JP6131840B2 - Control device for compression ignition engine - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a compression ignition engine.
従来より、燃費性能の向上等を目的として、エンジン本体に形成された燃焼室内で圧縮自己着火燃焼を実施することが行われている。 Conventionally, compression self-ignition combustion has been performed in a combustion chamber formed in an engine body for the purpose of improving fuel efficiency.
例えば特許文献1には、エンジンの運転状態が、低回転・低負荷側の所定領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンでは、圧縮着火燃焼を行うときに、排気弁を吸気上死点よりも進角側で閉弁し、かつ、吸気弁を吸気上死点よりも遅角側で開弁させることで吸気上死点を挟んで排気弁と吸気弁とがともに閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けて気筒内に既燃ガスを残留させて、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を行い、これにより気筒内の温度を高めて混合気の着火性を高めている。
For example,
特開2009−197740号公報 JP 2009-197740 A
前記特許文献1では、エンジン回転数の低い運転領域において圧縮自着火燃焼を安定して実現できない場合があり、圧縮自着火燃焼のより安定した実現が望まれている。
In
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧縮自着火燃焼を行う領域全域において、より確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現することのできる圧縮着火式エンジンの制御装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a control device for a compression ignition engine that can realize more stable and stable compression autoignition combustion in the entire region where compression autoignition combustion is performed. .
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、気筒内に高温の既燃ガスを残留させる方法、すなわち、内部EGRの方法として、吸気上死点を挟んで排気弁と吸気弁とがともに閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設ける方法と、排気弁を少なくとも排気行程と吸気行程中とに開弁させて排気ポート側に排出された既燃ガスを気筒内に逆流させる方法とがある点、および、これら各方法と冷却損失との関係に着目し、エンジン回転数が低い領域では、ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法よりも排気ポート側に排出された既燃ガスを気筒内に逆流させる方法の方が既燃ガスの温度低下を小さく抑えて混合気の温度をより効果的に高くすることができる一方、エンジン回転数が高い領域では、ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法の方が既燃ガスの温度低下を小さく抑えて混合気の温度をより効果的に高めることができることを見出した。 As a result of earnest research to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention, as a method of leaving high-temperature burned gas in the cylinder, that is, as a method of internal EGR, A method of providing a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed, and the exhaust valve is opened at least during the exhaust stroke and the intake stroke, and the burned gas discharged to the exhaust port side flows back into the cylinder. Focusing on the relationship between each method and the cooling loss, in the region where the engine speed is low, the burned gas discharged to the exhaust port side is less than the method that provides the negative overlap period. The method of backflowing into the cylinder can reduce the temperature drop of the burned gas and increase the temperature of the air-fuel mixture more effectively, but in the region where the engine speed is high, it is negative over Tsu towards a method of providing a flop period has found that it is possible to increase more effectively the temperature of the small suppressed by the gas mixture the temperature drop of the combustion gases.
これは、次のような理由によると考えられる。ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法では、排気弁の閉弁後吸気上死点までの間に圧縮高温化された既燃ガスが気筒の壁面すなわちエンジン冷却水により冷却されることで既燃ガスの温度は低下される。一方、既燃ガスを逆流させる方法では、既燃ガスの圧縮高温化が行われないためエンジン冷却水による既燃ガスの温度低下は小さく抑えられるものの、既燃ガスが排気ポート側に排出されるため排気ポートや排気弁での冷却による既燃ガスの温度低下が大きくなる。 This is considered to be due to the following reasons. In the method of providing a negative overlap period, the temperature of the burned gas is reduced by cooling the burned gas that has been compressed and heated between the exhaust valve closing and the intake top dead center by the cylinder wall, that is, engine cooling water. Is lowered. On the other hand, in the method of reversing the burnt gas, the compressed gas is not heated at a high temperature, so the temperature drop of the burnt gas due to engine cooling water can be kept small, but the burnt gas is discharged to the exhaust port side. Therefore, the temperature drop of the burnt gas due to cooling at the exhaust port or the exhaust valve becomes large.
そして、エンジン回転数が低い場合は、単位時間あたりの気筒内での混合気の発熱量が小さく気筒の壁面温度があまり高くならないため膨張後の既燃ガスの温度が比較的低く抑えられ、これに伴い、膨張後の既燃ガスと排気ポートや排気弁との温度差が小さくなるため、これらで冷却されることによる既燃ガスの温度低下は小さく抑えられるものの、排気弁閉弁後から吸気上死点までの時間が長く既燃ガスが比較的長時間エンジン冷却水により冷却されるため、エンジン冷却水による既燃ガスの温度低下が相対的に大きくなる。一方、エンジン回転数が高い場合は、排気弁閉弁後から吸気上死点までの時間が短いため、エンジン冷却水による既燃ガスの温度低下は小さく抑えられるものの、膨張後の既燃ガスの温度が比較的高く維持され既燃ガスと排気ポートや排気弁との温度差が大きくなるため、また、既燃ガスが排気ポートと気筒内とを高速で往復してより広範囲にわたって排気ポートと接触することで排気ポートによる既燃ガスの冷却が進むため、これら排気ポートおよび排気弁で冷却されることによる冷却損失が相対的に大きくなる。 When the engine speed is low, the calorific value of the air-fuel mixture in the cylinder per unit time is small and the wall surface temperature of the cylinder does not become too high, so the temperature of the burned gas after expansion can be kept relatively low. As a result, the temperature difference between the expanded burned gas and the exhaust port or exhaust valve becomes small, so that the temperature drop of the burned gas due to cooling with these can be suppressed to a small level. Since the time until the top dead center is long and the burned gas is cooled by the engine coolant for a relatively long time, the temperature drop of the burned gas by the engine coolant becomes relatively large. On the other hand, when the engine speed is high, the time from the exhaust valve closing to the intake top dead center is short, so the temperature drop of the burnt gas due to engine cooling water can be kept small, but the burnt gas after expansion Since the temperature is maintained relatively high and the temperature difference between the burned gas and the exhaust port or exhaust valve becomes large, the burned gas reciprocates between the exhaust port and the cylinder at a high speed and contacts the exhaust port over a wider range. As a result, the burned gas is cooled by the exhaust port, and the cooling loss due to cooling by the exhaust port and the exhaust valve becomes relatively large.
そこで、本発明は、圧縮自着火燃焼を行う領域全域において、より確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現するために、内側に少なくとも燃料と空気とを含む混合気が燃焼する燃焼室が形成された気筒と、当該気筒内に吸気を導入する吸気ポートと、前記気筒内から排気を排出する排気ポートと、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記排気ポートを開閉可能な排気弁とを有するエンジン本体と、前記混合気の燃焼形態と、前記吸気弁および排気弁の開弁状態とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い低負荷領域では当該領域全域で前記燃焼室内での燃焼形態を圧縮自着火燃焼にし、前記圧縮自着火燃焼が実施される圧縮自着火領域において、エンジン回転数が特定回転数以上の高回転側圧縮自着火領域では、排気弁を吸気上死点よりも進角側で閉弁し、かつ、吸気弁を吸気上死点よりも遅角側で開弁させることで吸気上死点を挟んで排気弁と吸気弁とがともに閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けて気筒内に既燃ガスを残留させる一方、エンジン回転数が前記特定回転数未満の低回転側圧縮自着火領域では、排気弁を少なくとも排気行程と吸気行程中とに開弁させて前記排気ポート側に排出された既燃ガスを気筒内に逆流させることで気筒内に既燃ガスを残留させる。 Therefore, in the present invention, a combustion chamber in which an air-fuel mixture containing at least fuel and air burns is formed on the inner side in order to achieve more reliable and stable compression auto-ignition combustion in the entire region where compression auto-ignition combustion is performed. A cylinder, an intake port that introduces intake air into the cylinder, an exhaust port that discharges exhaust from the cylinder, an intake valve that can open and close the intake port, and an exhaust valve that can open and close the exhaust port And a control means for controlling the combustion mode of the air-fuel mixture and the open states of the intake valve and the exhaust valve, and the control means is a low load region where at least the engine load is lower than a predetermined load Then, the combustion mode in the combustion chamber is changed to compression auto-ignition combustion in the entire region, and in the compression auto-ignition region where the compression auto-ignition combustion is performed, the engine speed is higher than a specific speed. In the side compression auto-ignition region, the exhaust valve is closed on the advance side with respect to the intake top dead center, and the intake valve is opened on the retard side with respect to the intake top dead center, thereby sandwiching the intake top dead center. In the low-rotation side compression ignition region where the engine speed is less than the specific engine speed, a burn-up gas remains in the cylinder by providing a negative overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are closed. Then, the exhaust valve is opened at least during the exhaust stroke and the intake stroke, and the burned gas discharged to the exhaust port is caused to flow back into the cylinder, so that the burned gas remains in the cylinder.
