JP6244882B2 - Control unit for direct injection engine - Google Patents

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Description

本発明は、直噴エンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a direct injection engine.

従来より、燃費性能の向上等を目的として、エンジン本体の気筒に形成された燃焼室内で圧縮自着火燃焼を実施することが行われている。   Conventionally, for the purpose of improving fuel efficiency, compression auto-ignition combustion has been performed in a combustion chamber formed in a cylinder of an engine body.

圧縮自着火燃焼では、気筒内の混合気の温度を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そのため、通常、圧縮自着火燃焼を実施する際には、内部EGRを実施して高温の既燃ガス(内部EGRガス)を燃焼室内に残存させることにより混合気が昇温されている。そして、特許文献1に示されるように、この圧縮自着火燃焼が実施される領域では、エンジン負荷が低いほど混合気の温度が低くなりやすいことから、エンジン負荷が低いほど内部EGR率が高く設定されている。   In compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the temperature of the air-fuel mixture in the cylinder to a temperature at which self-ignition is possible. Therefore, normally, when performing compression auto-ignition combustion, the air-fuel mixture is heated by performing internal EGR to leave high-temperature burned gas (internal EGR gas) in the combustion chamber. As shown in Patent Document 1, in the region where this compression auto-ignition combustion is performed, the temperature of the air-fuel mixture tends to be lower as the engine load is lower, so the internal EGR rate is set higher as the engine load is lower. Has been.

特開2012−172665号公報JP 2012-172665 A

前述のように圧縮自着火燃焼においてエンジン負荷が低いほど内部EGR率が高く設定されている場合において、エンジン負荷が低く内部EGR率が高い運転条件から内部EGR率が低い高負荷側の運転条件へと加速すると、高温の既燃ガスである内部EGRガス量が低下する上に、燃焼室内の壁面温度が即座に高負荷側の運転条件に適応した温度にまで上昇しないことから、混合気の温度が自着火可能な温度にまで適正に高められず、失火等が生じるという問題がある。   As described above, when the internal EGR rate is set higher as the engine load is lower in the compression ignition combustion, the operating condition is changed from the operating condition where the engine load is low and the internal EGR rate is high to the operating condition on the high load side where the internal EGR rate is low. As a result, the amount of internal EGR gas, which is a high-temperature burned gas, decreases, and the wall surface temperature in the combustion chamber does not immediately rise to a temperature suitable for operating conditions on the high load side. However, it is not possible to raise the temperature appropriately to a temperature at which self-ignition is possible, and there is a problem that misfire occurs.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧縮自着火燃焼領域での内部EGR率が低い運転条件への加速時において、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直噴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 can realize more stable and stable compression auto-ignition combustion at the time of acceleration to an operating condition with a low internal EGR rate in the compression auto-ignition combustion region. Provided is a control device for a direct injection engine.

前記課題を解決するために、本発明は、気筒に形成された燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置を有し、前記燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させてピストンを往復運動させる直噴エンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態を判定する判定手段と、前記燃焼室内に既燃ガスである内部EGRガスを残存させる内部EGRを実施する内部EGR手段と、少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い領域に設定された圧縮自着火燃焼領域での運転時に、前記内部EGR手段を駆動して内部EGRを実施しつつ、前記燃料噴射装置から噴射させた燃料と空気との混合気を前記燃焼室内で自着火により燃焼させて、圧縮自着火燃焼を実施する燃焼制御手段とを備え、前記圧縮自着火燃焼領域において、前記燃焼室内の全ガス量に占める前記内部EGRガス量の割合である内部EGR率はエンジン負荷が高い側ほど低くなるよう設定されており、前記燃焼制御手段は、前記圧縮自着火燃焼領域での定常運転時において、前記燃料噴射装置に吸気行程中に燃料を噴射させ、前記圧縮自着火燃焼領域の第1運転条件から当該第1運転条件よりも前記内部EGR率が低く設定された前記圧縮自着火燃焼領域の第2運転条件へと移行する加速時において、前記燃料噴射装置に、圧縮上死点前で前記燃焼室内に燃料を噴射するメイン噴射と、膨張行程中に前記燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施させるとともに、前記メイン噴射の噴射量と前記ポスト噴射の噴射量とを含む総噴射量を、前記第2運転条件における定常運転時の総噴射量よりも多くすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a fuel injection device capable of injecting fuel into a combustion chamber formed in a cylinder, and reciprocating a piston by combusting a mixture of fuel and air in the combustion chamber. A control device for a direct-injection engine that moves, a determination unit that determines an operating state of the engine, an internal EGR unit that performs an internal EGR that causes an internal EGR gas that is a burned gas to remain in the combustion chamber, and at least the engine During operation in a compression auto-ignition combustion region where the load is set to be lower than a predetermined load, the internal EGR means is driven to perform internal EGR, while the fuel and air injected from the fuel injection device Combustion control means for burning the air-fuel mixture by self-ignition in the combustion chamber and performing compression auto-ignition combustion, and in the compression auto-ignition combustion region, the total gas amount in the combustion chamber Internal EGR rate is the percentage of Mel the internal EGR gas amount is set so that the engine load becomes higher side lower, the combustion control means, during normal operation in the compression ignition combustion region, the fuel The fuel is injected into the injection device during the intake stroke, and the second operation in the compression auto-ignition combustion region in which the internal EGR rate is set lower than the first operation condition from the first operation condition in the compression auto-ignition combustion region . When accelerating to the condition, the fuel injection device is subjected to main injection for injecting fuel into the combustion chamber before compression top dead center and post injection for injecting fuel into the combustion chamber during the expansion stroke. And the total injection amount including the injection amount of the main injection and the injection amount of the post injection is made larger than the total injection amount during steady operation under the second operating condition. To provide a control apparatus for an engine (claim 1).

本発明によれば、内部EGR率の低い第2運転条件へ移行する加速時であって、内部EGR率の低下に伴う混合気温度の低下および燃焼室の壁面温度の追従遅れが生じる場合においても、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, even at the time of acceleration when shifting to the second operating condition with a low internal EGR rate, even when the mixture temperature decreases due to the decrease in the internal EGR rate and the follow-up delay of the wall surface temperature of the combustion chamber occurs. Thus, it is possible to realize more stable and stable compression auto-ignition combustion.

具体的には、本発明では、前記加速時において、総噴射量を定常運転時の総噴射量よりも多くして燃焼室内で生成される熱エネルギを定常運転時よりも多くしているため、内部EGR率の低下および燃焼室の壁面温度の追従遅れに伴う混合気の温度低下をこの熱エネルギによって補って、混合気の温度を高くすることができ、加速後早期に安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。特に、膨張行程中にポスト噴射を行っているため、総噴射量を増大させつつ、有効なエンジントルクが過剰に生じてトルクショックが生じるのを回避することができるとともに、排気温度ひいては内部EGRガスの温度を高めて着火性をより一層高めることができる。   Specifically, in the present invention, at the time of acceleration, the total injection amount is made larger than the total injection amount during steady operation to increase the thermal energy generated in the combustion chamber more than during steady operation. This thermal energy compensates for the temperature drop of the air-fuel mixture accompanying the decrease in the internal EGR rate and the delay in tracking the wall temperature of the combustion chamber, so that the temperature of the air-fuel mixture can be raised, and stable self-ignition combustion that is stable early after acceleration Can be realized. In particular, since the post injection is performed during the expansion stroke, it is possible to avoid the occurrence of excessive engine torque due to excessive effective engine torque and the occurrence of torque shock while increasing the total injection amount, as well as the exhaust temperature and the internal EGR gas. The ignitability can be further enhanced by raising the temperature of the slag.

本発明において、前記燃焼制御手段は、前記第1運転条件から前記第2運転条件への加速時において、複数サイクルにわたって前記ポスト噴射を実施するとともに、前記加速直後からの経過サイクル数が多いほど、前記メイン噴射の噴射量を増大させる一方前記ポスト噴射の噴射量を減少させ、かつ、前記ポスト噴射の噴射タイミングを遅角側にするのが好ましい(請求項2)。   In the present invention, the combustion control means performs the post-injection over a plurality of cycles during acceleration from the first operating condition to the second operating condition, and as the number of elapsed cycles from immediately after the acceleration increases, It is preferable that the injection amount of the main injection is increased while the injection amount of the post injection is decreased, and the injection timing of the post injection is retarded (Claim 2).

このようにすれば、加速時においてトルクショックが生じるのを回避しながら適正な定常状態に移行させることができる。具体的には、定常状態に移行するまでの間は、燃焼室の壁面温度および混合気の温度が上昇するに伴って、ポスト噴射により生じた燃焼エネルギがより有効なエンジントルクに変換されやすくなっていく。これに対して、本構成では、加速直後からの経過サイクルが増加して燃焼室の壁面温度等が上昇するのに合わせて、ポスト噴射の噴射量を減少するとともに噴射タイミングを遅角させてポスト噴射により生じた燃焼エネルギが有効なエンジントルクへ変換されるのを抑制しているため、定常状態に以降するまでの間に、有効なエンジントルクが過剰に生じてトルクショックが生じるのをより確実に回避することができる。   In this way, it is possible to shift to an appropriate steady state while avoiding the occurrence of torque shock during acceleration. Specifically, the combustion energy generated by the post-injection is easily converted into a more effective engine torque as the wall surface temperature of the combustion chamber and the temperature of the air-fuel mixture rise until the transition to the steady state. To go. In contrast, in this configuration, the post-injection amount is decreased and the injection timing is retarded as the elapsed cycle immediately after acceleration increases and the wall temperature of the combustion chamber rises. Since the combustion energy generated by the injection is suppressed from being converted into an effective engine torque, it is more certain that an effective engine torque will be generated excessively and a torque shock will occur before the steady state is reached. Can be avoided.

本発明において、前記燃焼制御手段は、前記第1運転条件から前記第2運転条件へと移行する加速時において、当該加速直後に前記内部EGR手段を前記内部EGR率が前記第2運転条件に対応する低い値となるように前記内部EGR手段を制御するのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, at the time of acceleration when the combustion control means shifts from the first operating condition to the second operating condition, the internal EGR means corresponds to the second operating condition immediately after the acceleration. It is preferable to control the internal EGR means so as to obtain a low value.

