JP6308228B2 - Engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、吸気弁の開閉時期及び/又はリフト量を変化させる可変バルブ機構を制御するエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device, and more particularly to an engine control device that controls a variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or lift amount of an intake valve.

従来から、排気弁や吸気弁の開閉時期及び/又はリフト量を変化させる可変バルブ機構が知られている。例えば、特許文献1には、吸気行程の初期に排気弁が開弁しているように、つまり排気弁及び吸気弁の両方が開いているオーバーラップ期間を吸気行程の初期に形成するように、排気VVTを制御する技術が開示されている。この技術では、排気行程を行っている気筒において発生した排気脈動の負圧を利用して、吸気行程を行っている別の気筒を掃気するようにしている。   Conventionally, a variable valve mechanism that changes the opening / closing timing and / or the lift amount of an exhaust valve or an intake valve is known. For example, in Patent Document 1, an exhaust valve is opened at the beginning of the intake stroke, that is, an overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are open is formed at the beginning of the intake stroke. A technique for controlling the exhaust VVT is disclosed. In this technique, the negative pressure of the exhaust pulsation generated in the cylinder performing the exhaust stroke is used to scavenge another cylinder performing the intake stroke.

特開2013−185446号公報JP 2013-185446 A

ところで、近年、燃費やエミッションなどを改善する観点から、エンジンの幾何学的圧縮比として高圧縮比を適用して、低負荷領域では圧縮自己着火(「CI(Compression Ignition)」又は「HCCI(Homogeneous-Charge Compression Ignition)」と呼ばれる。)を行い、高負荷領域では火花点火(SI(Spark Ignition))を行う技術が開発されている。このような高圧縮比エンジンでは、火花点火運転時に、異常燃焼の発生を抑制するために、特に火花点火をきっかけにした正常な燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを抑制するために、圧縮行程後半に燃焼噴射を行っている。
ここで、従来の高圧縮比エンジンにおいては、火花点火を行う高負荷領域では、吸気側の温度が高く、比較的高温の吸気が筒内に導入される傾向にあった。このように吸気温度が高いと、プリイグニッションが発生する可能性が高くなる。したがって、筒内に導入される吸気温度を低下させれば、プリイグニッションをより効果的に抑制できるものと考えられる。
By the way, in recent years, from the viewpoint of improving fuel consumption and emission, a high compression ratio is applied as a geometric compression ratio of the engine. -Charge Compression Ignition))), and a technology that performs spark ignition (SI (Spark Ignition)) in the high load region has been developed. In such a high compression ratio engine, during spark ignition operation, in order to suppress the occurrence of abnormal combustion, pre-ignition that the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition is suppressed. Therefore, combustion injection is performed in the latter half of the compression stroke.
Here, in the conventional high compression ratio engine, in the high load region where spark ignition is performed, the temperature on the intake side is high, and relatively high temperature intake air tends to be introduced into the cylinder. If the intake air temperature is high in this way, the possibility of pre-ignition increases. Therefore, it is considered that the pre-ignition can be more effectively suppressed by reducing the intake air temperature introduced into the cylinder.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、排気行程中の吸気弁の開閉期間を適切に制御して、筒内に導入される吸気温度を効果的に低下させることができると共に、充填効率を向上させることができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and effectively controls the intake valve opening / closing period during the exhaust stroke to effectively control the intake air temperature introduced into the cylinder. An object of the present invention is to provide an engine control apparatus that can reduce the charging efficiency and improve the charging efficiency.

上記の目的を達成するために、本発明は、吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒と、この吸気弁の開閉時期及びリフト量を変化させる可変バルブ機構とを備え、エンジン負荷が所定値未満である第1の運転領域において、燃料を含む混合気を圧縮自己着火させ、この第1の運転領域よりも負荷が高い第2の運転領域において、燃料を含む混合気を強制点火させるエンジンの制御装置であって、エンジンの第1又は第2の運転領域において、吸気行程に加えて排気行程においても吸気弁を開弁させるように、可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段を有し、可変バルブ機構制御手段は、混合気を強制点火させる第2の運転領域であり且つエンジン回転数が所定回転数以下である場合、エンジンの排気行程において排気弁が開弁したときに発生する排気脈動の一次の負圧波が発生するタイミングに基づいて、エンジンの回転数が高いほど、排気行程中の吸気弁の開弁時期及び吸気弁の閉弁時期を遅角させる、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder provided with an intake valve for introducing intake air into the cylinder and an exhaust valve for discharging exhaust gas from the cylinder, and opening / closing timing of the intake valve, And a variable valve mechanism for changing the lift amount . In a first operating region where the engine load is less than a predetermined value, the air-fuel mixture containing fuel is compressed and self-ignited, and the load is higher than that in the first operating region. opening the second operating region, a control apparatus for an engine fuel mixture Ru forced ignition containing fuel, in the first or the second operating region of the engine, the intake valve even in the exhaust stroke in addition to the intake stroke so as to have a variable valve timing control means for controlling the variable valve mechanism, the variable valve mechanism control means is a second operating region for forcibly igniting the air-fuel mixture and der engine speed is below a predetermined rotational speed If, in the exhaust stroke of the engine, based on the timing of the primary negative pressure wave of the exhaust pulsation is generated that occurs when the exhaust valve is opened, the higher the rotational speed of the engine, the intake valve is opened in the exhaust stroke The timing and the closing timing of the intake valve are retarded .

