as the engine load increases, and reduces the external gas amount relative to the total gas amount in the cylinder. A compression self-ignition gasoline engine characterized by increasing a total EGR rate, which is a combination of an external EGR rate, which is a ratio of an EGR gas amount, and the internal EGR rate, as the engine load increases.
請求項4に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記制御手段は、上記第2運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記排気集合部内の負圧が大きくなるように上記負圧変更手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to claim 4,
The control means controls the negative pressure changing means so that the negative pressure in the exhaust collecting portion increases as the engine load increases in a region where the engine load is from the reference load to a specific load in the second operation region. A compression self-ignition gasoline engine characterized by control.
請求項3〜5のいずれかに記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能であり、
上記制御手段は、上記第1運転領域と第2運転領域とを含む運転領域において、上記排気弁駆動機構によって排気弁の閉弁時期をエンジン負荷が高い側ほど進角側にするとともに、エンジン負荷の単位増加量に対する排気閉弁時期の進角量を進角変化率としたとき、上記第2運転領域における排気弁の進角変化率を上記第1運転領域のそれよりも小さくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to any one of claims 3 to 5,
The exhaust valve drive mechanism can change the closing timing of the exhaust valve of each cylinder,
In the operation region including the first operation region and the second operation region, the control means causes the exhaust valve drive mechanism to advance the valve closing timing of the exhaust valve toward the advance side as the engine load is higher, When the advance amount of the exhaust valve closing timing with respect to the unit increase amount is defined as an advance change rate, the advance change rate of the exhaust valve in the second operation region is made smaller than that in the first operation region. Compressed self-ignition gasoline engine.
請求項1〜6のいずれかに記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
上記第2運転領域は、ピストンが圧縮上死点にあるときの気筒内の温度である圧縮端温度の目標値が上記第1運転領域よりも低い値となる領域に設定されていることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
A compression self-ignition gasoline engine according to any one of claims 1 to 6,
The second operation region is set to a region in which a target value of the compression end temperature, which is the temperature in the cylinder when the piston is at the compression top dead center, is lower than the first operation region. Compressed self-ignition gasoline engine.
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