前述のように、本発明によれば、内部EGR率の低下を伴う加速時においても安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。そのため、本構成のように、第1運転条件から第2運転条件へ移行する加速時において、加速直後に内部EGR手段を内部EGR率が第2運転条件に設定された値となるように制御すれば、内部EGRの制御を複雑にすることなく、内部EGR率を早期に第2運転条件に設定された適正な値にすることができる。   As described above, according to the present invention, stable compression auto-ignition combustion can be realized even during acceleration accompanied by a decrease in the internal EGR rate. Therefore, as in this configuration, at the time of acceleration when shifting from the first operating condition to the second operating condition, the internal EGR means is controlled so that the internal EGR rate becomes the value set in the second operating condition immediately after the acceleration. For example, the internal EGR rate can be quickly set to an appropriate value set in the second operating condition without complicating the control of the internal EGR.

前記構成において、前記内部EGR手段は、排気弁と吸気弁の少なくとも一方を駆動するものであり、前記燃焼制御手段は、排気弁と吸気弁の少なくとも一方の開閉時期を変更することで前記内部EGR率を変更することで前記内部EGR率を変更するのが好ましい(請求項4)。   In the above configuration, the internal EGR means drives at least one of the exhaust valve and the intake valve, and the combustion control means changes the opening / closing timing of at least one of the exhaust valve and the intake valve. It is preferable to change the internal EGR rate by changing the rate.

このようにすれば、より早期に内部EGR率を変更することができる。   In this way, the internal EGR rate can be changed earlier.

本発明は、前記燃焼室から排出された排ガスを吸気側に還流する外部EGR手段を備え、前記燃焼制御手段は、前記第2運転条件のエンジン負荷が予め設定された基準負荷以上の場合には、当該第2運転条件へ移行する加速時に、前記内部EGR率を減少させつつ前記外部EGR手段を駆動して前記排ガスを吸気側に還流させるのが好ましい(請求項5)。   The present invention includes an external EGR means for recirculating the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake side, and the combustion control means is provided when the engine load of the second operating condition is equal to or higher than a preset reference load. Preferably, during acceleration to shift to the second operating condition, the exhaust gas is recirculated to the intake side by driving the external EGR means while reducing the internal EGR rate (Claim 5).

すなわち、本発明では、前記のように、加速時にメイン噴射と膨張行程に実施するポスト噴射とを実施しており、熱発生を分割して生じさせて燃焼温度を低く抑えることができる。そのため、外部EGR手段により吸気側に還流する排ガスが応答遅れによって加速後即座に気筒内に導入されない場合であっても、燃焼温度が過剰に上昇して燃焼騒音が増大するのを抑制することができる。   That is, in the present invention, as described above, the main injection and the post-injection performed during the expansion stroke are performed during acceleration, and heat generation can be divided and generated to keep the combustion temperature low. Therefore, even when the exhaust gas recirculated to the intake side by the external EGR means is not introduced into the cylinder immediately after acceleration due to a response delay, it is possible to suppress an excessive increase in combustion temperature and combustion noise. it can.

以上説明したように、本発明によれば、圧縮自着火燃焼領域での内部EGR率が低い運転条件へ移行する加速時において、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 reliable and stable compression auto-ignition combustion at the time of acceleration when shifting to an operating condition where the internal EGR rate in the compression auto-ignition combustion region is low.

本発明の実施形態に係るエンジンシステムを示す概略図である。1 is a schematic view showing an engine system according to an embodiment of the present invention. 図1に示すエンジンシステムの制御に係るブロック図である。It is a block diagram which concerns on control of the engine system shown in FIG. 図1に示す燃焼室を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the combustion chamber shown in FIG. (a)通常モードにおける排気弁のリフト特性を示した図である。(b)特殊モードにおける排気弁のリフト特性を示した図である。(A) It is the figure which showed the lift characteristic of the exhaust valve in normal mode. (B) It is the figure which showed the lift characteristic of the exhaust valve in a special mode. エンジンの運転制御マップを例示する図である。It is a figure which illustrates the operation control map of an engine. エンジン負荷とEGR率の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between an engine load and an EGR rate. 吸気行程一括噴射の噴射パターンを示した図である。It is the figure which showed the injection pattern of intake stroke batch injection. 加速時に生じる問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem which arises at the time of acceleration. 加速時に生じる問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem which arises at the time of acceleration. (a)本発明の実施形態に係る噴射パターンを示した図である。(b)本発明の実施形態に係る噴射パターンを示した図である。(A) It is the figure which showed the injection pattern which concerns on embodiment of this invention. (B) It is the figure which showed the injection pattern which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る制御を実施した際の加速時の各パラメータの変化を示した図である。It is the figure which showed the change of each parameter at the time of acceleration at the time of implementing control which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る制御を実施した際の加速時の各パラメータの変化を示した図である。It is the figure which showed the change of each parameter at the time of acceleration at the time of implementing control which concerns on embodiment of this invention.

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、本発明に係る直噴エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステム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 to which a control device for a direct injection engine according to the present invention is applied. The engine system 100 is mounted on a vehicle and has an engine body 1.

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、後述するように、インジェクタ(燃料噴射装置)15により燃料を気筒10(燃焼室11)内に直接噴射可能に構成された直噴エンジンである。また、エンジン本体1は、後述するように、圧縮自着火燃焼が実現されるエンジンである。   The engine body 1 is a gasoline engine to which a fuel containing at least gasoline is supplied, and is a four-cycle engine, that is, an engine in which an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke are sequentially performed. As will be described later, the engine body 1 is a direct injection engine configured such that fuel can be directly injected into a cylinder 10 (combustion chamber 11) by an injector (fuel injection device) 15. The engine body 1 is an engine that realizes compression self-ignition combustion, as will be described later.

エンジン本体1は、気筒10が形成されたシリンダブロック12とシリンダヘッド13とを有する。本実施形態では、4つの気筒10がシリンダブロック12に直列に形成されている。各気筒10内には、コンロッドを介してクランクシャフト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。そして、各気筒10内には、気筒10の内側面とピストン14の冠面とシリンダヘッド13とによって囲まれた燃焼室11が形成されている。   The engine body 1 has a cylinder block 12 in which a cylinder 10 is formed and a cylinder head 13. In the present embodiment, four cylinders 10 are formed in series with the cylinder block 12. In each cylinder 10, a piston 14 connected to a crankshaft via a connecting rod is fitted so as to be able to reciprocate. In each cylinder 10, a combustion chamber 11 surrounded by the inner surface of the cylinder 10, the crown surface of the piston 14, and the cylinder head 13 is formed.

以下、ピストン14の往復動方向を上下方向といい、シリンダブロック12に対してシリンダヘッド13が配置されている側を上側という。   Hereinafter, the reciprocating direction of the piston 14 is referred to as the vertical direction, and the side on which the cylinder head 13 is disposed with respect to the cylinder block 12 is referred to as the upper side.

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 engine body 1 is set to a relatively high value of 15 or more for the purpose of improving the thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion. The geometric compression ratio of the engine body 1 is not limited to this, but a range of about 15 or more and 20 or less is preferable.

ピストン14および燃焼室11は、図3に示すような構成を有する。ピストン14の冠面すなわち上面の径方向中央には、シリンダヘッド13および燃焼室11の天井から離間する方向すなわち下方に凹む凹状を有するキャビティ11aが形成されている。キャビティ11aは、その上端に、燃焼室11の天井向きすなわち上向きの開口部を有している。キャビティ11aの開口部の開口面積は、キャビティ11aの内部の各高さ位置での水平方向断面の面積の最大値よりも小さく設定されている。すなわち、キャビティ11aは、その開口部から所定深さまでの範囲において、上方に至るほど内径が狭くなるように上窄まり状になっている。   The piston 14 and the combustion chamber 11 have a configuration as shown in FIG. A cavity 11 a having a concave shape that is recessed in a direction away from the ceiling of the cylinder head 13 and the combustion chamber 11, that is, in the downward direction, is formed in the center in the radial direction of the piston 14. The cavity 11a has an opening facing the ceiling of the combustion chamber 11, that is, upward, at the upper end thereof. The opening area of the opening of the cavity 11a is set to be smaller than the maximum value of the area of the horizontal cross section at each height position inside the cavity 11a. That is, the cavity 11a is constricted so that the inner diameter becomes narrower in the range from the opening to a predetermined depth.

シリンダヘッド13には、気筒10毎に、燃焼室11内に燃料を直接噴射するインジェクタ15が取り付けられている。インジェクタ15は、図3に示すように、その噴口がキャビティ11aの径方向中央と対向するように、燃焼室11の天井面の径方向中央から燃焼室11内に臨むように配設されている。本実施形態では、インジェクタ15は、複数の噴口を有する多噴口型であり、インジェクタ15から噴射された燃料噴霧は、燃焼室11の径方向中央から下向き放射状に広がる。インジェクタ15は、燃料供給システム(不図示)により燃料タンク(不図示)から圧送された比較的高圧の燃料を燃焼室11内に噴射する。   An injector 15 that directly injects fuel into the combustion chamber 11 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 10. As shown in FIG. 3, the injector 15 is disposed so as to face the inside of the combustion chamber 11 from the radial center of the ceiling surface of the combustion chamber 11 so that the nozzle hole faces the radial center of the cavity 11 a. . In the present embodiment, the injector 15 is a multi-hole type having a plurality of nozzle holes, and the fuel spray injected from the injector 15 spreads radially downward from the radial center of the combustion chamber 11. The injector 15 injects relatively high-pressure fuel pumped from a fuel tank (not shown) by a fuel supply system (not shown) into the combustion chamber 11.