このように構成された本発明によれば、吸気行程に加えて排気行程においても吸気弁を開弁させる二度開き制御を実行する場合に、排気行程において排気弁が開弁したときに発生した排気脈動が負圧になるタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁の開弁時期を設定するので、筒内から排気ガスを流出させて、筒内へ吸気を流入させる掃気効果を向上させることができる。これにより、筒内への空気の充填効率(体積効率)を向上させることができ、その結果、エンジンからの出力トルクを向上させることが可能となる。加えて、上記の掃気効果の向上により、吸気側から気筒を介して排気側へとガスを吹き抜けさせることで、吸気側の温度を低下させることができる。その結果、吸気工程において筒内に導入される吸気温度を低下させることができ、プリイグニッションを適切に抑制することが可能となる。According to the present invention configured as described above, when the double opening control for opening the intake valve in the exhaust stroke in addition to the intake stroke is executed, it occurs when the exhaust valve is opened in the exhaust stroke. Since the opening timing of the intake valve during the exhaust stroke is set based on the timing when the exhaust pulsation becomes negative pressure, it is possible to improve the scavenging effect of flowing the exhaust gas out of the cylinder and flowing the intake air into the cylinder it can. As a result, the efficiency of filling air into the cylinder (volumetric efficiency) can be improved, and as a result, the output torque from the engine can be improved. In addition, by improving the above scavenging effect, it is possible to reduce the temperature on the intake side by blowing gas from the intake side to the exhaust side via the cylinder. As a result, the intake temperature introduced into the cylinder in the intake process can be reduced, and pre-ignition can be appropriately suppressed.
また、エンジン回転数に応じて変化する、排気脈動が負圧になるタイミングに合わせて、吸気弁を適切に開弁させ、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに合わせて、吸気弁を適切に閉弁させることができる。また、大きなエネルギーを有する一次の負圧波を利用することで、掃気効果をより向上させることができる。また、運転領域に応じて圧縮自己着火と強制点火とを切り替えて運転する高圧縮比エンジンなどにおいて、低回転数及び高負荷の運転領域において、上述した吸気弁に対する制御を行って、掃気効果を適切に向上させることができ、充填効率を向上させることができると共に、吸気温度を低下させて、プリイグニッションを抑制することが可能となる。Also, the intake valve is appropriately opened in accordance with the timing at which the exhaust pulsation becomes negative pressure, which changes according to the engine speed, and the intake valve is adjusted in accordance with the timing at which the exhaust pulsation changes from negative pressure to positive pressure. It can be closed properly. Moreover, the scavenging effect can be further improved by using a primary negative pressure wave having large energy. Further, in a high compression ratio engine that operates by switching between compression self-ignition and forced ignition according to the operation region, the above-described intake valve is controlled in the operation region at a low rotation speed and high load, and the scavenging effect is obtained. Thus, it is possible to appropriately improve the charging efficiency, and it is possible to reduce the intake air temperature and suppress the pre-ignition.

本発明において、好ましくは、可変バルブ機構制御手段は、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに基づき、排気行程中に開弁させた吸気弁の閉弁時期を設定する。
このように構成された本発明によれば、排気脈動が正圧になっているときに吸気弁を閉弁することができ、排気側から吸気側への排気ガスの吹き戻しを抑制することができる。
In the present invention, preferably, the variable valve mechanism control means sets the closing timing of the intake valve that is opened during the exhaust stroke based on the timing at which the exhaust pulsation changes from negative pressure to positive pressure.
According to the present invention thus configured, the intake valve can be closed when the exhaust pulsation is at a positive pressure, and the exhaust gas blowback from the exhaust side to the intake side can be suppressed. it can.

本発明において、好ましくは、可変バルブ機構制御手段は、排気弁の開弁時期に基づき、排気行程中の吸気弁の開弁時期を設定する。
このように構成された本発明によれば、排気弁の開弁時期に応じて変化する、排気脈動が負圧になるタイミングに合わせて、吸気弁を適切に開弁させることができる。
In the present invention, preferably, the variable valve mechanism control means sets the valve opening timing of the intake valve during the exhaust stroke based on the valve opening timing of the exhaust valve.
According to the present invention configured as described above, the intake valve can be appropriately opened in accordance with the timing at which the exhaust pulsation becomes negative pressure, which changes according to the opening timing of the exhaust valve.

本発明において、好ましくは、可変バルブ機構制御手段は、排気脈動において負圧波のピークが発生するタイミングにおいて、吸気弁のリフト量が最大になるように、排気行程中の吸気弁の開弁時期を設定する。
このように構成された本発明によれば、負圧波のピークが発生するタイミング(ピークタイミング)と吸気弁のリフト量が最大になるタイミングとが一致するように、排気行程中における吸気弁の開弁時期を設定するので、負圧波のエネルギーを最大限に利用することができ、掃気効果をより向上させることができる。
In the present invention, preferably, the variable valve mechanism control means sets the valve opening timing of the intake valve during the exhaust stroke so that the lift amount of the intake valve is maximized at the timing when the negative pressure wave peak occurs in the exhaust pulsation. Set.
According to the present invention configured as described above, the opening of the intake valve during the exhaust stroke is performed so that the timing at which the negative pressure wave peak (peak timing) coincides with the timing at which the lift amount of the intake valve becomes maximum. Since the valve timing is set, the energy of the negative pressure wave can be utilized to the maximum, and the scavenging effect can be further improved.

本発明において、好ましくは、エンジンは、それぞれが吸気弁及び排気弁を備える複数の気筒を有し、可変バルブ機構制御手段は、排気行程中の吸気弁の開弁時期を、複数の気筒の中で当該吸気弁を備える一の気筒の排気弁が開弁したときに発生した排気脈動が負圧となるタイミングに基づき設定するのがよい。   In the present invention, preferably, the engine has a plurality of cylinders each having an intake valve and an exhaust valve, and the variable valve mechanism control means determines the valve opening timing of the intake valve during the exhaust stroke. Therefore, it is preferable to set based on the timing at which the exhaust pulsation generated when the exhaust valve of one cylinder having the intake valve is opened becomes negative pressure.

本発明において、好ましくは、可変バルブ機構制御手段は、排気弁の開弁時期が遅角するほど、排気行程中に開弁させた吸気弁の閉弁時期を遅角させると共に、エンジン回転数が高いほど、排気行程中に開弁させた吸気弁の閉弁時期を遅角させる。
このように構成された本発明によれば、排気弁の開弁時期及びエンジン回転数のそれぞれに応じて変化する、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに合わせて、吸気弁を適切に閉弁させることができる。
In the present invention, preferably, the variable valve mechanism control means retards the closing timing of the intake valve that is opened during the exhaust stroke as the opening timing of the exhaust valve is retarded, and the engine speed increases. The higher the valve timing, the later the closing timing of the intake valve that is opened during the exhaust stroke.
According to the present invention configured as above, the intake valve is appropriately adjusted in accordance with the timing at which the exhaust pulsation changes from negative pressure to positive pressure, which changes according to the opening timing of the exhaust valve and the engine speed. It can be closed.

本発明のエンジンの制御装置によれば、排気行程中の吸気弁の開閉期間を適切に制御して、筒内に導入される吸気温度を効果的に低下させることができると共に、充填効率を向上させることができる。   According to the engine control apparatus of the present invention, it is possible to appropriately control the opening / closing period of the intake valve during the exhaust stroke, effectively reducing the intake air temperature introduced into the cylinder, and improving the charging efficiency. Can be made.