本発明によれば、エンジン回転数が高い高回転側圧縮自着火領域では、吸気上死点を挟んで排気弁と吸気弁とがともに閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けるという方法で気筒内に既燃ガスを残留させるすなわち内部EGRを行う一方、エンジン回転数が低い低回転側圧縮自着火領域では、排気弁を少なくとも排気行程と吸気行程中とに開弁させて前記排気ポート側に排出された既燃ガスを気筒内に逆流させるという方法で内部EGRを行っているため、各回転数領域において、既燃ガスの温度低下を小さく抑えて混合気の温度をより効果的に高めて混合気の着火性を高め、圧縮自着火燃焼を行う領域全域において、より確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。 According to the present invention, in the high rotation side compression auto-ignition region where the engine speed is high, the cylinder is provided by providing a negative overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are closed across the intake top dead center. In the low-rotation-side compression auto-ignition region where the engine speed is low, the exhaust valve is opened at least during the exhaust stroke and the intake stroke, while the burned gas remains inside, that is, internal EGR is performed. Since internal EGR is performed by the method of causing the discharged burned gas to flow back into the cylinder, the temperature of the air-fuel mixture can be increased more effectively by suppressing the temperature drop of the burned gas in each rotational speed region. It is possible to improve the ignitability of the air-fuel mixture and to realize more stable and stable compression ignition combustion over the entire region where compression ignition combustion is performed.
前記排気弁の具体的な制御構成としては、排気弁のリフト特性を、吸気上死点よりも進角側で閉弁する第1特性と、当該第1特性よりも長い開弁期間を有し吸気行程の途中まで開弁を継続する第2特性とに変更可能な排気弁リフト特性変更手段を有し、前記第2特性は、所定の第1開弁期間、前記排気弁が所定のリフト量で開弁した後、前記第1開弁期間に継続して当該第1開弁期間の終了後から吸気行程の所定タイミングまでの第2開弁期間、前記排気弁が前記第1の開弁期間中における最大リフト量よりも小さいリフト量で開弁するよう構成されており、前記制御手段は、前記排気弁リフト特性変更手段を制御して、前記排気弁のリフト特性を、前記高回転側圧縮自着火領域では前記第1特性にする一方、前記低回転側圧縮自着火領域では前記第2特性にするものが挙げられる(請求項2)。 As a specific control configuration of the exhaust valve, the lift characteristic of the exhaust valve has a first characteristic that closes on the advance side of the intake top dead center, and a valve opening period that is longer than the first characteristic. Exhaust valve lift characteristic changing means that can be changed to a second characteristic that continues to open until halfway through the intake stroke, the second characteristic is a predetermined first valve opening period, and the exhaust valve has a predetermined lift amount. After the first valve opening period, the exhaust valve is in the first valve opening period after the end of the first valve opening period until the predetermined timing of the intake stroke. The control means is configured to open the valve with a lift amount smaller than the maximum lift amount, and the control means controls the exhaust valve lift characteristic changing means so that the lift characteristic of the exhaust valve is compressed on the high rotation side. In the auto-ignition region, the first characteristic is set, while in the low-rotation side compression auto-ignition region, Include those to the second characteristic (claim 2).
このようにすれば、排気弁のリフト特性を異ならせるという簡単な構成で、排気弁の開弁状態を、排気行程中と吸気行程中とに開弁する場合と、吸気上死点よりも進角側で閉弁する場合とに適正に変更することができる。 In this way, with a simple configuration in which the lift characteristics of the exhaust valve are made different, the exhaust valve is opened during the exhaust stroke and during the intake stroke, and more advanced than the intake top dead center. It can be changed appropriately when the valve is closed on the corner side.
また、本発明において、前記制御手段は、前記低回転側圧縮自着火領域において、前記吸気弁の開弁時期を、吸気上死点よりも遅角側にするのが好ましい(請求項3)。 In the present invention, it is preferable that the control means sets the opening timing of the intake valve to be retarded from the intake top dead center in the low rotation side compression auto-ignition region.
このようにすれば、低回転側圧縮自着火領域において、吸気行程中に既燃ガスを排気ポート側から気筒内に適正に逆流させることができ、気筒内により確実に既燃ガスを残留させることができる。 In this way, in the low-rotation side compression auto-ignition region, the burned gas can be properly flown back from the exhaust port side into the cylinder during the intake stroke, and the burned gas can be reliably left in the cylinder. Can do.
吸気弁のリフト特性を、所定の小リフト特性と、最大リフト量が前記小リフト特性の最大リフト量よりも大きく設定された大リフト特性とに変更可能な吸気弁リフト特性変更手段を有し、前記制御手段は、前記吸気弁リフト特性変更手段を制御して、前記吸気弁のリフト特性を、前記高回転側圧縮自着火領域では前記大リフト特性にする一方、前記低回転側圧縮自着火領域では前記小リフト特性にするのが好ましい(請求項4)。 An intake valve lift characteristic changing means capable of changing the lift characteristic of the intake valve to a predetermined small lift characteristic and a large lift characteristic in which the maximum lift amount is set larger than the maximum lift amount of the small lift characteristic; The control means controls the intake valve lift characteristic changing means so that the lift characteristic of the intake valve becomes the large lift characteristic in the high-rotation side compression auto-ignition area, while the low-rotation side compression auto-ignition area Then, it is preferable to set it as the said small lift characteristic (Claim 4).
このようにすれば、高回転側圧縮自着火領域において、気筒内に導入される吸気量を適正に確保することができる。 In this way, it is possible to appropriately secure the intake air amount introduced into the cylinder in the high-rotation side compression auto-ignition region.
また、前記構成において、前記高回転側圧縮自着火領域での前記排気弁の開弁時期を前記低回転側圧縮自着火領域での前記排気弁の開弁時期よりも進角側に制御するのが好ましい(請求項5)。 In the above configuration, the opening timing of the exhaust valve in the high-rotation side compression auto-ignition region is controlled to be advanced from the opening timing of the exhaust valve in the low-rotation side compression auto-ignition region. (Claim 5).