シリンダヘッド13には、燃焼室11内の混合気に強制点火する点火プラグ16が気筒10毎に取り付けられている。各点火プラグ16は、その先端に設けられた電極部分がインジェクタ15の噴口近傍に位置するように配置されている。   A spark plug 16 that forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 10. Each spark plug 16 is arranged such that an electrode portion provided at the tip thereof is positioned in the vicinity of the nozzle hole of the injector 15.

シリンダヘッド13には、気筒10毎に、気筒10内に吸気を導入するための吸気ポート17および気筒10内から排気を排出するための排気ポート18がそれぞれ形成されている。吸気ポート17および排気ポート18には、これら各ポート17,18、詳細には、シリンダヘッド13に形成されたこれら各ポート17,18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。   The cylinder head 13 is provided with an intake port 17 for introducing intake air into the cylinder 10 and an exhaust port 18 for discharging exhaust gas from the cylinder 10 for each cylinder 10. The intake port 17 and the exhaust port 18 are respectively provided with these ports 17, 18, and more specifically, an intake valve 21 and an exhaust valve 22 that open and close the openings of the ports 17, 18 formed in the cylinder head 13, respectively. It is installed.

排気弁22は、排気弁駆動機構(内部EGR手段)23によって駆動される。排気弁駆動機構23は、排気バルブリフト可変機構(以下、排気VVL(Variable Valve Lift)という)23aと、排気位相可変機構(以下、排気VVT(Variable Valve Timing)という)23bとを含む。   The exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism (internal EGR means) 23. The exhaust valve drive mechanism 23 includes an exhaust valve lift variable mechanism (hereinafter referred to as an exhaust VVL (Variable Valve Lift)) 23a and an exhaust phase variable mechanism (hereinafter referred to as an exhaust VVT (Variable Valve Timing)) 23b.

排気VVL23aは、排気弁22の作動モードを図4(a)に示す通常モードと、図4(b)に示す特殊モードとに切り替える。通常モードでは、排気弁22は、主に排気行程中に開弁する(開弁開始から閉弁までの期間の大部分が排気行程と重なる)。このとき、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第2の開弁期間t_2維持した後ゼロに至る。排気VVL23a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)に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)に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VVL23a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VVL23aは、例えば油圧作動式である。   The exhaust VVL 23a switches the operation mode of the exhaust valve 22 between a normal mode shown in FIG. 4 (a) and a special mode shown in FIG. 4 (b). In the normal mode, the exhaust valve 22 is opened mainly during the exhaust stroke (the majority of the period from the start of valve opening to the valve closing overlaps with the exhaust stroke). At this time, the valve lift of the exhaust valve 22 gradually increases after the valve is opened, and when reaching the maximum lift, it gradually decreases again and reaches zero. In the special mode, the valve lift of the exhaust valve 22 gradually increases after the valve opening and reaches the maximum lift during the first valve opening period t_1 as in the normal mode. Without reaching zero as it is, the lift amount, that is, a lift lower than the maximum lift in the first valve opening period t_1 is maintained to zero after maintaining the second valve opening period t_2. The exhaust VVL 23a includes a first cam and a second cam having different cam shapes in order to realize these modes. The first cam has a shape corresponding to the lift characteristic shown in FIG. 4A and has one cam crest. The second cam has a shape corresponding to the lift characteristics shown in FIG. 4B, and has two cam peaks. The exhaust VVL 23 a includes a lost motion mechanism that selectively transmits the operating state of the first cam and the second cam to the exhaust valve 22. By transmitting the operating state of the first cam to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22. The operation state is set to the normal mode, and the operation state of the exhaust valve 22 is set to the special mode by transmitting the operation state of the second cam to the exhaust valve 22. The exhaust VVL 23a is, for example, hydraulically operated.

排気VVT23b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VVT23b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VVT23b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 exhaust VVT 23b changes the rotation phase of the exhaust camshaft relative to the crankshaft 15 to change the opening timing and closing timing of the exhaust valve 22. The exhaust VVT 23b changes the valve opening timing and the valve closing timing of the exhaust valve 22 while keeping the valve opening period of the exhaust valve 22 constant in each of the normal mode and the special mode. The exhaust VVT 23b may employ a hydraulic, electromagnetic, or mechanical known structure as appropriate, and a detailed description thereof is omitted.

排気VVT23b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VVT23b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中に排気上死点(図4(b)のTDC)がくるように、すなわち排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排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を排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、排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11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18に排出された排気が吸気行程中に燃焼室11内に逆流して排気すなわち高温の既燃ガスが燃焼室11内に残留する。   The exhaust VVT 23b sets the rotation phase of the exhaust camshaft so that the exhaust valve 22 opens in the intake stroke in addition to the exhaust stroke when the exhaust valve 22 is in the special mode. Further, when the exhaust valve 22 is in the special mode, the exhaust VVT 23b has an exhaust top dead center (TDC in FIG. 4B) during the second valve opening period t_2, that is, the exhaust VVT 23b is exhausted. The rotational phase of the exhaust camshaft is set so that the valve lift of the exhaust valve 22 at the top dead center becomes a relatively small value realized during the second valve opening period t_2. Thus, in the present embodiment, the exhaust valve 22 is opened during the intake stroke in addition to the exhaust stroke when the operating state of the exhaust valve 22 is set to the special mode. In particular, in the present embodiment, the exhaust valve 22 is continuously opened in the exhaust stroke and the intake stroke with the exhaust top dead center being sandwiched without closing in the middle. Here, when the exhaust valve 22 is continuously opened across the exhaust top dead center, the exhaust valve 22 and the piston 14 may interfere with each other. In contrast, in the present embodiment, as described above, the valve lift amount of the exhaust valve 22 near the exhaust top dead center is suppressed to a small value, so that interference between the exhaust valve 22 and the piston 14 is avoided. Can do. The exhaust double opening, that is, the special mode is performed in order to perform so-called internal EGR by leaving the high-temperature burned gas, that is, the internal EGR gas in the combustion chamber 11. Specifically, when the exhaust is opened twice and the exhaust valve 22 is opened even during the intake stroke, the exhaust once discharged to the exhaust port 18 during the exhaust stroke is in the combustion chamber 11 during the intake stroke. The exhaust gas, that is, the high-temperature burned gas remains in the combustion chamber 11.

そして、本実施形態では、排気二度開きが実施された状態で、排気VVT23bにより排気弁22の閉弁時期が変更されることで、燃焼室11内の全ガス量に占める内部EGRガス量の割合である内部EGR率が変更される。具体的には、排気VVT23bは、内部EGR率を低下したい場合には、排気弁22の閉弁時期を進角させて、吸気行程のより早い段階で排気弁22を閉弁させる。このように、本実施形態では、排気VVT23bによる排気弁22の閉弁時期の変更により内部EGR率が変更されるため、内部EGR率は早期に変更される。また、ポンピングロスを小さく抑えるとともにより早期に混合気の空燃比を変更できるように、混合気の空燃比が、内部EGRガス率の変更により実施される。具体的には、排気VVT23bにより、排気弁22の閉弁時期が変更され、これにより、混合気の空燃比が適正に制御される。   In this embodiment, the exhaust VVT 23b changes the valve closing timing of the exhaust valve 22 in a state where the exhaust is opened twice, so that the internal EGR gas amount occupying the total gas amount in the combustion chamber 11 can be reduced. The internal EGR rate, which is a percentage, is changed. Specifically, when it is desired to reduce the internal EGR rate, the exhaust VVT 23b advances the valve closing timing of the exhaust valve 22 and closes the exhaust valve 22 at an earlier stage of the intake stroke. Thus, in this embodiment, since the internal EGR rate is changed by changing the valve closing timing of the exhaust valve 22 by the exhaust VVT 23b, the internal EGR rate is changed early. Further, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is implemented by changing the internal EGR gas rate so that the pumping loss can be kept small and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be changed earlier. Specifically, the closing timing of the exhaust valve 22 is changed by the exhaust VVT 23b, whereby the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled appropriately.

吸気弁21は、吸気弁駆動機構24によって駆動される。吸気弁駆動機構24bの具体的構成は特に限定されないが、例えば、吸気弁21のバルブリフトを変更可能な吸気VVL24aと、吸気弁21の開弁時期と閉弁時期とを変更する吸気VVT24bとを含むものが挙げられる。   The intake valve 21 is driven by an intake valve drive mechanism 24. The specific configuration of the intake valve drive mechanism 24b is not particularly limited. For example, an intake VVL 24a that can change the valve lift of the intake valve 21 and an intake VVT 24b that changes the opening timing and closing timing of the intake valve 21 are provided. Including.

各吸気ポート17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10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17とが接続されている。   An intake passage 30 is connected to each intake port 17. Specifically, branch passages that branch in correspondence with the cylinders 10 are formed at the downstream end of the intake passage 30, and these branch passages are connected to the intake ports 17.

吸気通路30には、上流側から順に、エアクリーナ31、スロットル弁32、サージタンク33が配設されている。   In the intake passage 30, an air cleaner 31, a throttle valve 32, and a surge tank 33 are arranged in this order from the upstream side.

各排気ポート18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10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 exhaust passage 40 is connected to each exhaust port 18. Specifically, like the intake passage 30, branch passages branching corresponding to the cylinders 10 are formed at the upstream end of the exhaust passage 40, and these branch passages are connected to the intake ports 18. .

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、三元触媒を含んでいる。   The exhaust passage 40 is provided with an exhaust purification device that purifies harmful components in the exhaust gas. In the present embodiment, a direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are provided in order from the upstream side. The direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 include a three-way catalyst.

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(外部EGR手段)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32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。本実施形態では、EGR通路51を通過するガスは、EGRクーラ52により必ず冷却される。EGR通路51には、このEGR通路51を通過する排気の流量を調整するEGR弁53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。   Between the intake passage 30 and the exhaust passage 40, an EGR device (external EGR means) 50 for returning a part of the exhaust gas to the intake air, that is, performing external EGR is provided. The EGR device 50 includes an EGR passage 51 and an EGR cooler 52. The EGR passage 51 connects a portion of the intake passage 30 between the surge tank 33 and the throttle valve 32 and a portion of the exhaust passage 40 upstream of the direct catalyst 41. The EGR cooler 52 is for cooling the gas passing through the EGR passage 51, and is interposed in the EGR passage 51. In the present embodiment, the gas passing through the EGR passage 51 is necessarily cooled by the EGR cooler 52. The EGR passage 51 is provided with an EGR valve 53 that adjusts the flow rate of the exhaust gas that passes through the EGR passage 51. Hereinafter, recirculation of a part of the exhaust gas to the intake air using the EGR device 50 is referred to as external EGR, and the exhaust gas recirculated to the intake air by the EGR device 50 may be referred to as external EGR gas.