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine to which an engine control device according to an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure regarding the control apparatus of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。It is explanatory drawing of the driving | operation area | region of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による、第2の運転領域においてエンジン回転数が相対的に低い領域での吸気弁及び排気弁の動作についての説明図である。It is explanatory drawing about operation | movement of an intake valve and an exhaust valve in the area | region where an engine speed is relatively low in the 2nd operation area | region by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による吸気弁の制御方法の基本概念についての説明図である。It is explanatory drawing about the basic concept of the control method of the intake valve by embodiment of this invention. エンジン回転数の違いによる、排気脈動において一次の負圧波が発生するタイミングの違いについての説明図である。It is explanatory drawing about the difference in the timing which a primary negative pressure wave generate | occur | produces in an exhaust pulsation by the difference in engine speed. エンジン回転数と排気脈動における一次の負圧波が発生するクランク角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine speed and the crank angle which the primary negative pressure wave in an exhaust pulsation generate | occur | produces. 本発明の実施形態による吸気弁の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the intake valve by embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。   Hereinafter, an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[装置構成]
図1は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン(エンジン本体)1の概略構成を示し、図2は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine (engine body) 1 to which an engine control device according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a block diagram showing the engine control device according to the embodiment of the present invention. .

エンジン1は、車両に搭載されると共に、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る。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(なお、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。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と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を画定する。なお、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。   The engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with a fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (in FIG. 1, only one cylinder is illustrated, but four cylinders are provided in series, for example), and the cylinder block 11 is disposed on the cylinder block 11. The cylinder head 12 is provided, and an oil pan 13 is provided below the cylinder block 11 and stores lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. A cavity 141 like a reentrant type in a diesel engine is formed on the top surface of the piston 14. The cavity 141 is opposed to an injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18, and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber 19. The shape of the combustion chamber 19 is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the cavity 141, the top surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber 19, and the like can be changed as appropriate.

このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。   The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion described later. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 15-20.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。   The cylinder head 12 is provided with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 have an intake valve 21 and an exhaust for opening and closing the opening on the combustion chamber 19 side. Each valve 22 is disposed.

吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁22の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変バルブリフト機構(図2参照。以下、VVL(Variable Valve Lift)と称する)71と、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することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable Valve Timing)と称する)75と、が設けられている。VVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、例えば、カム山を一つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロフィールの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。この例では、第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用される。なお、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。   Of the valve systems that drive the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, on the exhaust side, the operation mode of the exhaust valve 22 is switched between a normal mode and a special mode, for example, a hydraulically operated variable valve lift mechanism (FIG. 2). (Hereinafter referred to as VVL (Variable Valve Lift)) 71 and a phase variable mechanism (hereinafter referred to as VVT (Variable Valve Timing)) 75 capable of changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 15. , Is provided. Although detailed illustration of the configuration of the VVL 71 is omitted, for example, two types of cams having different cam profiles, a first cam having one cam peak and a second cam having two cam peaks, and A cam shifting mechanism that selectively transmits the operating state of one of the first and second cams to the exhaust valve 22 is configured. In this example, when the operating state of the first cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 operates in the normal mode in which the valve is opened only once during the exhaust stroke, whereas the operation of the second cam is performed. When the state is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 is operated in a special mode in which the exhaust valve 22 is opened during the exhaust stroke and is also opened during the intake stroke so that the exhaust is opened twice. . The normal mode and the special mode of the VVL 71 are switched according to the operating state of the engine. Specifically, the special mode is used in the control related to the internal EGR. An electromagnetically driven valve system that drives the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed.

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図示は省略する。排気弁22は、VVT75によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。また、複数の気筒18のそれぞれに設けられた排気弁22を、各気筒18ごとに別個に、VVL71及びVVT75によってリフト量及び動作タイミングが制御できるようにしてもよい。   The VVT 75 may employ a hydraulic, electromagnetic, or mechanical structure as appropriate, and illustration of the detailed structure is omitted. The exhaust valve 22 can continuously change its valve opening timing and valve closing timing within a predetermined range by the VVT 75. Further, the lift amount and the operation timing of the exhaust valve 22 provided in each of the plurality of cylinders 18 may be controlled by the VVL 71 and the VVT 75 separately for each cylinder 18.

なお、内部EGRの実行は、上記したような排気弁22の二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁21を二回開く、吸気の二度開きによって内部EGR制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁21及び排気弁22の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒18内に残留させる内部EGR制御を行ってもよい。   The execution of the internal EGR is not realized only by opening the exhaust valve 22 twice as described above. For example, the internal EGR control may be performed by opening the intake valve 21 twice or by opening the intake valve twice, or by providing a negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed in the exhaust stroke or the intake stroke. Internal EGR control that causes the fuel gas to remain in the cylinder 18 may be performed.

VVL71及びVVT75を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図2に示すように、VVL74とVVT72とが設けられている。吸気側のVVL74は、排気側のVVL71とは異なる。例えば、吸気側のVVL74は、吸気弁21のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁21のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロフィールの異なる2種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフト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に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。この例では、VVL74が大リフトカムの作動状態を吸気弁21に伝達しているときには、吸気弁21は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、VVL74が小リフトカムの作動状態を吸気弁21に伝達しているときには、吸気弁21は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。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。   As shown in FIG. 2, a VVL 74 and a VVT 72 are provided on the intake side in the same manner as the valve system on the exhaust side provided with the VVL 71 and the VVT 75. The intake side VVL 74 is different from the exhaust side VVL 71. For example, the VVL 74 on the intake side includes two types of cams having different cam profiles, a large lift cam that relatively increases the lift amount of the intake valve 21 and a small lift cam that relatively decreases the lift amount of the intake valve 21. A cam shifting mechanism that selectively transmits an operating state of one of the large lift cam and the small lift cam to the intake valve 21 is included. In this example, when the VVL 74 is transmitting the operating state of the large lift cam to the intake valve 21, the intake valve 21 is opened with a relatively large lift amount and the valve opening period is also long. On the other hand, when the VVL 74 is transmitting the operating state of the small lift cam to the intake valve 21, the intake valve 21 is opened with a relatively small lift amount and the valve opening period is also shortened. The large lift cam and the small lift cam are set to be switched at the same valve closing timing or valve opening timing.

吸気側のVVT72は、排気側の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。吸気弁21もまた、VVT72によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。また、複数の気筒18のそれぞれに設けられた吸気弁21を、各気筒18ごとに別個に、VVL74及びVVT72によってリフト量及び動作タイミングが制御できるようにしてもよい。なお、吸気側にVVL74を適用せずに、VVT72のみを適用し、吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期のみを変更するようにしてもよい。
なお、VVT72及びVVL74は、本発明における「可変バルブ機構」に相当する。
As with the VVT 75 on the exhaust side, the intake-side VVT 72 may adopt a known hydraulic, electromagnetic, or mechanical structure as appropriate, and the detailed structure is not shown. The valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 21 can also be continuously changed within a predetermined range by the VVT 72. Further, the lift amount and the operation timing of the intake valve 21 provided in each of the plurality of cylinders 18 may be controlled by the VVL 74 and the VVT 72 separately for each cylinder 18. Note that, instead of applying the VVL 74 to the intake side, only the VVT 72 may be applied and only the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 21 may be changed.
VVT 72 and VVL 74 correspond to the “variable valve mechanism” in the present invention.

シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する(直噴)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、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いる。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。   In addition, for each cylinder 18, an injector 67 that directly injects fuel into the cylinder 18 (direct injection) is attached to the cylinder head 12. The injector 67 is disposed so that its nozzle hole faces the inside of the combustion chamber 19 from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber 19. The injector 67 directly injects an amount of fuel into the combustion chamber 19 at an injection timing set according to the operating state of the engine 1 and according to the operating state of the engine 1. In this example, the injector 67 is a multi-hole injector having a plurality of nozzle holes, although detailed illustration is omitted. Thereby, the injector 67 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center position of the combustion chamber 19. At the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber 19 flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the top surface of the piston. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. This combination of the multi-hole injector 67 and the cavity 141 is an advantageous configuration for shortening the mixture formation period and the combustion period after fuel injection. In addition, the injector 67 is not limited to a multi-hole injector, and may be an open valve type injector.

図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。   A fuel tank (not shown) and the injector 67 are connected to each other by a fuel supply path. A fuel supply system 62 including a fuel pump 63 and a common rail 64 and capable of supplying fuel to the injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the fuel supply path. The fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 can store the pumped fuel at a relatively high fuel pressure. When the injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the injector 67. Here, although not shown, the fuel pump 63 is a plunger type pump and is driven by the engine 1. The fuel supply system 62 configured to include this engine-driven pump enables the fuel with a high fuel pressure of 30 MPa or more to be supplied to the injector 67. The fuel pressure may be set to about 120 MPa at the maximum. The pressure of the fuel supplied to the injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1. The fuel supply system 62 is not limited to this configuration.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室19内の混合気に強制点火(具体的には火花点火)する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン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内を貫通して配置されている。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内に臨んで配置される。   An ignition plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 (specifically, spark ignition) is also attached to the cylinder head 12. In this example, the spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. The tip of the spark plug 25 is disposed facing the cavity 141 of the piston 14 located at the compression top dead center.

エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 19 of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設され、その下流側には、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30, and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 is disposed downstream thereof. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 on the downstream side of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices for purifying harmful components in the exhaust gas. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case.

吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設されている。   A portion between the surge tank 33 and the throttle valve 36 in the intake passage 30 and a portion upstream of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40 are used for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected via a passage 50. The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas to the intake passage 30.

エンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下では「PCM」と呼ぶ。)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。このPCM10が制御器を構成する。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as “PCM”) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. This PCM 10 constitutes a controller.

PCM10には、図1及び図2に示すように、各種のセンサSW1、SW2、SW4〜SW18の検出信号が入力される。具体的には、PCM10には、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサSW2の検出信号と、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4の検出信号と、吸気ポート16に取り付けられかつ、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の検出信号と、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6の検出信号と、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8の検出信号と、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9の検出信号と、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11の検出信号と、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の検出信号と、車両のアクセルペダル(図示省略)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の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサSW14、SW15の検出信号と、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16の検出信号と、エンジン1の油圧を検出する油圧センサSW17の検出信号と、エンジン1の油温を検出する油温センサSW18の検出信号と、が入力される。 As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW1, SW2, and SW4 to SW18 are input to the PCM 10. Specifically, on the downstream side of the air cleaner 31, the PCM 10 includes a detection signal of an air flow sensor SW 1 that detects a flow rate of fresh air, a detection signal of an intake air temperature sensor SW 2 that detects the temperature of fresh air, and an EGR passage 50. The detection signal of the EGR gas temperature sensor SW4 that is disposed in the vicinity of the connection portion with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas, and the intake air that is attached to the intake port 16 and immediately before flowing into the cylinder 18 The detection signal of the intake port temperature sensor SW5 for detecting the temperature, the detection signal of the in-cylinder pressure sensor SW6 attached to the cylinder head 12 and detecting the pressure in the cylinder 18, and the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 in the exhaust passage 40 And the detection signals of the exhaust temperature sensor SW7 and the exhaust pressure sensor SW8 that detect the exhaust temperature and the exhaust pressure, respectively. And it is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, disposed between the detection signal of the linear O 2 sensor SW9 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, the direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 and the exhaust A detection signal of a lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration of the engine, a detection signal of a water temperature sensor SW11 that detects the temperature of engine cooling water, a detection signal of a crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, A detection signal of an accelerator opening sensor SW13 that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, detection signals of intake side and exhaust side cam angle sensors SW14 and SW15, and a fuel supply system A fuel pressure sensor S that is attached to the common rail 64 of 62 and detects the fuel pressure supplied to the injector 67. 16 a detection signal of a detection signal of the hydraulic sensor SW17 for detecting the oil pressure of the engine 1, and the detection signal of the oil temperature sensor SW18 for detecting the oil temperature of the engine 1, are input.

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて、(直噴)インジェクタ67、点火プラグ25、吸気弁側のVVT72及びVVL74、排気弁側のVVT75及びVVL71、燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、EGR弁511)のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。詳細は後述するが、PCM10は、本発明におけるエンジンの制御装置に相当する。特に、PCM10は、本発明における「可変バルブ機構制御手段」として機能する。   The PCM 10 determines the state of the engine 1 and the vehicle by performing various calculations based on these detection signals, and in response to this, (direct injection) injector 67, spark plug 25, intake valve side VVT72 and VVL74. Control signals are output to the VVT 75 and VVL 71 on the exhaust valve side, the fuel supply system 62, and actuators of various valves (throttle valve 36, EGR valve 511). Thus, the PCM 10 operates the engine 1. Although details will be described later, the PCM 10 corresponds to an engine control device in the present invention. In particular, the PCM 10 functions as “variable valve mechanism control means” in the present invention.