このようにすれば、高回転側圧縮自着火領域において排気弁を吸気上死点前の比較的進角側の位置で閉弁して、これにより、より多くの既燃ガスを気筒内に残留させることができるとともに、低回転側圧縮自着火領域において排気弁を吸気上死点後の比較的遅角側の位置で閉弁して、これにより、より多くの既燃ガスを気筒内に逆流させることができ、圧縮自着火領域全域で、既燃ガスの量を確保して混合気の温度を高温とし、混合気の着火性を高めることができる。 In this way, the exhaust valve is closed at a relatively advanced position before the intake top dead center in the high-rotation side compression auto-ignition region, so that more burned gas remains in the cylinder. In addition, the exhaust valve is closed at a relatively retarded position after intake top dead center in the low-rotation side compression auto-ignition region, so that more burned gas flows back into the cylinder. The amount of burnt gas can be ensured in the entire compression auto-ignition region, the temperature of the mixture can be increased, and the ignitability of the mixture can be improved.
また、本発明において、前記制御手段は、前記高回転側圧縮自着火領域において、前記吸気弁の開弁時期の吸気上死点からの遅角量と、前記排気弁の閉弁時期の吸気上死点からの進角量とをほぼ同一にするのが好ましい(請求項6)。 Further, in the present invention, the control means includes a retard amount amount from an intake top dead center of the intake valve opening timing and an intake valve timing of the exhaust valve closing timing in the high rotation side compression auto-ignition region. It is preferable that the amount of advance from the dead point is substantially the same (claim 6).
このようにすれば、吸気上死点を挟んで吸気弁と排気弁とが閉弁高回転側圧縮自着火領域において、既燃ガスの圧縮・膨張により生じるポンピングロスを小さく抑えることができ、効率のよい運転を行うことができる。 In this way, the pumping loss caused by the compression / expansion of burnt gas can be kept small in the high-rotation side compression auto-ignition region where the intake valve and the exhaust valve are closed with the intake top dead center in between. Can perform good driving.
具体的には、吸気弁の開弁時期の吸気上死点からの遅角量を排気弁の閉弁時期の吸気上死点からの進角量よりも大きくした場合には、既燃ガスを、吸気上死点までの圧縮量よりも多く膨張させねばならず、ポンピングロスが増大する一方吸気弁の開弁時期の吸気上死点からの遅角量を排気弁の閉弁時期の吸気上死点からの進角量よりも小さくした場合には、既燃ガスを、吸気上死点からの膨張仕事よりも多く圧縮せねばならず、はやりポンピングロスが増大する。これに対して、前記のように、吸気弁の開弁時期の吸気上死点からの遅角量と排気弁の閉弁時期の吸気上死点からの進角量とをほぼ同一とすれば、ポンピングロスを小さく抑えることができる。 Specifically, if the amount of delay from the intake top dead center at the opening timing of the intake valve is greater than the amount of advance from the intake top dead center at the closing timing of the exhaust valve, the burned gas is reduced. Therefore, the pumping loss must be expanded more than the amount of compression up to the intake top dead center, while the retard amount of the intake valve opening timing from the intake top dead center is If the advance amount from the dead center is made smaller, the burned gas must be compressed more than the expansion work from the intake top dead center, and the pumping loss increases. On the other hand, as described above, if the retard amount from the intake top dead center at the opening timing of the intake valve and the advance amount from the intake top dead center at the close timing of the exhaust valve are substantially the same. The pumping loss can be kept small.
以上説明したように、本発明によれば、圧縮自着火燃焼を行う領域全域において、より確実に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize more stable and stable compression auto-ignition combustion in the entire region where compression auto-ignition combustion is performed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る圧縮着火式エンジンの制御装置がエンジンシステム100の概略構成図である。エンジンシステム100は、車両に搭載されて、エンジン本体1を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system 100 of a control device for a compression ignition engine according to the present invention. The engine system 100 is mounted on a vehicle and has an
エンジン本体1は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンであり、4サイクルエンジン、すなわち、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順に実施されるエンジンである。エンジン本体1は、圧縮自着火燃焼が実施される圧縮着火式エンジンである。エンジン本体1は、気筒18が設けられたシリンダブロック11と、シリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12とを有する。エンジン本体1は、例えば、4つの気筒18を有する。
The
各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されたピストン14が往復動可能に嵌挿されている。各気筒18内には、気筒18の内側面とピストン14の頂面とによって囲まれた燃焼室19が形成されている。
A
ピストン14および燃焼室19の具体的構成は特に限定されないが、例えば、図3に示すような構成を有する。図3に示す例では、ピストン14の頂面の中央には、シリンダヘッド12から離間する方向に凹むとともにその深さが中央から径方向外側に向かに従って深くなった後浅くなる、いわゆるリエントラント型のキャビティ141が形成されている。
Although the specific structure of the
本実施形態では、熱効率の向上や圧縮自着火燃焼の安定化等を目的として、エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、15以上の比較的高い値に設定されている。エンジン本体1の幾何学的圧縮比は、これに限定されるものではないが、15以上20以下程度の範囲が好ましい。
In the present embodiment, the geometric compression ratio of the
シリンダヘッド12には、気筒18毎に、気筒18内に吸気を導入するための吸気ポート16および気筒18内から排気を排出するための排気ポート17がそれぞれ形成されている。吸気ポート16および排気ポート17には、これら各ポート、詳細には、シリンダヘッド12に形成されたこれら各ポート16,17の開口をそれぞれ開閉する吸気弁21および排気弁22がそれぞれ配設されている。
In the
排気弁22は、排気弁駆動機構70aによって駆動される。排気弁駆動機構70aは、排気バルブリフト可変機構(以下、排気VVL(Variable Valve Lift)という)71と、排気位相可変機構(以下、排気VVT(Variable Valve Timing)という)75とを含む。
The