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)60によって制御される。PCM60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 powertrain control module (control means, hereinafter referred to as PCM) 60. The PCM 60 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units.

PCM60には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW11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> 11 are input to the PCM 60.

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30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、外部EGRガスの温度を検出するためのEGRガス温センサである。EGRガス温センサSW3は、EGR通路51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SW4は気筒10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である。吸気ポート温度センサSW4は、吸気ポート17に取り付けられている。センサSW5は、排気温度を検出する排気温センサである。センサSW6は、排気圧を検出する排気圧センサである。排気温センサSW5、排気圧センサSW6は、排気通路40のうちEGR通路51の接続部分近傍に配置されている。センサSW7は、排気中の酸素濃度を検出するリニアOセンサである。リニアOセンサSW7は、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SW8は、排気中の酸素濃度を検出するラムダOセンサである。ラムダOセンサSW8は、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SW9は、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサである。センサSW10は、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサである。センサSW11は、車両のアクセルペダル(不図示)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である。 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 that detects the temperature of fresh air. The air flow sensor SW1 and the intake air temperature sensor SW2 are disposed on the downstream side of the air cleaner 31 in the intake passage 30. The sensor SW3 is an EGR gas temperature sensor for detecting the temperature of the external EGR gas. The EGR gas temperature sensor SW3 is disposed in the vicinity of the connection portion with the intake passage 30 in the EGR passage 51. The sensor SW4 is an intake port temperature sensor that detects the temperature of intake air immediately before flowing into the cylinder 10. The intake port temperature sensor SW4 is attached to the intake port 17. The sensor SW5 is an exhaust temperature sensor that detects the exhaust temperature. The sensor SW6 is an exhaust pressure sensor that detects the exhaust pressure. The exhaust temperature sensor SW5 and the exhaust pressure sensor SW6 are disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 51 in the exhaust passage 40. The sensor SW7 is a linear O 2 sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The linear O 2 sensor SW 7 is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40. The sensor SW8 is a lambda O 2 sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The lambda O 2 sensor SW8 is disposed between the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42. The sensor SW9 is a water temperature sensor that detects the temperature of the engine cooling water. The sensor SW10 is a crank angle sensor that detects the rotation angle of the crankshaft. The sensor SW11 is an accelerator opening sensor that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle.

PCM60は、各センサSW1〜11の検出信号に基づいて種々の演算を行う。PCM60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。PCM60は、運転条件に応じてインジェクタ15、点火プラグ16、燃料供給システム、吸気VVT24b、吸気VVL24a、排気VVT23b、排気VVL23a、各種の弁(スロットル弁32、EGR弁53)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。本実施形態では、PCM60が、エンジン回転数、エンジン負荷等からエンジンの運転状態を判定する判定手段、排気VVT23b、排気VVL23aを制御して内部EGR率を変更するとともに、インジェクタ15や、点火プラグ16等を制御して、燃焼室11内での混合気の燃焼形態を制御し、後述するように、CI燃焼領域において圧縮自着火燃焼を実現させる燃焼制御手段として機能する。また、PCM60は、EGR弁53を制御して、外部EGR率を変更する。   The PCM 60 performs various calculations based on the detection signals of the sensors SW1 to SW11. The PCM 60 determines the operating conditions of the engine body 1 and the vehicle based on these detection signals. The PCM 60 outputs control signals to the actuators of the injector 15, spark plug 16, fuel supply system, intake VVT 24b, intake VVL 24a, exhaust VVT 23b, exhaust VVL 23a, and various valves (throttle valve 32, EGR valve 53) according to operating conditions. And control these. In this embodiment, the PCM 60 changes the internal EGR rate by controlling the exhaust VVT 23b and the exhaust VVL 23a by determining means for determining the operating state of the engine from the engine speed, the engine load, etc., and the injector 15 and spark plug 16 Are controlled to control the combustion mode of the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 and function as combustion control means for realizing compression auto-ignition combustion in the CI combustion region, as will be described later. The PCM 60 also controls the EGR valve 53 to change the external EGR rate.

PCM60による制御内容について次に説明する。   The contents of control by the PCM 60 will be described next.

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である。本エンジンシステム100では、エンジン負荷が予め設定された燃焼切替負荷T1以上となる高負荷領域(SI(Spark Ignition)燃焼領域)では、圧縮自着火燃焼を実施すると燃焼騒音が問題となるため、点火プラグ25による点火を行って混合気を燃焼させる火花点火燃焼を実施する。一方、燃焼騒音が小さく抑えられるエンジン負荷が燃焼切替負荷T1未満の低負荷領域に設定されたCI(Compression Ignition)燃焼領域(圧縮自着火燃焼領域)では点火プラグ25により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を実施する。   FIG. 5 is a control map of the engine speed on the horizontal axis and the engine load on the vertical axis. In the engine system 100, in a high load region (SI (Spark Ignition) combustion region) in which the engine load is equal to or higher than a preset combustion switching load T1, combustion noise becomes a problem when performing compression auto-ignition combustion. Spark ignition combustion is performed in which the air-fuel mixture is burned by ignition by the plug 25. On the other hand, in the CI (Compression Ignition) combustion region (compression auto-ignition combustion region) where the engine load that suppresses the combustion noise is set to a low load region less than the combustion switching load T1, the air-fuel mixture is not ignited by the spark plug 25. Compressed self-ignition combustion is performed in which self-ignition is performed.

CI燃焼領域における定常運転時の制御について次に説明する。   Next, control during steady operation in the CI combustion region will be described.

(1)EGR制御
CI燃焼領域において、安定した圧縮自着火燃焼を実現するためには、混合気の温度を自着火可能な温度にまで高める必要がある。そこで、CI燃焼領域では、内部EGRを実施して高温の既燃ガスである内部EGRガスを燃焼室11内に残留させ、これにより燃焼室11内および混合気の温度を高める。具体的には、CI燃焼領域では、排気弁22の作動状態を特殊モードとして排気二度開きを実施する。ただし、CI燃焼領域のうちエンジン負荷が比較的高い運転領域(図5に示す例では、エンジン負荷が基準負荷T2以上の領域)では、混合気の温度は十分に高く内部EGRガスを過剰に導入すると熱発生が急激に生じるすなわち熱発生率の最大値が過大となり燃焼騒音が許容範囲を超えるおそれがある。そのため、本実施形態では、エンジン負荷が基準負荷T2未満の第1領域CI_1領域では内部EGRのみを実施する一方、エンジン負荷が基準負荷T2以上かつ燃焼切替負荷T1未満に設定された第2領域CI_2では、内部EGRに加えて外部EGRを実施してEGRクーラ52で冷却された外部EGRガスを導入し、混合気の温度が過剰に上昇するのを抑制する。具体的には、第2領域CI_2では、排気弁22の作動状態を特殊モードとして排気二度開きを実施するとともにEGR弁53を開弁させる。
(1) EGR control In order to achieve stable compression auto-ignition combustion in the CI combustion region, it is necessary to raise the temperature of the air-fuel mixture to a temperature at which auto-ignition is possible. Therefore, in the CI combustion region, internal EGR is performed to cause the internal EGR gas, which is a high-temperature burned gas, to remain in the combustion chamber 11, thereby increasing the temperature in the combustion chamber 11 and the air-fuel mixture. Specifically, in the CI combustion region, the exhaust valve 22 is opened twice with the operating state of the exhaust valve 22 as a special mode. However, in the CI combustion region where the engine load is relatively high (in the example shown in FIG. 5, the region where the engine load is equal to or higher than the reference load T2), the temperature of the air-fuel mixture is sufficiently high and excessive internal EGR gas is introduced. Then, heat generation occurs rapidly, that is, the maximum value of the heat generation rate becomes excessive, and the combustion noise may exceed the allowable range. Therefore, in the present embodiment, only the internal EGR is performed in the first region CI_1 where the engine load is less than the reference load T2, while the second region CI_2 where the engine load is set to be equal to or greater than the reference load T2 and less than the combustion switching load T1. Then, in addition to the internal EGR, the external EGR is performed to introduce the external EGR gas cooled by the EGR cooler 52, thereby suppressing the temperature of the air-fuel mixture from rising excessively. Specifically, in the second region CI_2, the exhaust valve 22 is opened twice while the operation state of the exhaust valve 22 is set to the special mode, and the EGR valve 53 is opened.

CI燃料領域において、内部EGR率は、エンジン負荷に応じてそれぞれ適正な値に制御される。図5のエンジン回転数NE1におけるエンジン負荷に対するEGR率の変化を図6に示す。図6は、横軸をエンジン負荷とし、縦軸を燃焼室11内に導入可能なガス量を100%として内部EGRガス、外部EGRガス、新気のそれぞれの割合を示したものである。この図6に示されるように、内部EGR率は、CI燃焼領域全体においてエンジン負荷が低いほど高く設定される。エンジン負荷が低いほど混合気の温度も低くなりやすい。そのため、このように、エンジン負荷が低いほど高温の内部EGRガスの割合を増加させれば、混合気の温度を高めて着火性を良好に確保することができる。なお、図6には、エンジン負荷が所定値よりも低くなると内部EGR率を一定とする場合を示したが、エンジン負荷全体にわたってエンジン負荷の減少に伴って内部EGR率を増加させてもよい。   In the CI fuel region, the internal EGR rate is controlled to an appropriate value according to the engine load. FIG. 6 shows a change in the EGR rate with respect to the engine load at the engine speed NE1 in FIG. FIG. 6 shows the ratios of internal EGR gas, external EGR gas, and fresh air, where the horizontal axis is the engine load and the vertical axis is the amount of gas that can be introduced into the combustion chamber 11 as 100%. As shown in FIG. 6, the internal EGR rate is set higher as the engine load is lower in the entire CI combustion region. The lower the engine load, the lower the temperature of the mixture. Therefore, in this way, if the proportion of the hot internal EGR gas is increased as the engine load is lower, the temperature of the air-fuel mixture can be increased to ensure good ignitability. Although FIG. 6 shows a case where the internal EGR rate is made constant when the engine load becomes lower than a predetermined value, the internal EGR rate may be increased as the engine load decreases over the entire engine load.