[運転領域]
次に、図3を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図3は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域である第1の運転領域R11では、点火プラグ25による点火を行わずに、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする(失火などが発生する傾向にある)。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域である第2の運転領域R12では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ25を利用した強制点火燃焼(ここでは火花点火燃焼)を行うようにする。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、圧縮着火燃焼による運転を実行するCI(Compression Ignition)運転と、火花点火燃焼による運転を実行するSI(Spark Ignition)運転とを切り替えるように構成されている。
[Operation area]
Next, with reference to FIG. 3, the operating region of the engine according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows an example of the operation control map of the engine 1. For the purpose of improving fuel consumption and exhaust emission performance, the engine 1 does not perform ignition by the spark plug 25 in the first operating region R11, which is a low load region where the engine load is relatively low. Performs compression ignition combustion by ignition. However, as the load on the engine 1 increases, in this compression ignition combustion, the combustion becomes too steep and combustion noise is generated, and it becomes difficult to control the ignition timing (prone to misfire and the like). It is in). Therefore, in this engine 1, in the second operating region R12, which is a high load region where the engine load is relatively high, forced ignition combustion (here, spark ignition combustion) using the spark plug 25 is used instead of compression ignition combustion. To do. As described above, the engine 1 performs a CI (Compression Ignition) operation for performing an operation by compression ignition combustion and an SI (for performing an operation by spark ignition combustion) according to the operation state of the engine 1, particularly, the load of the engine 1. It is configured to switch between (Spark Ignition) driving.

[吸気弁及び排気弁の制御]
次に、図4を参照して、本発明の実施形態による吸気弁21及び排気弁22の制御の具体例について説明する。図4は、SI運転を行う第2の運転領域R12での、特に第2の運転領域R12においてエンジン回転数が相対的に低い領域R13(図3参照)での、吸気弁21及び排気弁22の動作を示している。図4は、横方向にクランク角を示し、縦方向に吸気弁21及び排気弁22のリフト量を示している。具体的には、破線のグラフG11は、クランク角に応じた排気弁22の動作を示しており、実線のグラフG12は、クランク角に応じた吸気弁21の動作を示している。
[Control of intake and exhaust valves]
Next, a specific example of control of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the intake valve 21 and the exhaust valve 22 in the second operation region R12 in which SI operation is performed, particularly in the region R13 (see FIG. 3) in which the engine speed is relatively low in the second operation region R12. Shows the operation. FIG. 4 shows the crank angle in the horizontal direction and the lift amounts of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 in the vertical direction. Specifically, a broken line graph G11 indicates the operation of the exhaust valve 22 according to the crank angle, and a solid line graph G12 indicates the operation of the intake valve 21 according to the crank angle.

図4中のグラフG12に示すように、本実施形態では、第2の運転領域R12中の低回転数領域R13において、吸気弁21を吸気行程中に開弁させると共に排気行程中にも開弁させる二度開きを実行する。この場合、排気行程において、吸気弁21及び排気弁22の両方が開いている状態となる。上述したように、このような吸気弁21の二度開きは、VVT72及びVVL74(以下では、これらを合わせて単に「吸気側可変バルブ機構」と適宜呼ぶ。)を介したPCM10による開弁時期、閉弁時期及びリフト量の制御によって実現される。特に、本実施形態では、PCM10は、排気行程中における吸気弁21の開弁期間を変化させる制御を行う。こうすることで、筒内における掃気効果(筒内から排気ガスを追い出して、筒内に吸気を充填する効果)を向上させるようにしている。   As shown in the graph G12 in FIG. 4, in the present embodiment, in the low speed region R13 in the second operation region R12, the intake valve 21 is opened during the intake stroke and also opened during the exhaust stroke. Perform a double-open. In this case, in the exhaust stroke, both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are open. As described above, such double opening of the intake valve 21 is performed by the PCM 10 via the VVT 72 and VVL 74 (hereinafter, simply referred to as “intake side variable valve mechanism” as appropriate), This is realized by controlling the valve closing timing and the lift amount. In particular, in the present embodiment, the PCM 10 performs control to change the valve opening period of the intake valve 21 during the exhaust stroke. By doing so, the scavenging effect in the cylinder (the effect of expelling the exhaust gas from the cylinder and filling the cylinder with the intake air) is improved.

なお、第2の運転領域R12においてエンジン回転数が領域R13よりも高い領域では、PCM10は、上記のような吸気弁21の二度開きを実行しない。この場合には、PCM10は、排気行程後半から吸気行程前半に渡って吸気弁21及び排気弁22の両方が開いているように(つまりオーバーラップ期間を形成するように)、吸気弁21を一度だけ開弁するように制御する。   Note that, in the region where the engine speed is higher than the region R13 in the second operation region R12, the PCM 10 does not open the intake valve 21 as described above twice. In this case, the PCM 10 opens the intake valve 21 once so that both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are open from the latter half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke (that is, so as to form an overlap period). Control to open only.

[本実施形態による制御]
次に、本発明の実施形態において吸気側可変バルブ機構を介して吸気弁21に対して行う制御内容について、より具体的に説明する。上述したように、本実施形態では、PCM10は、第2の運転領域R12中の低回転数領域R13において、吸気弁21を吸気行程中に開弁させると共に排気行程中にも開弁させる二度開きを実行し、この排気行程中における吸気弁21の開弁期間を変化させる制御を行う。具体的には、PCM10は、膨張行程(燃焼行程)後に排気弁22が開弁したときに発生する排気脈動が負圧になるタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定する。
[Control by this embodiment]
Next, the details of control performed on the intake valve 21 via the intake side variable valve mechanism in the embodiment of the present invention will be described more specifically. As described above, in the present embodiment, the PCM 10 opens the intake valve 21 during the intake stroke and also during the exhaust stroke in the low rotation speed region R13 in the second operation region R12. The opening is executed, and control is performed to change the valve opening period of the intake valve 21 during this exhaust stroke. Specifically, the PCM 10 sets the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke based on the timing when the exhaust pulsation generated when the exhaust valve 22 opens after the expansion stroke (combustion stroke) becomes negative pressure. To do.

図5を参照して、本発明の実施形態による吸気弁21の制御方法の基本概念について具体的に説明する。図5では、横軸にクランク角を示し、縦軸に排気脈動及び吸気脈動の圧力を示している。具体的には、図5において、グラフG21は、クランク角に応じた排気脈動を示し、グラフG22は、クランク角に応じた吸気脈動を示している。なお、これらの排気脈動及び吸気脈動は、同一の気筒18において発生しているものである、つまり、着目している一の気筒18とは別の気筒18での動作(燃焼サイクル)に起因して発生したものではない(以下同様とする)。また、図5では、更に、排気脈動及び吸気脈動を示すグラフG21、G22に対して、クランク角に応じた排気弁22の動作(グラフG23)と、クランク角に応じた吸気弁21の動作(グラフG24)とを重ねて示している。   With reference to FIG. 5, the basic concept of the control method of the intake valve 21 according to the embodiment of the present invention will be specifically described. In FIG. 5, the abscissa indicates the crank angle, and the ordinate indicates the pressure of the exhaust pulsation and the intake pulsation. Specifically, in FIG. 5, a graph G21 shows exhaust pulsation according to the crank angle, and a graph G22 shows intake pulsation according to the crank angle. These exhaust pulsation and intake pulsation are generated in the same cylinder 18, that is, due to the operation (combustion cycle) in a cylinder 18 different from the one cylinder 18 of interest. (The same shall apply hereinafter). Further, in FIG. 5, with respect to the graphs G21 and G22 showing the exhaust pulsation and the intake pulsation, the operation of the exhaust valve 22 according to the crank angle (graph G23) and the operation of the intake valve 21 according to the crank angle ( Graph G24) is shown superimposed.