排気VVL71は、排気弁22の作動モードを図4(a)の実線で示す通常モードと、図4(b)の実線で示す特殊モードとに切り替える。すなわち、排気弁22のリフト特性を、図4(a)の実線で示す第1特性と、図4(b)の実線で示す第2特性とに切り替える。通常モードでは、排気弁22のバルブリフトは、開弁後徐々に増大していき、最大リフトに到達すると再び徐々に減少してゼロに至る。特殊モードでは、排気弁22のバルブリフトは、通常モードと同様に、第1の開弁期間t_1中は、開弁後徐々に増大し最大リフトに到達した後再び徐々に減少していくが、そのままゼロに至ることなく、そのリフト量すなわち第1の開弁期間t_1での最大リフトよりも低いリフトを所定期間維持した後ゼロに至る。このように、特殊モードでは、排気弁22の開弁期間すなわち排気弁22が開弁してから最終的に(本実施形態では吸気行程中に)閉弁するまでの間の期間t_3は、所定の最大リフトとなる第1の開弁期間t_1と、この第1の開弁期間t_1に継続して最大リフトが第1の開弁期間t_1における最大リフトよりも小さくなるよう構成された第2の開弁期間t_2とからなる。特殊モードでは、通常モードにおける閉弁時期の直前から通常モードにおける閉弁時期よりも遅角側の所定タイミングまで開弁しており、排気弁の開弁期間は通常モードよりも特殊モードの方が長くなっている。排気VVL71は、これらのモードを実現するために、カム形状が互いに異なる第1カムと第2カムとを有する。第1カムは、図4(a)の実線で示すリフト特性に対応した形状を有し、カム山を1つ有する。第2カムは、図4(b)の破線で示すリフト特性に対応した形状を有し、カム山を2つ有する。排気VVL71は、第1カムと第2カムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するロストモーション機構を含んでおり、第1カムの作動状態を排気弁22に伝達することで排気弁22の作動状態を通常モードとし、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達することで排気弁22の作動状態を特殊モードとする。排気VVL71は、例えば油圧作動式である。なお、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達させた場合には、排気弁22のリフト特性は、図4(a)の破線で示す形状となる。
The
排気VVT75は、クランクシャフト15に対する排気カムシャフトの回転位相を変更して排気弁22の開弁時期と閉弁時期とを変更する。なお、排気弁VVT75は、通常モードおよび特殊モードの各モードで、それぞれ排気弁22の開弁期間を一定に維持したまま、排気弁22の開弁時期と閉弁時期とを変更する。排気VVT75は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての説明は省略する。
The
排気VVT75は、排気弁22の作動状態が特殊モードとされている場合、排気弁22が排気行程に加えて吸気行程でも開弁するように、排気カムシャフトの回転位相を設定する。また、排気VVT75は、排気弁22の作動状態が特殊モードとされている場合、第2の開弁期間t_2中に吸気上死点がくるように、すなわち吸気上死点における排気弁22のバルブリフトが第2の開弁期間t_2中に実現される比較的小さい値となるように、排気カムシャフトの回転位相を設定する。このように、本実施形態では、排気弁22の作動状態が特殊モードとされることで、排気弁22が排気行程に加えて吸気行程中にも開弁する排気二度開きが実施される。特に、本実施形態では、排気弁22は、途中で閉弁することなく吸気上死点を挟んで排気行程と吸気行程において連続して開弁する。ここで、このように排気弁22を吸気上死点を挟んで連続して開弁させた場合には、排気弁22とピストン14とが干渉するおそれがある。これに対して、本実施形態では、前述のように、吸気上死点付近での排気弁22のバルブリフト量が小さい値に抑えられるため、排気弁22とピストン14との干渉を回避することができる。排気二度開きすなわち特殊モードは、高温の既燃ガスすなわち内部EGRガスを燃焼室19内に残留させていわゆる内部EGRを行うために実施される。具体的には、排気二度開きが実施されて吸気行程中にも排気弁22が開弁していると、排気行程で一旦排気ポート17に排出された排気が吸気行程中に燃焼室19内に逆流して排気すなわち高温の既燃ガスが燃焼室19内に残留する。
The
吸気弁22は、吸気弁駆動機構70bによって駆動される。吸気弁駆動機構70bは、排気弁駆動機構70aと同様に、吸気弁21の作動モードを2モードで切り替える吸気VVL74と、クランクシャフト15に対する吸気ジャムシャフトの回転位相を変更して吸気弁21の開弁時期と閉弁時期とを変更する吸気VVT72とを含む。
The
吸気VVL74は、吸気弁21のバルブリフトを相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁21のバルブリフトを相対的に小さくする小リフトカムと、これらカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁21に伝達するロストモーション機構とを含む。吸気VVL74は、大リフトカムの作動状態を吸気弁21に伝達することで、吸気弁21の作動モードを、バルブリフトおよび開弁期間が相対的に大きいモードにする。吸気VVL74は、小リフトカムの作動状態を吸気弁21に伝達することで、吸気弁21の作動モードを、バルブリフトおよび開弁期間が相対的に小さいモードにする。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。
The
吸気VVT72は、排気VVT75と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。
As with the
各吸気ポート16には、吸気通路30が接続されている。具体的には、吸気通路30の下流端には気筒18に対応して分岐する分岐通路が形成されており、これら分岐通路と各吸気ポート16とが接続されている。
An
吸気通路30には、その上流側から順に、エアクリーナ31、水冷式のインタークーラ/ウォーマ34、スロットル弁36、サージタンク33が配設されている。
In the
吸気通路30には、インタークーラ/ウォーマ34をバイパスするインタークーラバイパス通路35が接続されている。インタークーラバイパス通路35には、気筒18内に流入する新気の温度を調整するためにインタークーラバイパス通路35を通過する空気流量を調整するインタークーラバイパス弁351が配設されている。なお、インタークーラ/ウォーマ34及びそれに付随する部材は、省略してもよい。
An
各排気ポート17には排気通路40が接続されている。具体的には、吸気通路30と同様に、排気通路40の上流端には気筒18に対応して分岐する分岐通路が形成されており、これら分岐通路と各吸気ポート18とが接続されている。
An
排気通路40には、排ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置が配設されている。本実施形態では、上流側から順に直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とが設けられている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42は、例えば三元触媒を含む。
The
吸気通路30と排気通路40との間には、排気の一部を吸気に還流するため、すなわち、外部EGRを行うためのEGR装置50が設けられている。EGR装置50は、EGR通路51と、EGRクーラ52と、EGRクーラバイパス通路53とを含む。EGR通路51は、吸気通路30のうちのサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40のうちの直キャタリスト41よりも上流側の部分とを接続している。EGRクーラ52は、EGR通路51を通過するガスを冷却するためのものであり、EGR通路51に介設されている。EGRクーラバイパス通路53は、EGRクーラ52をバイパスする通路であり、EGR通路51のうちEGRクーラ52の上下流部分を接続している。EGR通路51およびEGRクーラバイパス通路53には、それぞれ、各通路51、53を通過する排気の流量を調整するEGR弁511、EGRクーラバイパス弁531が配設されている。以下、このEGR装置50を用いて排気の一部を吸気に還流することを、外部EGRを行うといい、このEGR装置50により吸気に還流された排気を外部EGRガスという場合がある。
An
シリンダヘッド12には、気筒18毎に、燃焼室19内に燃料を直接噴射するインジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、図3に示すように、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されており、キャビティ141と相対している。本実施形態では、インジェクタ67は、複数の噴口を有する多噴口型である。インジェクタ67から噴射された燃料噴霧は、燃焼室19の中心位置から放射状に広がる。
An
ここで、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングでインジェクタ67から燃料が噴射された場合には、図3の矢印に示すように、燃料噴霧はキャビティ141の壁面に沿って流動する。そのため、本エンジンシステム100では、後述する高圧リタード噴射を行った際に、燃料噴霧を早期に拡散させて早期に混合気を形成することができる。
Here, when the fuel is injected from the
インジェクタ67には、燃料供給システム62により燃料タンク(不図示)から燃料が供給される。燃料供給システム62は、燃料ポンプ63と蓄圧レール64とを含む。燃料ポンプ63は、燃料タンクから蓄圧レール64に燃料を圧送する。本実施形態では、燃料ポンプ63は、エンジン1によって駆動されるプランジャー式のポンプである。蓄圧レール64は圧送された燃料を比較的高い圧力で蓄える。インジェクタ67は、蓄圧レール64に蓄えられている高圧の燃料を燃焼室19内に噴射する。噴射圧の値は特に限定されるものではないが、例えば、30MPa以上120MPa以下に設定されている。
Fuel is supplied to the
シリンダヘッド12には、燃焼室19内の混合気に強制点火する点火プラグ25が取り付けられている。本実施形態では、点火プラグ25は、エンジン本体1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12を貫通して配置されている。図3に示すように、点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んでいる。
A
前記各装置は、パワートレイン・コントロール・モジュール(制御手段、以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
Each device is controlled by a power train control module (control means, hereinafter referred to as PCM) 10. The
PCM10には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW16の検出信号が入力される。
As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are input to the