(2)空燃比制御
前記第2領域CI_2のうちエンジン負荷が予め設定されたストイキ切替負荷T3以上の比較的高負荷側の領域では、燃焼温度が高くなるため、燃焼により生成される(触媒で浄化される前の)NOxいわゆるRawNOxを十分に小さく抑えることができないおそれがある。そのため、本実施形態では、第2領域CI_2のうちエンジン負荷がストイキ切替負荷T3以上の高負荷側第2領域CI_2Bでは、混合気全体の空燃比を理論空燃比にして混合気全体の空気過剰率λをλ=1に制御して、三元触媒でのNOxの浄化を可能とする。一方、エンジン負荷がT3未満の領域では、RawNOxを十分に小さく抑えることができるため、第2領域CI_2のうちエンジン負荷がストイキ切替負荷T3未満に設定された低負荷側第2領域CI_2A、および、第1領域CI_1では、燃費性能をより高めるべく、混合気全体の空燃比を理論空燃比よりもリーンとして、混合気全体の空気過剰率λをλ>1とする。
(2) Air-fuel ratio control In the second region CI_2, in a region on the relatively high load side where the engine load is equal to or higher than the preset stoichiometric switching load T3, the combustion temperature becomes high, so that it is generated by combustion (with catalyst) There is a possibility that NOx before purification (so-called RawNOx) cannot be sufficiently reduced. Therefore, in the present embodiment, in the high load side second region CI_2B in which the engine load is equal to or higher than the stoichiometric switching load T3 in the second region CI_2, the air-fuel ratio of the entire mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio. By controlling λ to λ = 1, it is possible to purify NOx with a three-way catalyst. On the other hand, in the region where the engine load is less than T3, RawNOx can be sufficiently reduced. Therefore, in the second region CI_2, the low load side second region CI_2A in which the engine load is set to be less than the stoichiometric switching load T3, and In the first region CI_1, the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the air excess ratio λ of the entire air-fuel mixture is λ> 1 in order to further improve fuel efficiency.

(3)燃料噴射制御
CI燃焼領域では、より高い燃費性能よび排気性能を得るべく、図7に示すように、燃料を吸気行程中に一括して噴射する吸気行程一括噴射を実施して、空燃比リーンの均質予混合圧縮自着火燃焼を実施する。すなわち、燃料と空気とを圧縮上死点までに予め十分に混合させて混合気全体の空燃比をほぼ均一(本実施形態ではリーン)にして、圧縮上死点近傍において自着火させる。図7には、合わせて熱発生率dQ/dθを破線で示す。
(3) Fuel injection control In the CI combustion region, in order to obtain higher fuel consumption performance and exhaust performance, as shown in FIG. 7, intake stroke batch injection is performed in which fuel is injected collectively during the intake stroke. Implements homogeneous premixed compression auto-ignition combustion with lean fuel ratio. That is, fuel and air are sufficiently mixed in advance by the compression top dead center so that the air-fuel ratio of the entire mixture is substantially uniform (lean in the present embodiment), and self-ignition is performed in the vicinity of the compression top dead center. In FIG. 7, the heat generation rate dQ / dθ is also indicated by a broken line.

以上のように、CI燃焼領域では、定常運転において、エンジン負荷が低いほど内部EGR率が小さくされるとともに、吸気行程一括噴射が実施される。   As described above, in the CI combustion region, in steady operation, the lower the engine load, the smaller the internal EGR rate, and the intake stroke batch injection is performed.

ここで、前記のような定常運転時の制御は、各運転条件において定常運転がなされ、これにより燃焼室11の壁面温度が安定した状態において、安定した圧縮自着火燃焼を実現できるように設定されたものである。すなわち、エンジン負荷が高く燃焼室内での発熱量が大きいほど燃焼室内の壁面温度が高いという条件での制御である。そのため、エンジン負荷が高い領域への加速時には、燃焼室内の壁面温度が加速後の運転条件における定常状態での温度にまで即座に上昇しないため、定常運転時の制御をそのまま実施したのでは、適正な圧縮自着火燃焼が実現できなくなるという問題がある。   Here, the control at the time of steady operation as described above is set so that stable compression auto-ignition combustion can be realized in a state where the steady operation is performed under each operation condition and the wall surface temperature of the combustion chamber 11 is thereby stabilized. It is a thing. That is, the control is performed under a condition that the wall temperature in the combustion chamber is higher as the engine load is higher and the amount of heat generated in the combustion chamber is larger. Therefore, when accelerating to a region where the engine load is high, the wall temperature in the combustion chamber does not immediately rise to the steady state temperature under the operating conditions after acceleration. There is a problem that it becomes impossible to realize a proper compression ignition combustion.

この点について、図8および図9を用いて詳細に説明する。   This point will be described in detail with reference to FIGS.

図8、図9は、いずれも、加速時であって、時刻t1において、定常運転時の内部EGR率が高い運転条件(第1運転条件)から定常運転時の内部EGR率が低い運転条件(第2運転条件)に移行した際に、定常運転時の制御をそのまま実施して運転条件の変化に応じて単純に制御を切り替えた場合の各パラメータの時間変化を示したものであり、上から順に、総噴射量、噴射パルス、EGR率、燃焼室の壁面温度(燃焼室壁温)、着火前温度すなわち着火前の所定タイミングにおける燃焼室内の混合気の温度を示している。図9には、合わせて、燃焼温度(燃焼時の最高温度)の変化も示している。図8は、第1CI領域CI_1内で加速した際、すなわち、内部EGRのみが実施される領域内で加速した際の変化である。図9は、第1CI領域CI_1から高負荷側第2CI領域CI_2Aへ加速した際、すなわち、外部EGRが実施されない領域から外部EGRが実施されるとともに空気過剰率λがλ=1に設定された領域へ加速した際の変化である。なお、噴射パルスのグラフでは、縦軸がクランク角度であって斜線をひいた部分が噴射パルスを示している。すなわち、斜線をひいた部分の進角側の縁が噴射開始タイミングであり、遅角側の縁が噴射停止タイミングであり、この部分の縦方向の長さがパルス幅を表している。そのため、この縦方向のパルス幅が大きいほど噴射量が大きいことをあらわす。   FIGS. 8 and 9 are both during acceleration, and at time t1, operating conditions (first operating condition) in which the internal EGR rate during steady operation is high to operating conditions where the internal EGR rate during steady operation is low (first operating condition). This shows the time change of each parameter when the control at the time of steady operation is carried out as it is and the control is simply switched according to the change of the operation condition. The total injection amount, injection pulse, EGR rate, combustion chamber wall temperature (combustion chamber wall temperature), pre-ignition temperature, that is, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber at a predetermined timing before ignition are shown in order. FIG. 9 also shows changes in combustion temperature (maximum temperature during combustion). FIG. 8 shows a change when the vehicle is accelerated in the first CI region CI_1, that is, when the vehicle is accelerated in a region where only the internal EGR is performed. FIG. 9 shows an area where acceleration is performed from the first CI area CI_1 to the high load side second CI area CI_2A, that is, an area where the external EGR is performed from the area where the external EGR is not performed and the excess air ratio λ is set to λ = 1. It is a change when accelerating to. In the injection pulse graph, the vertical axis represents the crank angle and the hatched portion represents the injection pulse. That is, the leading edge of the hatched portion is the injection start timing, and the retarding edge is the injection stop timing, and the vertical length of this portion represents the pulse width. Therefore, the larger the pulse width in the vertical direction, the larger the injection amount.

図8において、時刻t1での加速に伴い総噴射量は増大される。具体的には、加速前後においていずれも吸気行程一括噴射が実施されるとともに、加速に伴い噴射開始タイミングが同一のまま噴射パルス幅が大きくされる。そして、時刻t1において内部EGR率が低くされる。前述のように、本実施形態では、内部EGR率は、排気VVT23bによる排気弁22の閉弁タイミングの変更により早期に変更される。そのため、内部EGR率は加速後即座に加速先の運転条件に対して設定された適正な値となる。一方、燃焼室の壁面温度は、加速後ゆるやかにしか上昇せず、加速直後では、ほぼ加速前の温度のままであって加速後の運転条件の定常状態における適正温度よりも低い温度となる。このように、燃焼室の壁面温度が適正温度よりも低く、さらに、内部EGR率が早期に低下することで、加速直後において、着火前温度は、加速後の運転条件の定常状態における適正温度および混合気が自着火可能な温度(自着火可能温度)を下回ってしまう。   In FIG. 8, the total injection amount increases with the acceleration at time t1. Specifically, the intake stroke batch injection is performed before and after the acceleration, and the injection pulse width is increased with the same injection start timing with the acceleration. Then, the internal EGR rate is lowered at time t1. As described above, in this embodiment, the internal EGR rate is changed early by changing the closing timing of the exhaust valve 22 by the exhaust VVT 23b. Therefore, the internal EGR rate becomes an appropriate value set for the operating condition of the acceleration destination immediately after acceleration. On the other hand, the wall surface temperature of the combustion chamber rises only slowly after acceleration, and immediately after acceleration, the temperature remains almost the same as that before acceleration and is lower than the appropriate temperature in the steady state of the operating conditions after acceleration. As described above, the wall surface temperature of the combustion chamber is lower than the appropriate temperature, and further, the internal EGR rate is reduced early, so that immediately after acceleration, the temperature before ignition becomes the appropriate temperature in the steady state of the operating conditions after acceleration. The air-fuel mixture falls below the temperature at which self-ignition is possible (temperature at which self-ignition is possible).