図5中のグラフG21に示すように、クランク角T14にて排気弁22を開弁した後に、比較的大きな排気脈動が発生していることがわかる。膨張行程(燃焼行程)では筒内においてガスが膨張していくが、この行程では筒内のガスの圧力が高い状態となっているため、この状態において排気弁22を開くと、勢いよくガスが排気側へと流出することで(ブローダウン)、比較的大きな排気脈動が発生する。この排気脈動は、排気ガスの流れに対応する波(圧力波)であり、筒内から排気側へと圧力伝播されるものである。具体的には、排気脈動は、波のように振動することで、正圧と負圧との間で変化する(符号A11、A12、A13参照)。ここでいう「負圧」とは、排気脈動の圧力が吸気脈動(グラフG22参照)の圧力よりも低い状態、つまり排気側の圧力が吸気側の圧力よりも低い状態を意味する。また、「正圧」とは、排気脈動の圧力が吸気脈動の圧力よりも大きい状態、つまり排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高い状態を意味する。   As shown in the graph G21 in FIG. 5, it can be seen that a relatively large exhaust pulsation occurs after the exhaust valve 22 is opened at the crank angle T14. In the expansion stroke (combustion stroke), the gas expands in the cylinder. In this stroke, the pressure of the gas in the cylinder is high, and when the exhaust valve 22 is opened in this state, the gas vigorously flows. By flowing out to the exhaust side (blowdown), a relatively large exhaust pulsation is generated. This exhaust pulsation is a wave (pressure wave) corresponding to the flow of exhaust gas, and is propagated in pressure from the inside of the cylinder to the exhaust side. Specifically, the exhaust pulsation changes between a positive pressure and a negative pressure by oscillating like a wave (see symbols A11, A12, and A13). Here, “negative pressure” means a state where the pressure of exhaust pulsation is lower than the pressure of intake pulsation (see graph G22), that is, a state where the pressure on the exhaust side is lower than the pressure on the intake side. “Positive pressure” means a state where the pressure of the exhaust pulsation is larger than the pressure of the intake pulsation, that is, a state where the pressure on the exhaust side is higher than the pressure on the intake side.

より詳しくは、符号A11で示す排気脈動の正圧波(一次の正圧波)、及び符号A12で示す排気脈動の負圧波(一次の負圧波)は、それぞれ、上記のブローダウンに起因するものである。一方で、符号A13で示す排気脈動の正圧波などの、二次以降の正圧波及び負圧波は、ブローダウンに起因する波が、排気ガスが通過する経路中の内壁に衝突することで生じた反射波に対応するものである。なお、一次の正圧波及び負圧波は、それぞれ、排気弁22が開弁してから最初(1回目)に発生する正圧波及び負圧波を意味し、二次以降の正圧波及び負圧波は、それぞれ、排気弁22が開弁してから2回目以降に発生する正圧波及び負圧波を意味する。   More specifically, the exhaust pressure pulsation positive pressure wave (primary positive pressure wave) indicated by reference numeral A11 and the exhaust pulsation negative pressure wave indicated by reference numeral A12 (primary negative pressure wave) are caused by the blowdown described above. . On the other hand, the positive pressure wave and the negative pressure wave after the secondary, such as the positive pressure wave of the exhaust pulsation indicated by the symbol A13, are generated by the wave caused by blowdown colliding with the inner wall in the path through which the exhaust gas passes. It corresponds to the reflected wave. The primary positive pressure wave and the negative pressure wave mean a positive pressure wave and a negative pressure wave that are generated first (first time) after the exhaust valve 22 is opened, respectively. Each of them means a positive pressure wave and a negative pressure wave generated after the exhaust valve 22 is opened for the second time and thereafter.

本実施形態では、排気脈動による負圧を利用して、つまり吸気側が排気側よりも圧力が高くなっている状態を利用して、筒内から排気ガスを流出させて、筒内へ吸気を流入させる掃気効果を得るべく、排気脈動が負圧となっている期間において吸気弁21が開弁するように、つまり排気脈動が負圧となっている期間と吸気弁21の開弁期間とが重なるように、吸気側可変バルブ機構を介して吸気弁21の開閉時期を制御する。より具体的には、PCM10は、排気脈動において一次の負圧波(符号A12参照)が発生するタイミングに基づき、排気行程中における吸気弁21の開弁時期T11(クランク角に対応する。以下同様とする。)を設定する。つまり、PCM10は、一次の負圧波が発生しているときに吸気弁21が開弁しているように、吸気側可変バルブ機構を制御する。こうするのは、一次の負圧波は二次以降の負圧波よりも大きな振幅(即ちエネルギー)を有しているため、一次の負圧波が発生しているときに吸気弁21を開弁させると、大きな掃気効果が得られるからである。また、上述したように、二次以降の負圧波は、反射波に対応するものであるため、発生するタイミングを推定することが困難であるのに対して、一次の負圧波は、ブローダウンに起因するものであるため、発生するタイミングを精度良く推定することができ、吸気弁21を制御し易いからである。   In this embodiment, exhaust gas is discharged from the cylinder by using negative pressure due to exhaust pulsation, that is, a state where the pressure on the intake side is higher than that on the exhaust side, and intake air flows into the cylinder. In order to obtain the scavenging effect, the intake valve 21 opens during a period in which the exhaust pulsation is negative, that is, the period in which the exhaust pulsation is negative and the valve opening period of the intake valve 21 overlap. Thus, the opening / closing timing of the intake valve 21 is controlled via the intake side variable valve mechanism. More specifically, the PCM 10 corresponds to the valve opening timing T11 (crank angle of the intake valve 21 during the exhaust stroke, based on the timing at which a primary negative pressure wave (see symbol A12) is generated in the exhaust pulsation. Set). That is, the PCM 10 controls the intake side variable valve mechanism so that the intake valve 21 is opened when the primary negative pressure wave is generated. This is because the primary negative pressure wave has a larger amplitude (that is, energy) than the secondary and subsequent negative pressure waves. Therefore, when the intake valve 21 is opened when the primary negative pressure wave is generated. This is because a large scavenging effect can be obtained. Further, as described above, since the negative pressure wave after the second order corresponds to the reflected wave, it is difficult to estimate the timing at which it occurs, whereas the primary negative pressure wave is blown down. This is because the occurrence timing can be accurately estimated and the intake valve 21 can be easily controlled.