センサSW1は、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1である。センサSW2は、新気の温度を検出する吸気温度センサSW2である。エアフローセンサSW1、吸気温度センサSW2は、吸気通路20のうちエアクリーナ31の下流側に配設されている。センサSW3は、インタークーラ/ウォーマ34を通過した後の新気の温度を検出する第2吸気温度センサSW3であり、インタークーラ/ウォーマ34の下流側に配置されている。センサSW4は、外部EGRガスの温度を検出するためのEGRガス温センサSW4であり、EGR通路50のうち吸気通路30との接続部分近傍に配置されている。センサSW5は、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5であり、吸気ポート16に取り付けられている。センサSW6は、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6であり、シリンダヘッド12に取り付けられている。センサSW7は、排気温度を検出する排気温センサSW7である。センサSW8は、排気圧を検出する排気圧センサSW8である。排気温センサSW7、排気圧センサSW8は、排気通路40のうちEGR通路50の接続部分近傍に配置されている。センサSW9は、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9であり、排気通路40のうち直キャタリスト41の上流側に配置されている。センサSW10は、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10であり、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されている。センサSW11は、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11である。センサSW12は、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12である。センサSW13は、車両のアクセルペダル(図示略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13である。センサSW14、センサSW15は、それぞれ吸気側及び排気側のカム角センサSW14,SW15である。センサSW16は、インジェクタ67に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサSW16であり、コモンレール64に取り付けられている。
The sensor SW1 is an air flow sensor SW1 that detects the flow rate of fresh air. The sensor SW2 is an intake air temperature sensor SW2 that detects the temperature of fresh air. The air flow sensor SW <b> 1 and the intake air temperature sensor SW <b> 2 are disposed on the downstream side of the
PCM10は、各センサSW1〜16の検出信号に基づいて種々の演算を行う。PCM10は、これらの検出信号に基づいてエンジン本体1や車両の運転条件を判定する。PCM10は、運転条件に応じてインジェクタ67、点火プラグ25、燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、EGRクーラバイパス弁531)のアクチュエータへ制御信号を出力して、これらを制御する。PCM10は、運転条件に応じて、吸気VVT72、吸気VVL74、排気VVT75、排気VVL71へ制御信号を出力して、これらおよび吸気弁21、排気弁22を制御する。
The
図5は、横軸がエンジンの回転数、縦軸がエンジン負荷の制御マップを示している。前述のように、エンジン本体1では、点火プラグ25による点火を行わずに混合気を自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼が実施される。ただし、エンジン負荷が高い運転領域において圧縮自着火燃焼を実施した場合には、混合気の温度が高いために燃焼が急峻になり燃焼騒音等の問題が生じる。そのため、本実施形態に係るエンジンシステム100では、エンジン負荷が所定の第1負荷T1未満の低負荷領域でのみ圧縮自着火燃焼を実施し、エンジン負荷が第1負荷T1以上の高負荷領域では点火プラグ25により混合気を強制点火する火花点火燃焼を実施する。すなわち、このエンジンシステム100では、低負荷領域がCI(Compression Ignition)燃焼領域に設定され、高負荷領域がSI(Spark Ignition)燃焼領域に設定されている。なお、これら燃焼領域の境界線は、図例に限定されるものではない。
FIG. 5 shows a control map of the engine speed on the horizontal axis and the engine load on the vertical axis. As described above, the
CI燃焼領域は、さらに、エンジン回転数の高低に応じて2つの領域に分けられている。以下に、各領域の詳細な制御内容について説明する。 The CI combustion region is further divided into two regions according to the engine speed. Below, the detailed control content of each area | region is demonstrated.
(1)第1領域(低回転側圧縮自着火領域)
CI燃焼領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数NE1未満の低回転領域に設定された第1領域A1では、外部EGRは実施されずに内部EGRすなわち既燃ガスを吸気に還流させるのではなく気筒内に直接残留させることが実施される。そして、第1領域A1では、図6に示すように、排気二度開きにより内部EGRが行われる。具体的には、第1領域A1では、EGR弁511およびEGRクーラバイパス弁531は閉弁される。一方、排気VVL71により排気弁22の作動状態が特殊モードとされる。特殊モードとされることで、排気弁22は、排気行程に加えて吸気行程中にも開弁し、排気行程で一旦排気ポート17に排出された排気が吸気行程中に燃焼室19内に逆流するため、高温の既燃ガスを燃焼室19内に残留させることができる。図6において、実線は排気弁22のバルブリフトを示しており、破線は吸気弁21のバルブリフトを示している。
(1) First region (low-rotation side compression auto-ignition region)
In the first region A1 in which the engine speed is set to a low speed region less than the predetermined reference speed NE1 in the CI combustion region, the external EGR is not performed and the internal EGR, that is, the burned gas is returned to the intake air. Instead of remaining directly in the cylinder. And in 1st area | region A1, as shown in FIG. 6, internal EGR is performed by exhaust_gas | exhaustion twice opening. Specifically, in the first region A1, the
第1領域A1では、吸気VVL54により、吸気弁21は小リフトとされるとともに、吸気VVT72により、吸気弁21の開弁時期が吸気上死点よりも遅角側とされる。
In the first region A1, the
また、第1領域A1では、吸気行程中にインジェクタ67により噴射が行われる吸気行程噴射が実施される。
Further, in the first region A1, intake stroke injection in which injection is performed by the
基準回転数NE1は、例えば4000rpm程度に設定されている。 The reference rotational speed NE1 is set to about 4000 rpm, for example.
(2)第2領域(高回転側圧縮自着火領域)
CI燃焼領域のうちエンジン回転数が基準回転数NE1以上の高回転領域に設定された第2領域A2でも、EGR弁511およびEGRクーラバイパス弁531は閉弁されて外部EGRは停止され、内部EGRのみが実施される。ただし、この第2領域A2では、図7に示すように、排気二度開きではなく、吸気上死点TDCを挟んで吸気弁21および排気弁22がいずれも閉弁しているネガティブオーバーラップ(NVO)期間が設けられることで内部EGRが行われる。具体的には、排気VVL71により排気弁22の作動状態は通常モードとされ、排気VVT75により排気弁22の閉弁時期EVCが吸気上死点TDCよりも進角側とされるとともに、吸気VVT74により吸気弁21の開弁時期IVOが吸気上死点TDCよりも遅角側とされる。このように吸気上死点TDCを挟んでネガティブオーバーラップ期間が設けられると、既燃ガスの一部は排気ポート17側へ排出されることなく気筒18内に残留する。本実施形態では、吸気VVT72および排気VVT75により、排気弁22の吸気上死点TDCからの進角量θ1と吸気弁21の吸気上死点からの遅角量θ2とは同一とされる。また、排気VVT75により、排気弁22の開弁時期EVOは第1領域A1での開弁時期EVOよりも進角側とされる。
(2) Second region (high rotation side compression auto-ignition region)
Even in the second region A2 in which the engine speed in the CI combustion region is set to a high engine speed region that is greater than or equal to the reference engine speed NE1, the
本実施形態では、第2領域A2においても、吸気弁21は、吸気VVL54により、吸気弁21は小リフトとされる。
In the present embodiment, also in the second region A2, the
なお、第2領域A2でも、吸気行程中にインジェクタ67により噴射が行われる吸気行程噴射が実施される。
Note that, also in the second region A2, intake stroke injection in which injection is performed by the
第1領域A1と第2領域A2とで前記の制御を行うのは次の理由による。 The above-described control is performed in the first area A1 and the second area A2 for the following reason.