このように、定常運転時の制御をそのまま実施した場合には、加速後の着火前温度が混合気の自着火が可能な温度を下回り、これに伴い、安定した圧縮自着火燃焼が実現されなくなる。詳細には、混合気が自着火せず失火する、あるいは、失火に伴い発生した多量の未燃燃料が内部EGRガスとして残留して次サイクルで急激に燃焼して燃焼変動が生じてしまう。   As described above, when the control during the steady operation is performed as it is, the temperature before ignition after the acceleration is lower than the temperature at which the air-fuel mixture can self-ignite, and accordingly, stable compression auto-ignition combustion cannot be realized. . Specifically, the air-fuel mixture does not self-ignite and misfires, or a large amount of unburned fuel generated due to misfiring remains as internal EGR gas and burns rapidly in the next cycle, resulting in combustion fluctuations.

図9においても、加速に伴い内部EGR率が低下する一方、燃焼室壁温の上昇が遅れるために、時刻t3において着荷前温度が自着火可能な温度を下回ってしまい、失火等が生じる。図9に示した場合では、さらに、加速先の運転条件において外部EGRが実施されるよう設定されていることで、燃焼騒音が増大してしまうという問題が生じる。具体的には、時刻t1での加速に伴い、EGR弁53は開弁され外部EGRが開始される。しかしながら、外部EGRガスは、排気通路40、EGR通路51および吸気通路30を経て初めて燃焼室11に導入される。そのため、外部EGRガスの導入には遅れが生じ、外部EGR率は加速後徐々にしか増加しない。そのため、図9に示すように、時刻t2までの間およびその後しばらくの間、燃焼温度が非常に高くなってしまい、燃焼騒音が許容値を超えてしまう。なお、図9に示す例では、加速先の運転条件において空気過剰率λがλ=1に設定されている。そして、前述のように、本実施形態では、内部EGR率の変更によって混合気の空燃比が制御される。そのため、この例では、時刻t1から時刻t3までの間は、外部EGRガスの導入が遅れることに伴って内部EGRガスが多めに導入され、これに伴い時刻t2までは着火前温度は混合気の自着火が可能な温度以上に維持され、時刻t2以降で失火が生じる。そして、内部EGR率が加速先の運転条件における本来の値になる時刻t3くらいから、燃焼室11の壁面温度および内部EGRガスの温度は徐々に高くなるが、時刻t4までは、着火前温度が十分に高くならず、失火あるいは燃焼変動等が生じる。   In FIG. 9 as well, the internal EGR rate decreases with acceleration, while the increase in the combustion chamber wall temperature is delayed, so that the temperature before arrival falls below the temperature at which self-ignition is possible at time t3, and misfires occur. In the case shown in FIG. 9, there is a further problem that combustion noise increases because the external EGR is set to be performed under the operating condition of the acceleration destination. Specifically, with acceleration at time t1, the EGR valve 53 is opened and external EGR is started. However, the external EGR gas is introduced into the combustion chamber 11 only after passing through the exhaust passage 40, the EGR passage 51 and the intake passage 30. Therefore, there is a delay in the introduction of the external EGR gas, and the external EGR rate increases only gradually after acceleration. Therefore, as shown in FIG. 9, the combustion temperature becomes very high until time t2 and for a while thereafter, and the combustion noise exceeds the allowable value. In the example shown in FIG. 9, the excess air ratio λ is set to λ = 1 in the operating condition of the acceleration destination. As described above, in the present embodiment, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled by changing the internal EGR rate. Therefore, in this example, a large amount of internal EGR gas is introduced during the period from time t1 to time t3 as the introduction of external EGR gas is delayed, and accordingly, the temperature before ignition reaches the time of time t2. The temperature is maintained above the temperature at which self-ignition is possible, and misfire occurs after time t2. The wall surface temperature of the combustion chamber 11 and the temperature of the internal EGR gas gradually increase from about time t3 when the internal EGR rate becomes the original value in the operating condition of the acceleration destination, but until time t4, the pre-ignition temperature remains. It is not high enough to cause misfire or combustion fluctuation.

前記の問題を解決するべく、本エンジンシステム100では、CI燃焼領域内における内部EGR率が高い運転領域から低い運転領域への加速時において、燃焼室11内に噴射する総噴射量を加速先の運転条件における定常運転時の総噴射量よりも多くするとともに、図10(a)に示すように、この総噴射量の一部のみを、吸気行程で噴射させ、残りを膨張行程で噴射させる。すなわち、吸気行程でメイン噴射させるとともに、膨張行程でポスト噴射を行う。なお、図10(a)には、実線で噴射パルスを示すとともに破線で熱発生率を示している。   In order to solve the above-described problem, in the engine system 100, when accelerating from an operation region in which the internal EGR rate is high in the CI combustion region to an operation region in which the internal EGR rate is low, the total injection amount to be injected into the combustion chamber 11 While making it larger than the total injection amount in the steady operation under the operating conditions, as shown in FIG. 10A, only a part of this total injection amount is injected in the intake stroke, and the rest is injected in the expansion stroke. That is, the main injection is performed in the intake stroke and the post injection is performed in the expansion stroke. In FIG. 10A, the injection pulse is indicated by a solid line and the heat generation rate is indicated by a broken line.

そして、加速後からの経過サイクル数が増加するにしたがって、総噴射量を減量していく。このとき、図10(b)に示すように、メイン噴射の噴射量を増大させつつ、ポスト噴射の噴射量を減少させていく。なお、図10(b)には、実線で噴射パルスを示すとともに破線で熱発生率を示している。   Then, the total injection amount is decreased as the number of elapsed cycles after acceleration increases. At this time, as shown in FIG. 10B, the injection amount of the post injection is decreased while the injection amount of the main injection is increased. In FIG. 10B, the solid line represents the injection pulse and the broken line represents the heat generation rate.

詳細には、本実施形態では、メイン噴射の噴射量は、加速前の運転条件における総噴射量よりも多くされる。また、メイン噴射の噴射開始タイミングは、加速後の運転条件の定常運転時におけるタイミングと同一とされる。ここで、本実施形態では、吸気行程での噴射の噴射開始タイミングは一定とされており、加速前後においてメイン噴射の噴射開始タイミングは同じタイミングに維持される。そして、経過サイクル数が増加するに従って、メイン噴射の噴射パルス幅が増大されていく。   Specifically, in the present embodiment, the injection amount of the main injection is made larger than the total injection amount in the operating condition before acceleration. The injection start timing of the main injection is the same as the timing at the time of steady operation of the operating conditions after acceleration. Here, in this embodiment, the injection start timing of the injection in the intake stroke is fixed, and the injection start timing of the main injection is maintained at the same timing before and after acceleration. As the number of elapsed cycles increases, the injection pulse width of the main injection is increased.

また、ポスト噴射の噴射タイミングは、ポスト噴射された燃料が確実に燃焼するタイミングに設定される。例えば、ポスト噴射の噴射開始タイミングは、加速直後において圧縮上死点後20°〜圧縮上死点後50°CA程度に設定される。そして、経過サイクル数が増加するに従って、ポスト噴射の噴射開始タイミングが遅角され、かつ、ポスト噴射の噴射パルス幅が減少されていく。本実施形態では、ポスト噴射の噴射終了タイミングは一定に維持される。   Further, the injection timing of the post injection is set to a timing at which the post-injected fuel surely burns. For example, the injection start timing of the post injection is set to about 20 ° after compression top dead center to about 50 ° CA after compression top dead center immediately after acceleration. As the number of elapsed cycles increases, the injection start timing of post injection is retarded and the injection pulse width of post injection is decreased. In the present embodiment, the injection end timing of the post injection is maintained constant.

このようなメイン噴射とポスト噴射とが実施されることで、図10(a)、(b)に示すように、2つに分割された熱発生が生じる。   By performing such main injection and post injection, heat generation divided into two occurs as shown in FIGS.

以上の制御が実施された際の、総噴射量、噴射パルス、EGR率、燃焼室の壁面温度、着火前温度の時間変化を図11、図12に示す。図11は、図8に示した例と同じ加速条件での変化であり、第1CI領域CI_1内で加速した際、すなわち、内部EGRのみが実施される領域内で加速した際に、前記制御を実施した際の変化である。図12は、図9に示した例と同じ加速条件での変化であり、第1CI領域CI_1から高負荷側第2CI領域CI_2Aへ加速した際、すなわち、外部EGRが実施されない領域から外部EGRが実施されるとともに空気過剰率λがλ=1に設定された領域へ加速した際の変化である。図11、12には、それぞれ、対応する図8、図9の各変化を破線で示している。   FIGS. 11 and 12 show temporal changes in the total injection amount, the injection pulse, the EGR rate, the combustion chamber wall temperature, and the pre-ignition temperature when the above control is performed. FIG. 11 shows changes under the same acceleration conditions as in the example shown in FIG. 8. When the acceleration is performed in the first CI region CI_1, that is, when the acceleration is performed in a region where only the internal EGR is performed, the control is performed. This is a change when implemented. FIG. 12 shows changes under the same acceleration conditions as the example shown in FIG. 9. When the acceleration is performed from the first CI area CI_1 to the high load side second CI area CI_2A, that is, the external EGR is performed from the area where the external EGR is not performed. This is a change when the excess air ratio λ is accelerated to a region where λ = 1 is set. In FIGS. 11 and 12, the corresponding changes in FIGS. 8 and 9 are indicated by broken lines.