基本的には、一次の負圧波の発生タイミングは、排気弁22の開弁時期T14に応じて決まる。具体的には、排気弁22の開弁時期T14が遅角するほど、一次の負圧波の発生タイミングが遅くなる、換言すると、排気弁22の開弁時期T14が進角するほど、一次の負圧波の発生タイミングが早くなる。また、排気弁22の開弁時期T14に応じて一次の負圧波の発生タイミングが変化する度合いは、ほぼ音速に応じたものとなる。このようなことから、排気弁22の開弁時期T14と一次の負圧波の発生タイミングとの関係及び一次の負圧波のピークタイミングを実験やシミュレーションなどから事前に求めておき、そのような関係に基づいて、PCM10が、実際の排気弁22の開弁時期T14に応じた吸気弁21の開弁時期T11を設定するのがよい。
なお、詳細は後述するが、排気脈動における一次の負圧波の発生タイミング及び一次の負圧波のピークタイミングは、排気弁22の開弁時期T14だけでなく、エンジン回転数の影響も受ける。したがって、排気弁22の開弁時期T14及びエンジン回転数の両方に基づいて、排気行程中における吸気弁21の開弁時期T11を設定するのがよい。
Basically, the generation timing of the primary negative pressure wave is determined according to the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22. Specifically, as the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 is retarded, the generation timing of the primary negative pressure wave is delayed, in other words, as the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 is advanced, the primary negative pressure wave is delayed. The generation timing of the pressure wave is advanced. Further, the degree of change in the generation timing of the primary negative pressure wave according to the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 substantially corresponds to the speed of sound. Therefore, the relationship between the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 and the generation timing of the primary negative pressure wave and the peak timing of the primary negative pressure wave are obtained in advance from experiments and simulations, and such a relationship is obtained. Based on this, the PCM 10 may set the valve opening timing T11 of the intake valve 21 in accordance with the actual valve opening timing T14 of the exhaust valve 22.
Although details will be described later, the generation timing of the primary negative pressure wave and the peak timing of the primary negative pressure wave in the exhaust pulsation are affected not only by the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22, but also by the engine speed. Therefore, it is preferable to set the valve opening timing T11 of the intake valve 21 during the exhaust stroke based on both the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 and the engine speed.

また、本実施形態では、PCM10は、排気脈動において一次の負圧波のピークが発生するタイミング(ピークタイミング)T13において吸気弁21のリフト量が最大になるように、つまり、一次の負圧波のピークタイミングT13と吸気弁21のリフト量が最大になるタイミングとが一致するように、排気行程中における吸気弁21の開弁時期T11を設定する。こうすることで、排気脈動における一次の負圧波による負圧を最大限に利用して、掃気効果を効果的に向上させるようにしている。更に、本実施形態では、PCM10は、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに基づき、つまり一次の負圧波から二次の正圧波(符号A13参照)へと切り替わるタイミングに基づき、排気行程中において開弁させた吸気弁21の閉弁時期T12を設定する。具体的には、PCM10は、排気脈動が正圧になっているときに吸気弁21が開弁していないように、吸気側可変バルブ機構を介して吸気弁21の閉弁時期を制御する。こうすることで、排気側から吸気側への排気ガスの吹き戻しを抑制するようにしている。   Further, in the present embodiment, the PCM 10 is configured so that the lift amount of the intake valve 21 is maximized at the timing (peak timing) T13 when the peak of the primary negative pressure wave occurs in the exhaust pulsation, that is, the peak of the primary negative pressure wave. The valve opening timing T11 of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set so that the timing T13 coincides with the timing at which the lift amount of the intake valve 21 becomes maximum. By doing so, the scavenging effect is effectively improved by making maximum use of the negative pressure due to the primary negative pressure wave in the exhaust pulsation. Further, in the present embodiment, the PCM 10 is based on the timing at which the exhaust pulsation changes from negative pressure to positive pressure, that is, based on the timing at which the primary negative pressure wave switches to the secondary positive pressure wave (see symbol A13). The closing timing T12 of the intake valve 21 opened at is set. Specifically, the PCM 10 controls the valve closing timing of the intake valve 21 via the intake side variable valve mechanism so that the intake valve 21 is not opened when the exhaust pulsation is positive pressure. By doing so, exhaust gas blowback from the exhaust side to the intake side is suppressed.

次に、図6及び図7を参照して、エンジン回転数と、排気脈動における負圧波の発生タイミングとの関係について説明する。図6は、エンジン回転数の違いによる、排気脈動において一次の負圧波が発生するタイミング(クランク角)の違いを説明するための図であり、図7は、エンジン回転数(横軸)と排気脈動における一次の負圧波が発生するクランク角(縦軸)との関係を示す図である。   Next, with reference to FIG.6 and FIG.7, the relationship between an engine speed and the generation | occurrence | production timing of the negative pressure wave in exhaust pulsation is demonstrated. FIG. 6 is a diagram for explaining a difference in timing (crank angle) at which a primary negative pressure wave is generated in exhaust pulsation due to a difference in engine speed, and FIG. 7 is a graph showing engine speed (horizontal axis) and exhaust gas. It is a figure which shows the relationship with the crank angle (vertical axis | shaft) in which the primary negative pressure wave in a pulsation generate | occur | produces.