前述のように、エンジン負荷が高い場合には燃焼室19内の温度が高いために圧縮自着火を行うと燃焼騒音等の問題が生じる。そのため、燃焼騒音等を回避するためには燃焼室19内の温度は低い方が好ましい。一方、燃焼室19内の温度が低すぎる場合には、今度は、混合気の温度が自着火可能な温度にまで上昇せず、失火してしまい、安定して圧縮自着火燃焼を実現できないという問題が生じる。
As described above, when the engine load is high, the temperature in the
そこで、エンジン負荷が第1負荷T1未満の比較的低い負荷であって、燃焼室19内での混合気の発熱量が小さく、この発熱量だけでは燃焼室19内の温度が十分に高められない第2領域A2では、失火等を回避するべく、前記のように、内部EGRを実施して高温の既燃ガス(内部EGRガス)を燃焼室19内に残留させ、これにより燃焼室19内の温度を高める。
Therefore, the engine load is a relatively low load less than the first load T1, and the heat generation amount of the air-fuel mixture in the
ここで、内部EGRを行う方法としては、前述のように、排気二度開きを行う方法と、吸気上死点を挟んでネガティブオーバーラップ期間を設ける方法とがあるが、本発明者らは鋭意研究の結果、エンジン回転数が低い領域では、ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法よりも排気二度開きを行う方法の方が既燃ガスの温度低下を小さく抑えて混合気の温度をより効果的に高くすることができる一方、エンジン回転数が高い領域では、ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法の方が既燃ガスの温度低下を小さく抑えて混合気の温度をより効果的に高めることができることを見出した。 Here, as a method of performing internal EGR, as described above, there are a method of opening exhaust twice and a method of providing a negative overlap period with intake top dead center interposed therebetween. As a result of research, in the region where the engine speed is low, the method of opening the exhaust twice reduces the temperature drop of the burned gas more effectively than the method of providing the negative overlap period, and the temperature of the mixture is more effective. On the other hand, in the region where the engine speed is high, it has been found that the method of providing a negative overlap period can more effectively increase the temperature of the air-fuel mixture by suppressing the temperature drop of the burned gas to a smaller level. It was.
これは、次のような理由によると考えられる。 This is considered to be due to the following reasons.
吸気上死点を挟んでネガティブオーバーラップ期間が設けられた場合、排気弁22の閉弁後吸気上死点までの間に既燃ガスは圧縮され高温化する。高温化されることで、既燃ガスの温度と気筒の壁面との間には温度差が生じる。温度差が生じると、既燃ガスは、気筒の壁面、詳細には、気筒の壁面を冷却しているエンジン冷却水により冷却される。この冷却により、既燃ガスの熱エネルギーは減少し、既燃ガスの温度は低下する。
When a negative overlap period is provided across the intake top dead center, the burnt gas is compressed and heated up after the
一方、排気二度開きでは、吸気上死点を挟んで排気弁22が開弁している。そのため、吸気上死点に至るまでに既燃ガスが圧縮高温化されるということはない。そのため、排気二度開きでは、気筒の壁面すなわちエンジン冷却水による冷却に伴う既燃ガスの温度低下は小さく抑えられる。しかしながら、排気二度開きでは、既燃ガスは一端排気ポート17側に排出された後気筒18内に流入する。そのため、排気二度開きでは、既燃ガスは排気ポート17の壁面や排気弁22により冷却され、これにより、既燃ガスの熱エネルギーは減少し、その温度は低下する。
On the other hand, when the exhaust is opened twice, the
ここで、エンジン回転数が低い場合は、単位時間あたりの気筒内での混合気の発熱量が小さく気筒の壁面温度があまり高くならないため膨張後の既燃ガスの温度も比較的低い。これに伴い、圧縮高温化されない状態での既燃ガスの温度と、排気ポート17や排気弁22との温度差は小さい。そのため、エンジン回転数が低い場合は、排気二度開きを実施しても、排気ポート17や排気弁22により冷却されることでの既燃ガスの温度低下は小さく抑えられる。一方、エンジン回転数が低い場合は、排気弁22の閉弁後から吸気上死点TDCまでの時間(クランク角ではなく単なる時間)が比較的長く、排気弁閉弁後から吸気上死点TDCまでの間の時間であって圧縮高温化され、かつ、気筒18の壁面により冷却される時間が長くなる。そのため、エンジン回転数が低い場合は、ネガティブオーバーラップを実施すると、高温圧縮化されて気筒18の壁面により冷却されることでの既燃ガスの温度低下が大きくなる。
Here, when the engine speed is low, the calorific value of the air-fuel mixture in the cylinder per unit time is small and the wall surface temperature of the cylinder does not increase so much, so the temperature of the burned gas after expansion is relatively low. Accordingly, the temperature difference between the burned gas temperature and the
これに対して、エンジン回転数が高い場合は、単位時間あたりの気筒内での混合気の発熱量が大きく気筒の壁面温度が比較的高いため膨張後の既燃ガスの温度が比較的高い。そのため、圧縮高温化されない状態での既燃ガスの温度と、排気ポート17や排気弁22との温度差は大きい。従って、エンジン回転数が高い場合は、排気二度開きを実施すると、これら排気ポート17や排気弁22により冷却されることでの既燃ガスの温度低下が大きくなる。また、エンジン回転数が高い場合は、既燃ガスが排気ポートと気筒内とを高速で往復するためより広範囲にわたって既燃ガスと排気ポートとが接触することになり、これによっても排気ポート17による冷却が促進される。一方、エンジン回転数が高い場合は、排気弁22の閉弁後から吸気上死点TDCまでの時間すなわち気筒18の壁面により高温化された既燃ガスが冷却される時間が短い。そのため、エンジン回転数が高い場合は、ネガティブオーバーラップを実施しても、高温圧縮化された既燃ガスが気筒18の壁面により冷却されることに伴う既燃ガスの温度低下は小さく抑えられる。
On the other hand, when the engine speed is high, the calorific value of the air-fuel mixture in the cylinder per unit time is large, and the wall surface temperature of the cylinder is relatively high, so the temperature of the burned gas after expansion is relatively high. Therefore, the temperature difference between the burned gas temperature and the
そこで、本エンジンシステム100では、既燃ガスの温度低下をより小さく抑えて混合気の温度を効果的に高めるべく、エンジン回転数が低い第1領域A1では、排気二度開きにより内部EGRを行い、エンジン回転数が高い第2領域A2では、ネガティブオーバーラップ期間を設けることで内部EGRを行う。 Therefore, in the present engine system 100, in order to suppress the decrease in the temperature of burned gas and to effectively increase the temperature of the air-fuel mixture, internal EGR is performed by opening the exhaust twice in the first region A1 where the engine speed is low. In the second region A2 where the engine speed is high, internal EGR is performed by providing a negative overlap period.
また、ネガティブオーバーラップ期間を設ける方法により内部EGRを行う場合において内部EGR量をより多く確保するためには、排気弁22の閉弁時期EVCをより進角側にするのが好ましい。一方、排気二度開きによる内部EGRを行う場合において内部EGR量をより多く確保するためには、排気弁22の吸気行程中における開弁期間をより長くするべく排気弁22の閉弁時期EVCをより遅角側にするのが好ましい。
In order to secure a larger amount of internal EGR when performing internal EGR by a method of providing a negative overlap period, it is preferable to make the valve closing timing EVC of the
そこで、本実施形態では、この要求を満足するべく、ネガティブオーバーラップ期間を設ける第2領域A2での排気弁22の開弁時期EVOを相対的に進角させ、排気二度開きを実施する第1領域A1での排気弁22の開弁時期EVOを相対的に遅角させて。各領域において内部EGR量を確保する。
Therefore, in the present embodiment, in order to satisfy this requirement, the opening timing EVO of the
また、排気二度開きによる内部EGRを行う場合において、排気ポート17側から気筒内に既燃ガスを適正に逆流させるためには、吸気弁21の開弁時期は遅角側の方が好ましい。そこで、本実施形態では、吸気弁21を吸気上死点よりも遅角側で開弁させて、排気二度開きにおいて、より確実に内部EGRを確保する。
Further, in the case of performing internal EGR by opening the exhaust twice, in order to allow the burned gas to properly flow back into the cylinder from the
また、ネガティブオーバーラップ期間を設ける場合において、吸気弁21の開弁時期IVOの吸気上死点TDCからの遅角量θ2を排気弁22の閉弁時期EVCの吸気上死点TDCからの進角量θ1よりも大きくした場合には、吸気上死点TDCまでの圧縮量よりも多く既燃ガスを膨張させねばならずポンピングロスが増大するとともに、吸気弁21の開弁時期IVOの吸気上死点TDCからの遅角量θ1を排気弁22の閉弁時期EVCの吸気上死点TDCからの進角量θ1よりも小さくした場合には、吸気上死点TDCからの膨張仕事よりも多く既燃ガスを圧縮せねばならずポンピングロスが増大する。そこで、本実施形態では、ポンピングロスを小さく抑えるべく、ネガティブオーバーラップ期間を設ける第2領域A2において、吸気弁21の開弁時期IVOの吸気上死点TDCからの遅角量θ2と排気弁22の閉弁時期EVCの吸気上死点TDCからの進角量θ1とを同一とする。
Further, when the negative overlap period is provided, the retard amount θ2 from the intake top dead center TDC at the valve opening timing IVO of the
また、空気と燃料との混合が十分になされていれば混合気を適切にすなわち排気性能および熱効率の高い状態で自着火させることができる。そして、第1領域A1および第2領域A2では、エンジン負荷が比較的低く混合気の温度がそれほど高くないため、混合気が過早着火するおそれがない。 Further, if the air and the fuel are sufficiently mixed, the air-fuel mixture can be self-ignited appropriately, that is, with high exhaust performance and high thermal efficiency. In the first region A1 and the second region A2, since the engine load is relatively low and the temperature of the air-fuel mixture is not so high, there is no possibility that the air-fuel mixture will ignite prematurely.