図11において、時刻t1での加速に伴い総噴射量は増大されるとともに、吸気行程中のメイン噴射と膨張行程中のポスト噴射とが実施される。このとき、総噴射量は、定常運転時の総噴射量すなわち破線で示した図8に示した例での総噴射量よりも増大される。詳細には、メイン噴射量は、加速前の条件よりも多い一方定常運転時の量よりも少ない量とされ、ポスト噴射量は、メイン噴射量よりも多い量とされる。メイン噴射の噴射開始タイミングは、加速前および加速後の定常運転時のタイミングと同じ値に維持される。そして、時間が経過するほど、すなわち、加速直後からの経過サイクルが増加するほど、メイン噴射量は徐々に増大され、ポスト噴射量は徐々に減少されていく。図11に示す例では、1サイクル進む毎に噴射量は一定量ずつ増減される。このとき、メイン噴射は、その噴射開始タイミングが一定に維持された状態でその噴射パルスが増大されていく。一方、ポスト噴射は、その噴射終了タイミングが一定に維持された状態でその噴射パルスが減少されていく。すなわち、ポスト噴射の開始タイミングは、徐々に遅角されていく。図11に示す例では、1サイクル進む毎にポスト噴射の噴射開始タイミングすなわち噴射タイミングは一定量ずつ増減される。そして、所定時間が経過すると、メイン噴射とポスト噴射とを停止して、定常運転時の噴射制御すなわち吸気一括噴射を実施する。図11に示す例では、燃焼室の壁面温度が定常運転時の温度付近になると、吸気行程一括噴射に切り替える。なお、吸気行程一括噴射に切り替えるタイミングはこれに限らず、加速直後からの経過時間あるいは経過サイクル数に応じてこの噴射制御を切り替えてもよい。   In FIG. 11, the total injection amount is increased with the acceleration at time t1, and the main injection during the intake stroke and the post injection during the expansion stroke are performed. At this time, the total injection amount is increased more than the total injection amount in the steady operation, that is, the total injection amount in the example shown in FIG. Specifically, the main injection amount is larger than the pre-acceleration condition, but smaller than the amount during steady operation, and the post injection amount is larger than the main injection amount. The injection start timing of the main injection is maintained at the same value as the timing at the time of steady operation before acceleration and after acceleration. As the time elapses, that is, as the number of elapsed cycles immediately after acceleration increases, the main injection amount gradually increases and the post injection amount gradually decreases. In the example shown in FIG. 11, the injection amount is increased or decreased by a certain amount every time one cycle is advanced. At this time, the injection pulse of the main injection is increased in a state where the injection start timing is maintained constant. On the other hand, in the post-injection, the injection pulse is decreased while the injection end timing is maintained constant. That is, the start timing of the post injection is gradually delayed. In the example shown in FIG. 11, the injection start timing of post injection, that is, the injection timing is increased or decreased by a certain amount every time one cycle is advanced. When a predetermined time elapses, main injection and post injection are stopped, and injection control during steady operation, that is, intake air batch injection is performed. In the example shown in FIG. 11, when the wall surface temperature of the combustion chamber is close to the temperature during steady operation, switching to intake stroke batch injection is performed. The timing of switching to the intake stroke batch injection is not limited to this, and this injection control may be switched according to the elapsed time or the number of elapsed cycles from immediately after acceleration.

以上の噴射制御が実施されることで、内部EGR率が加速後即座に低下するにも関わらず、燃焼室の壁面温度は加速直後から急速に上昇するとともに、着火前温度は、混合気が自着火可能な温度以上に維持される。このようにして、失火等が生じることなく加速前後において安定した圧縮自着火燃焼が継続される。   By performing the injection control described above, the wall surface temperature of the combustion chamber rapidly increases immediately after the acceleration even though the internal EGR rate decreases immediately after the acceleration, and the mixture before the ignition is It is maintained at a temperature that can be ignited. In this way, stable compression ignition combustion is continued before and after acceleration without misfire or the like.

このように、本エンジンシステム100の噴射制御では、総噴射量を増大させて燃焼室11内で発生する熱エネルギを多くしているため、燃焼室の壁面温度を早期に上昇させることができる。そして、図11には示していないが、熱エネルギを多くすることで排気温度を上昇させて内部EGRガスの温度を上昇させることができ、これら燃焼室の壁面温度の上昇およびこの内部EGRガス温度の上昇によって、混合気の温度を高く維持して安定した圧縮自着火燃焼を実現することができる。特に、本エンジンシステム100では、総噴射量を増大させつつ、その一部を膨張行程でのポスト噴射により噴射している。そのため、総噴射量を増大させつつエンジントルクが過剰に生じてトルクショックが生じるという事態を確実に回避することができる。すなわち、膨張行程で噴射された燃料の燃焼エネルギは有効なエンジントルクに変換されにくい。そのため、総噴射量を増大させて燃焼エネルギを増大させつつエンジントルクを適正な値に維持することができる。また、膨張行程でポスト噴射を実施すれば排ガスの温度を効果的に高めることができため、本エンジンシステム100では、混合気の着火性をより確実に高めることができる。   Thus, in the injection control of the engine system 100, the total injection amount is increased to increase the thermal energy generated in the combustion chamber 11, so that the wall surface temperature of the combustion chamber can be raised early. Although not shown in FIG. 11, the exhaust gas temperature can be increased by increasing the thermal energy to increase the temperature of the internal EGR gas, and the increase in the wall surface temperature of these combustion chambers and the internal EGR gas temperature. As a result of the increase, the temperature of the air-fuel mixture can be kept high, and stable compression auto-ignition combustion can be realized. In particular, in the engine system 100, a part of the fuel is injected by post injection in the expansion stroke while increasing the total injection amount. Therefore, it is possible to reliably avoid a situation in which the engine torque is excessively generated and the torque shock is generated while increasing the total injection amount. That is, the combustion energy of the fuel injected in the expansion stroke is not easily converted into effective engine torque. Therefore, the engine torque can be maintained at an appropriate value while increasing the total injection amount and increasing the combustion energy. Further, if post injection is performed in the expansion stroke, the temperature of the exhaust gas can be effectively increased, and therefore the ignitability of the air-fuel mixture can be more reliably increased in the engine system 100.

また、経過サイクル数が増大するほど、メイン噴射の噴射量を増大させ、かつ、ポスト噴射の噴射量を減少させつつ、総噴射量を減少させているとともに、経過サイクル数が増大するほどポスト噴射の噴射タイミング(噴射開始タイミング)を遅角させており、よりスムーズに吸気行程一括噴射に移行できるとともに、トルクショックが生じるのを回避することができる。すなわち、加速後、燃焼室の壁面温度および混合気の温度が上昇するに伴って、ポスト噴射により生じた燃焼エネルギはより有効なエンジントルクに変換されやすくなっていくが、前記のように制御することで、ポスト噴射により生じた燃焼エネルギが有効なエンジントルクに変換されて過剰なエンジントルクが生じるのを回避することができる。   Further, as the number of elapsed cycles increases, the total injection amount is decreased while increasing the injection amount of main injection and the injection amount of post injection, and as the number of elapsed cycles increases, post injection The injection timing (injection start timing) is retarded, so that the intake stroke batch injection can be shifted more smoothly and the occurrence of torque shock can be avoided. That is, after acceleration, as the wall surface temperature of the combustion chamber and the temperature of the air-fuel mixture rise, the combustion energy generated by post-injection becomes easier to be converted into more effective engine torque, but the control is performed as described above. Thus, it can be avoided that the combustion energy generated by the post injection is converted into an effective engine torque and excessive engine torque is generated.

図12においても、図11に示した場合と同様に時刻t1の加速後、総噴射量が増大され、吸気行程でのメイン噴射と膨張行程でのポスト噴射が実施されるとともに、メイン噴射の噴射量が徐々に増大されていき、ポスト噴射の噴射量が徐々に減少される。また、ポスト噴射の噴射タイミングが徐々に遅角されていく。そして、時刻t3付近の、EGR率が適正に制御され内部EGR率が低下し外部EGR率が適正な値にされ、かつ、燃焼室の壁面温度が十分に上昇していない状態においても、着火前温度が混合気が自着火可能な温度以上に維持され失火等が回避される。   In FIG. 12, as in the case shown in FIG. 11, after the acceleration at time t1, the total injection amount is increased, the main injection in the intake stroke and the post injection in the expansion stroke are performed, and the injection of the main injection The amount is gradually increased, and the post injection amount is gradually decreased. Further, the injection timing of the post injection is gradually delayed. Even when the EGR rate is appropriately controlled near the time t3, the internal EGR rate is reduced and the external EGR rate is set to an appropriate value, and the wall surface temperature of the combustion chamber is not sufficiently increased, before ignition. The temperature is maintained above the temperature at which the air-fuel mixture can self-ignite and misfires are avoided.

さらに、図12においては、燃焼温度が許容温度以下に抑えられており、燃焼騒音が生じるのが回避される。すなわち、図9について前述したように、第1CI領域CI_1から高負荷側第2CI領域CI_2Aへ加速した際、すなわち、外部EGRが実施されない領域から外部EGRが実施される領域へ加速した際において加速前後で吸気行程一括噴射を実施した場合には、外部EGRガスの導入遅れに伴い燃焼温度が過剰に高まり燃焼騒音が許容値を超えるという問題があったが、本エンジンシステムでは、この問題が解決される。   Further, in FIG. 12, the combustion temperature is suppressed to an allowable temperature or less, and the generation of combustion noise is avoided. That is, as described above with reference to FIG. 9, before and after acceleration when accelerating from the first CI area CI_1 to the high-load-side second CI area CI_2A, that is, when accelerating from an area where external EGR is not performed to an area where external EGR is performed. When the intake stroke batch injection is performed in this case, there is a problem that the combustion temperature is excessively increased due to the delay in the introduction of the external EGR gas, and the combustion noise exceeds the allowable value. However, this problem is solved in this engine system. The

これは、加速後に、吸気行程中のメイン噴射とポスト噴射とが実施されることで、図10(a)(b)に示したように、熱発生率が分割されて、熱発生率の最大値が小さく抑えられたことによる。   This is because, after acceleration, the main injection and post injection during the intake stroke are performed, so that the heat generation rate is divided as shown in FIGS. This is because the value was kept small.