そこで、第1領域A1および第2領域において、燃料を吸気行程中に噴射して予め空気と混合させておき、圧縮上死点近傍において混合気を適切に自着火させる。 Therefore, in the first region A1 and the second region, fuel is injected during the intake stroke and mixed with air in advance, and the air-fuel mixture is appropriately self-ignited near the compression top dead center.
(3)SI燃焼領域
SI燃焼領域での具体的制御内容は特に限定されるものではないが、このエンジンシステム100では、SI燃焼領域では、過早着火やノッキングといった異常燃焼の回避、NOx生成の抑制および冷却損失の低減を目的として、高圧リタード噴射が実施され、内部EGRが停止される一方クールドEGRガスを燃焼室19内に導入する外部EGRが実施される。また、SI燃焼領域では、ポンプ損失を低減するべく、スロットル弁36は全開とされて、EGR弁511の開度を調整することで気筒18内に導入する新気量が調整される。また、吸気弁21は、吸気VVL54により、大リフトとされる。
(3) SI Combustion Area Although the specific control content in the SI combustion area is not particularly limited, in the engine system 100, in the SI combustion area, avoidance of abnormal combustion such as premature ignition and knocking, NOx generation For the purpose of suppression and reduction of cooling loss, high-pressure retarded injection is performed, the internal EGR is stopped, and external EGR for introducing cooled EGR gas into the
以上のように、本エンジンシステム100では、圧縮自着火燃焼が実施されるCI燃焼領域全域において内部EGRが実施されるため、混合気の温度を適正に高めて安定した圧縮自着火燃焼を実現することができるとともに、CI燃焼領域のうち高回転側に設定された第2領域A2において吸気上死点TDCを挟んでネガティブオーバーラップ期間が設けられることにより内部EGRが行われる一方、低回転側に設定された第1領域A1において排気二度開きが行われることにより内部EGRが行われるため、各領域A1,A2において、既燃ガスの温度低下を効果的に抑制して、既燃ガスによってより確実に混合気の温度を高めることができる。 As described above, in the engine system 100, since the internal EGR is performed in the entire CI combustion region where the compression ignition combustion is performed, the temperature of the air-fuel mixture is appropriately increased to realize stable compression ignition combustion. In addition, in the second region A2 set on the high rotation side in the CI combustion region, a negative overlap period is provided across the intake top dead center TDC, while internal EGR is performed, while on the low rotation side Since the internal EGR is performed by opening twice in the set first region A1, the temperature drop of the burned gas is effectively suppressed in each region A1, A2, and the The temperature of the air-fuel mixture can be reliably increased.
特に、排気VVL71により第1カムと第2カムとの作動状態を選択的に排気弁22に伝達して、排気弁22のリフト特性を特殊モードと通常モードとに切替えるという簡単な構成で、排気弁22をネガティブオーバーラップ期間が設けられる状態と排気二度開きの状態とに切替えることができ、システム全体の構造を簡素化することができる。
In particular, the
また、低回転側の排気二度開きが実施される第1領域A1の排気弁22の開弁時期EVOおよび閉弁時期EVCが進角側に設定されるとともに、高回転側のネガティブオーバーラップ期間が設けられる第2領域A2の排気弁22の開弁時期EVOおよび閉弁時期EVCが遅角側に設定されているため、各領域A1、A2において、内部EGR量を確実に確保することができる。
Further, the valve opening timing EVO and the valve closing timing EVC of the
また、ネガティブオーバーラップ期間が、排気弁22の吸気上死点TDCからの進角量θ1と吸気弁21の吸気上死点からの遅角量θ2とが同一となるように設定されているので、ネガティブオーバーラップ期間を設けて内部EGRを確保しつつ、ポンピングロスを小さく抑えて燃費性能を高めることができる。
Further, the negative overlap period is set so that the advance amount θ1 from the intake top dead center TDC of the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、吸気行程中に燃料を噴射する場合において、気筒18内に設けたインジェクタ67ではなく、別途、吸気ポート16に設けたポートインジェクタにより、吸気ポート16内に燃料を噴射してもよい。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, when fuel is injected during the intake stroke, the fuel may be injected into the
また、エンジン1の動弁系に関し、吸気弁21のVVL74に代えて、リフト量を連続的に変更可能なCVVL(Continuously Variable Valve Lift)を備えるようにしてもよい。
Further, regarding the valve train of the
また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。 Further, the high-pressure retarded injection may be divided injection as necessary, and similarly, the intake stroke injection may also be divided injection as necessary. In these divided injections, fuel may be injected in each of the intake stroke and the compression stroke.
また、前記実施形態では、CI燃焼領域の全領域において外部EGRを停止する場合について説明したが、例えば、図7に示すように、CI燃焼領域のうちエンジン負荷が特定負荷T2以上の領域において、内部EGRに加えて外部EGRを行っても良い。図7に示す例では、特定負荷T2は、エンジン回転数に応じて異なる値に設定されており、第1負荷T1からエンジン回転数が高くなるほど低くなるよう設定されている。 In the above embodiment, the case where the external EGR is stopped in the entire CI combustion region has been described. For example, as shown in FIG. 7, in the region where the engine load is equal to or higher than the specific load T2 in the CI combustion region. External EGR may be performed in addition to internal EGR. In the example illustrated in FIG. 7, the specific load T2 is set to a different value depending on the engine speed, and is set so as to decrease as the engine speed increases from the first load T1.
具体的には、CI燃料領域のうちエンジン負荷が比較的高い領域では、燃焼室19内の温度が高くなりやすく圧縮自子着火燃焼を実施すると燃焼騒音等の問題が生じるおそれがある。そのため、CI燃焼領域のうちエンジン負荷が特定負荷T2以上の領域では、高温の内部EGRに加えて外部EGRガス、特に、EGRクーラ52を通過することによって低温となったクールドEGRガスを燃焼室19内に導入して、燃焼室19内の温度を適正な温度としてもよい。すなわぎ、EGRクーラバイパス弁531を閉弁しつつ、EGR弁511を開弁してもよい。
Specifically, in the CI fuel region where the engine load is relatively high, the temperature in the
また、燃焼室19内の温度が高い場合において、吸気行程中に燃料を噴射した場合には、過早着火するおそれがある。そのため、CI燃焼領域のうちエンジン負荷が特定負荷T2以上の領域では、過早着火を回避するべく、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間にインジェクタ67により燃焼室19内に噴射を行う高圧リタード噴射を実施して、均質な混合気を比較的短時間で形成しつつ膨張行程期間での燃焼を実現してもよい。
Further, when the temperature in the
また、前記実施形態では、CI燃焼領域全域において、吸気弁21を、小リフト特性とする場合について説明したが、吸気量をより確実に確保するために、高回転側の第2領域A2において、吸気弁21を、大リフト特性としてもよい。さらに、図9に示すように、吸気弁21を、大リフト特性としつつその開弁時期および閉弁時期を小リフト特性の場合よりも遅角側としてもよい。この場合には、ポンピングロスを小さく抑えるべく、吸気弁21の遅角化に合わせて排気弁22を進角化するのが好ましい。図9において、実線は、大リフト特性とした場合の吸気弁21およびこれに対応する排気弁22のバルブリフトであり、破線は、小リフト特性の場合のこれらのバルブリフトである。
In the above embodiment, the
1 エンジン(エンジン本体)
10 PCM(制御手段)
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
71 VVL
1 Engine (Engine body)
10 PCM (control means)
18
Claims (6)
前記混合気の燃焼形態と、前記吸気弁および排気弁の開弁状態とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い低負荷領域では当該領域全域で前記燃焼室内での燃焼形態を圧縮自着火燃焼にし、
前記圧縮自着火燃焼が実施される圧縮自着火領域において、エンジン回転数が特定回転数以上の高回転側圧縮自着火領域では、排気弁を吸気上死点よりも進角側で閉弁し、かつ、吸気弁を吸気上死点よりも遅角側で開弁させることで吸気上死点を挟んで排気弁と吸気弁とがともに閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けて気筒内に既燃ガスを残留させる一方、エンジン回転数が前記特定回転数未満の低回転側圧縮自着火領域では、排気弁を少なくとも排気行程と吸気行程中とに開弁させて前記排気ポート側に排出された既燃ガスを気筒内に逆流させることで気筒内に既燃ガスを残留させることを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 A cylinder in which a combustion chamber in which an air-fuel mixture containing at least fuel and air burns is formed; an intake port for introducing intake air into the cylinder; an exhaust port for exhausting exhaust gas from the cylinder; and the intake port An engine body having an intake valve capable of opening and closing, and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port;
Control means for controlling the combustion mode of the air-fuel mixture and the open states of the intake valve and the exhaust valve;
The control means includes
At least in the low load region where the engine load is lower than the predetermined load, the combustion mode in the combustion chamber is set to compression auto-ignition combustion in the entire region,
In the compression auto-ignition region where the compression auto-ignition combustion is performed, in the high-rotation side compression auto-ignition region where the engine speed is equal to or higher than a specific speed, the exhaust valve is closed on the advance side from the intake top dead center, In addition, by opening the intake valve on the retard side from the intake top dead center, a negative overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are closed across the intake top dead center is provided in the cylinder. In the low-rotation side compression auto-ignition region where the engine speed is less than the specific speed while the burned gas remains, the exhaust valve is opened at least during the exhaust stroke and the intake stroke and discharged to the exhaust port side. A control apparatus for a compression ignition engine, wherein the burned gas is allowed to flow back into the cylinder to cause the burned gas to remain in the cylinder.
排気弁のリフト特性を、吸気上死点よりも進角側で閉弁する第1特性と、当該第1特性よりも長い開弁期間を有し吸気行程の途中まで開弁を継続する第2特性とに変更可能な排気弁リフト特性変更手段を有し、
前記第2特性は、所定の第1開弁期間、前記排気弁が所定のリフト量で開弁した後、前記第1開弁期間に継続して当該第1開弁期間の終了後から吸気行程の所定タイミングまでの第2開弁期間、前記排気弁が前記第1の開弁期間中における最大リフト量よりも小さいリフト量で開弁するよう構成されており、
前記制御手段は、
前記排気弁リフト特性変更手段を制御して、前記排気弁のリフト特性を、前記高回転側圧縮自着火領域では前記第1特性にする一方、前記低回転側圧縮自着火領域では前記第2特性にすることを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 The control apparatus for a compression ignition engine according to claim 1,
A first characteristic that closes the lift characteristic of the exhaust valve closer to the advance side than the intake top dead center, and a second characteristic that has a valve opening period longer than the first characteristic and continues to open halfway through the intake stroke. Exhaust valve lift characteristics change means that can be changed to characteristics,
The second characteristic is that after the exhaust valve is opened with a predetermined lift amount during a predetermined first valve opening period, the intake stroke is continued from the end of the first valve opening period continuously after the first valve opening period. The exhaust valve is configured to open with a lift amount smaller than the maximum lift amount during the first valve opening period during the second valve opening period until the predetermined timing of
The control means includes
The exhaust valve lift characteristic changing means is controlled so that the lift characteristic of the exhaust valve is the first characteristic in the high-rotation side compression auto-ignition area, while the second characteristic is in the low-rotation side compression auto-ignition area. A control device for a compression ignition engine characterized by comprising:
前記制御手段は、前記低回転側圧縮自着火領域において、前記吸気弁の開弁時期を、吸気上死点よりも遅角側にすることを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 The control apparatus for a compression ignition engine according to claim 1 or 2,
The control device for a compression ignition engine characterized in that the control means sets the valve opening timing of the intake valve to the retard side from the intake top dead center in the low rotation side compression auto-ignition region.
吸気弁のリフト特性を、所定の小リフト特性と、最大リフト量が前記小リフト特性の最大リフト量よりも大きく設定された大リフト特性とに変更可能な吸気弁リフト特性変更手段を有し、
前記制御手段は、前記吸気弁リフト特性変更手段を制御して、前記吸気弁のリフト特性を、前記高回転側圧縮自着火領域では前記大リフト特性にする一方、前記低回転側圧縮自着火領域では前記小リフト特性にすることを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control apparatus of the compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 3,
An intake valve lift characteristic changing means capable of changing the lift characteristic of the intake valve to a predetermined small lift characteristic and a large lift characteristic in which the maximum lift amount is set larger than the maximum lift amount of the small lift characteristic;
The control means controls the intake valve lift characteristic changing means so that the lift characteristic of the intake valve becomes the large lift characteristic in the high-rotation side compression auto-ignition area, while the low-rotation side compression auto-ignition area Then, a control device for a compression ignition type engine having the small lift characteristic.
前記高回転側圧縮自着火領域での前記排気弁の開弁時期を前記低回転側圧縮自着火領域での前記排気弁の開弁時期よりも進角側に制御することを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the compression ignition engine according to any one of claims 1 to 4,
The compression ignition is characterized in that the opening timing of the exhaust valve in the high-rotation side compression auto-ignition region is controlled to be advanced from the opening timing of the exhaust valve in the low-rotation side compression auto-ignition region. Type engine control device.
前記制御手段は、前記高回転側圧縮自着火領域において、前記吸気弁の開弁時期の吸気上死点からの遅角量と、前記排気弁の閉弁時期の吸気上死点からの進角量とをほぼ同一にすることを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the compression ignition engine according to any one of claims 1 to 5,
In the high-rotation side compression auto-ignition region, the control means includes a retard amount from the intake top dead center of the intake valve opening timing and an advance angle from the intake top dead center of the exhaust valve closing timing. A control device for a compression ignition engine characterized in that the amount is substantially the same.
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