以上のように、本実施形態に係るエンジンシステム100では、CI燃焼領域において、内部EGR率が低く設定された運転条件への加速時において、圧縮上死点前のメイン噴射と、有効なエンジントルクに変換されにくい膨張行程でのポスト噴射とを実施しつつ、総噴射量を定常運転時の総噴射量よりも多くしているため、過剰なエンジントルクが生じるのを回避しながら燃焼室内で生成される熱エネルギを定常運転時よりも多くして内部EGR率の低下および燃焼室の壁面温度の追従遅れに伴う混合気の温度低下をこの熱エネルギによって補うことができ、トルクショックを回避しつつ、失火等を回避し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。また、外部EGRが実施される運転条件への加速時においては、熱発生を分割して生じさせることがで燃焼温度を低く抑えることができ、外部EGRの遅れに伴う燃焼騒音の増大をも抑制することができる。   As described above, in the engine system 100 according to the present embodiment, in the CI combustion region, when accelerating to an operating condition in which the internal EGR rate is set low, the main injection before the compression top dead center and the effective engine torque It is generated in the combustion chamber while avoiding excessive engine torque because the total injection amount is larger than the total injection amount during steady operation while performing post injection in the expansion stroke that is difficult to convert to The thermal energy generated can be increased more than that during steady operation, and this thermal energy can compensate for the decrease in internal EGR rate and the decrease in the temperature of the air-fuel mixture due to the delay in tracking the combustion chamber wall temperature, while avoiding torque shock. Thus, it is possible to avoid the misfire or the like and to realize more stable and stable compression autoignition combustion. In addition, when accelerating to operating conditions where external EGR is implemented, heat generation can be divided and generated to reduce the combustion temperature and suppress the increase in combustion noise caused by the delay of external EGR. can do.

特に、加速直後からの経過サイクル数が増大するほど、総噴射量を少なくし、メイン噴射の噴射量を多くする一方ポスト噴射の噴射量を少なくするとともに、ポスト噴射の噴射タイミングを遅角側としているので、加速途中にトルクショックが生じるのを回避しつつ定常運転時の制御にスムーズに移行することができる。   In particular, as the number of cycles elapsed immediately after acceleration increases, the total injection amount decreases, the main injection amount increases, the post injection amount decreases, and the post injection timing is retarded. Therefore, it is possible to smoothly shift to control during steady operation while avoiding torque shock during acceleration.

ここで、前記実施形態では、経過サイクル数が1つ増える毎に噴射量、噴射タイミングを一定量ずつ増減する場合について示したが、増減方法はこれに限らない。   Here, in the above-described embodiment, the case where the injection amount and the injection timing are increased or decreased by a certain amount each time the number of elapsed cycles increases is described, but the increase / decrease method is not limited thereto.

また、前記実施形態では、内部EGRを排気二度開きにより実施する場合について示したが、内部EGRを実施するための具体的手段はこれに限らない。例えば、圧縮上死点を挟んで排気弁22と吸気弁21とを閉弁させて、圧縮上死点付近においてこれら両弁が閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けるようにしてもよい。この場合には、このネガティブオーバーラップ期間の期間を変更することで内部EGR率を変更させればよい。このように内部EGR率を、排気弁22あるいは吸気弁21の開弁時期を異ならせることで変更すれば、内部EGR率をより早期に適正な値に変更することができる。   In the above embodiment, the case where the internal EGR is performed by opening the exhaust gas twice is shown, but the specific means for performing the internal EGR is not limited to this. For example, the exhaust valve 22 and the intake valve 21 may be closed with the compression top dead center interposed therebetween, and a negative overlap period in which both the valves are closed in the vicinity of the compression top dead center may be provided. In this case, the internal EGR rate may be changed by changing the period of the negative overlap period. In this way, if the internal EGR rate is changed by changing the opening timing of the exhaust valve 22 or the intake valve 21, the internal EGR rate can be changed to an appropriate value earlier.

1 エンジン(エンジン本体)
10 気筒
11 燃焼室
15 インジェクタ(燃料噴射装置)
23 排気弁駆動機構(内部EGR手段)
50 EGR装置(外部EGR手段)
60 PCM(判定手段、燃焼制御手段)
1 Engine (Engine body)
10 cylinders 11 combustion chambers 15 injectors (fuel injection devices)
23 Exhaust valve drive mechanism (internal EGR means)
50 EGR device (external EGR means)
60 PCM (determination means, combustion control means)

Claims (5)

気筒に形成された燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置を有し、前記燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させてピストンを往復運動させる直噴エンジンの制御装置であって、
エンジンの運転状態を判定する判定手段と、
前記燃焼室内に既燃ガスである内部EGRガスを残存させる内部EGRを実施する内部EGR手段と、
少なくともエンジン負荷が所定負荷よりも低い領域に設定された圧縮自着火燃焼領域での運転時に、前記内部EGR手段を駆動して内部EGRを実施しつつ、前記燃料噴射装置から噴射させた燃料と空気との混合気を前記燃焼室内で自着火により燃焼させて、圧縮自着火燃焼を実施する燃焼制御手段とを備え、
前記圧縮自着火燃焼領域において、前記燃焼室内の全ガス量に占める前記内部EGRガス量の割合である内部EGR率はエンジン負荷が高い側ほど低くなるよう設定されており、
前記燃焼制御手段は、
前記圧縮自着火燃焼領域での定常運転時において、前記燃料噴射装置に吸気行程中に燃料を噴射させ、
前記圧縮自着火燃焼領域の第1運転条件から当該第1運転条件よりも前記内部EGR率が低く設定された前記圧縮自着火燃焼領域の第2運転条件へと移行する加速時において、前記燃料噴射装置に、圧縮上死点前で前記燃焼室内に燃料を噴射するメイン噴射と、膨張行程中に前記燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施させるとともに、前記メイン噴射の噴射量と前記ポスト噴射の噴射量とを含む総噴射量を、前記第2運転条件における定常運転時の総噴射量よりも多くすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。
A control device for a direct injection engine having a fuel injection device capable of injecting fuel into a combustion chamber formed in a cylinder, and reciprocating a piston by burning a mixture of fuel and air in the combustion chamber;
Determining means for determining the operating state of the engine;
An internal EGR means for performing an internal EGR that leaves an internal EGR gas that is a burned gas in the combustion chamber;
Fuel and air injected from the fuel injection device while driving the internal EGR means and performing internal EGR during operation in a compression auto-ignition combustion region where the engine load is set to a region lower than a predetermined load Combustion control means for burning the air-fuel mixture by self-ignition in the combustion chamber and performing compression self-ignition combustion,
In the compression auto-ignition combustion region, the internal EGR rate, which is the ratio of the internal EGR gas amount to the total gas amount in the combustion chamber, is set to be lower as the engine load is higher,
The combustion control means includes
During steady operation in the compression auto-ignition combustion region, the fuel injection device is made to inject fuel during the intake stroke,
The fuel injection is performed at the time of acceleration from the first operating condition in the compressed auto-ignition combustion region to the second operating condition in the compressed auto-ignition combustion region where the internal EGR rate is set lower than the first operating condition. The apparatus performs main injection for injecting fuel into the combustion chamber before compression top dead center and post-injection for injecting fuel into the combustion chamber during an expansion stroke, and the injection amount of the main injection and the post A control device for a direct injection engine, characterized in that a total injection amount including an injection amount of the injection is made larger than a total injection amount during steady operation under the second operating condition.
請求項1に記載の直噴エンジンの制御装置であって、
前記燃焼制御手段は、前記第1運転条件から前記第2運転条件への加速時において、複数サイクルにわたって前記ポスト噴射を実施するとともに、前記加速直後からの経過サイクル数が多いほど、前記メイン噴射の噴射量を増大させる一方前記ポスト噴射の噴射量を減少させ、かつ、前記ポスト噴射の噴射タイミングを遅角側にすることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。
The direct injection engine control device according to claim 1,
The combustion control means performs the post-injection over a plurality of cycles at the time of acceleration from the first operating condition to the second operating condition, and as the number of elapsed cycles from immediately after the acceleration increases, A control device for a direct injection engine, wherein the injection amount is increased while the injection amount of the post injection is decreased, and the injection timing of the post injection is set to the retard side.
請求項1または2に記載の直噴エンジンの制御装置であって、
前記燃焼制御手段は、前記第1運転条件から前記第2運転条件へと移行する加速時において、当該加速直後に前記内部EGR手段を前記内部EGR率が前記第2運転条件に対応する低い値となるように前記内部EGR手段を制御することを特徴とする直噴エンジンの制御装置。
A control device for a direct injection engine according to claim 1 or 2,
The combustion control means sets the internal EGR means to a low value corresponding to the second operating condition immediately after the acceleration at the time of acceleration from the first operating condition to the second operating condition. A control device for a direct injection engine, which controls the internal EGR means.
請求項3に記載の直噴エンジンの制御装置であって、
前記内部EGR手段は、排気弁と吸気弁の少なくとも一方を駆動するものであり、
前記燃焼制御手段は、排気弁と吸気弁の少なくとも一方の開閉時期を変更することで前記内部EGR率を変更することを特徴とする直噴エンジンの制御装置。
A control device for a direct injection engine according to claim 3,
The internal EGR means drives at least one of an exhaust valve and an intake valve,
The control device for a direct injection engine, wherein the combustion control means changes the internal EGR rate by changing an opening / closing timing of at least one of an exhaust valve and an intake valve.
請求項1〜4のいずれかに記載の直噴エンジンの制御装置であって、
前記燃焼室から排出された排ガスを吸気側に還流する外部EGR手段を備え、
前記燃焼制御手段は、前記第2運転条件のエンジン負荷が予め設定された基準負荷以上の場合には、当該第2運転条件へ移行する加速時に、前記内部EGR率を減少させつつ前記外部EGR手段を駆動して前記排ガスを吸気側に還流させることを特徴とする直噴エンジンの制御装置。
It is a control apparatus of the direct-injection engine in any one of Claims 1-4,
An external EGR means for recirculating the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake side;
When the engine load of the second operating condition is greater than or equal to a preset reference load, the combustion control means reduces the internal EGR rate while accelerating the transition to the second operating condition, and the external EGR means To control the exhaust gas to return to the intake side.
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