図6(a)〜(c)は、それぞれ、横軸にクランク角を示し、縦軸に排気脈動及び吸気脈動の圧力を示している。図6(a)は、図5と同様の図であり、比較的低いエンジン回転数(例えば1000rpm)での排気脈動などを示している。なお、図6(a)において図5と同一の符号を付した要素は同一の意味を有するものとする。図6(b)は、図6(a)よりも高いエンジン回転数(例えば2000rpm)での排気脈動などを示している。具体的には、図6(b)では、グラフG31は、クランク角に応じた排気脈動を示し、グラフG32は、クランク角に応じた吸気脈動を示しており、また、グラフG33は、クランク角に応じた排気弁22の動作を示し、グラフG34は、クランク角に応じた吸気弁21の動作を示している。図6(c)は、図6(b)よりも更に高いエンジン回転数(例えば3000rpm)での排気脈動などを示している。具体的には、図6(c)では、グラフG41は、クランク角に応じた排気脈動を示し、グラフG42は、クランク角に応じた吸気脈動を示しており、また、グラフG43は、クランク角に応じた排気弁22の動作を示し、グラフG44は、クランク角に応じた吸気弁21の動作を示している。   In each of FIGS. 6A to 6C, the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the exhaust pulsation pressure and the intake pulsation pressure. FIG. 6A is a view similar to FIG. 5 and shows an exhaust pulsation or the like at a relatively low engine speed (for example, 1000 rpm). In FIG. 6A, elements denoted by the same reference numerals as those in FIG. 5 have the same meaning. FIG. 6B shows an exhaust pulsation at an engine speed (for example, 2000 rpm) higher than that in FIG. Specifically, in FIG. 6B, the graph G31 shows the exhaust pulsation according to the crank angle, the graph G32 shows the intake pulsation according to the crank angle, and the graph G33 shows the crank angle. The graph G34 shows the operation of the intake valve 21 according to the crank angle. FIG. 6C shows the exhaust pulsation at a higher engine speed (for example, 3000 rpm) than FIG. 6B. Specifically, in FIG. 6C, the graph G41 shows the exhaust pulsation according to the crank angle, the graph G42 shows the intake pulsation according to the crank angle, and the graph G43 shows the crank angle. The graph G44 shows the operation of the intake valve 21 according to the crank angle.

図6(a)、(b)、(c)中の符号A12、A21、A22に示すように、エンジン回転数が高くなるほど、排気脈動において一次の負圧波の発生タイミングが遅くなることがわかる、換言すると一次の負圧波が発生するクランク角が遅角側にシフトすることがわかる。ここで、図7を参照すると、エンジン回転数と排気脈動において一次の負圧波が発生するクランク角との関係は線形になる。具体的には、一次の負圧波が発生するクランク角がエンジン回転数に応じて線形に変化する。これは、排気脈動がほぼ音速で圧力伝播されるため、伝播速度がほぼ一定であるのに対して、エンジン回転数が変わると1サイクルに要する時間が変化して(エンジン回転数が高くなると1サイクルに要する時間が短くなる)、クランク角度と時間との関係が変化することに起因している。   As shown by reference signs A12, A21, and A22 in FIGS. 6A, 6B, and 6C, it can be seen that the higher the engine speed, the later the generation timing of the primary negative pressure wave in the exhaust pulsation. In other words, it can be seen that the crank angle at which the primary negative pressure wave is generated shifts to the retard side. Here, referring to FIG. 7, the relationship between the engine speed and the crank angle at which the primary negative pressure wave is generated in the exhaust pulsation is linear. Specifically, the crank angle at which the primary negative pressure wave is generated changes linearly according to the engine speed. This is because, since the exhaust pulsation is propagated by pressure almost at the speed of sound, the propagation speed is substantially constant. On the other hand, when the engine speed changes, the time required for one cycle changes (when the engine speed increases, 1). This is due to the change in the relationship between the crank angle and the time.

したがって、本実施形態では、PCM10は、エンジン回転数に基づいて、排気行程中における吸気弁21の開弁時期を設定する。具体的には、PCM10は、図7に示したような、エンジン回転数と一次の負圧波が発生するクランク角との線形な関係に従って、エンジン回転数が高いほど、吸気弁21の開弁時期を遅角させるように(図6(a)〜(c)中の開弁時期T11、T21、T31参照)、吸気側可変バルブ機構を制御する。この場合、上述したように、一次の負圧波の発生タイミングは、排気弁22の開弁時期T14の影響も受けるため(図6では開弁時期T14を固定した場合を例示している)、PCM10は、エンジン回転数及び排気弁22の開弁時期T14の両方に基づいて、排気行程中における吸気弁21の開弁時期を設定する。具体的には、PCM10は、エンジン回転数が高いほど、及び、排気弁22の開弁時期T14が遅角するほど、吸気弁21の開弁時期を遅角させる。例えば、エンジン回転数及び排気弁22の開弁時期T14に応じて設定すべき吸気弁21の開弁時期が規定されたマップを事前に作成しておき、PCM10は、そのようなマップを参照して、現在のエンジン回転数及び排気弁22の開弁時期T14に対応する開弁時期に吸気弁21を設定する。また、このようにしてエンジン回転数及び排気弁22の開弁時期T14に応じて吸気弁21の開弁時期を遅角させた場合、当然ながら、PCM10は、吸気弁21の閉弁時期も遅角させる。つまり、PCM10は、エンジン回転数が高いほど、及び、排気弁22の開弁時期T14が遅角するほど、吸気弁21の閉弁時期も遅角させる(図6(a)〜(c)中の閉弁時期T12、T22、T32参照)。   Therefore, in the present embodiment, the PCM 10 sets the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke based on the engine speed. Specifically, according to the linear relationship between the engine speed and the crank angle at which the primary negative pressure wave is generated as shown in FIG. 7, the PCM 10 increases the opening timing of the intake valve 21 as the engine speed increases. Is controlled (see valve opening timings T11, T21, and T31 in FIGS. 6A to 6C) to control the intake side variable valve mechanism. In this case, as described above, the generation timing of the primary negative pressure wave is also affected by the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22 (FIG. 6 illustrates the case where the valve opening timing T14 is fixed). Sets the opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke based on both the engine speed and the opening timing T14 of the exhaust valve 22. Specifically, the PCM 10 retards the opening timing of the intake valve 21 as the engine speed increases and as the opening timing T14 of the exhaust valve 22 retards. For example, a map in which the opening timing of the intake valve 21 to be set in accordance with the engine speed and the opening timing T14 of the exhaust valve 22 is created in advance, and the PCM 10 refers to such a map. Thus, the intake valve 21 is set at the valve opening timing corresponding to the current engine speed and the valve opening timing T14 of the exhaust valve 22. Further, when the opening timing of the intake valve 21 is retarded according to the engine speed and the opening timing T14 of the exhaust valve 22 in this way, naturally, the PCM 10 also delays the closing timing of the intake valve 21. Horn. That is, the PCM 10 delays the closing timing of the intake valve 21 as the engine speed is higher and the opening timing T14 of the exhaust valve 22 is retarded (in FIGS. 6A to 6C). Valve closing timings T12, T22, T32).

ここで、上述したように、第2の運転領域R12中の低回転数領域R13でのみ(図3参照)、排気脈動が負圧になるタイミングに基づいた吸気弁21の開弁時期の制御を行うこととした理由は、以下の通りである。エンジン回転数が高くなるほど、排気脈動において一次の負圧波の発生タイミングが遅くなるが(図6(a)〜(c)中の符号A12、A21、A22参照)、エンジン回転数がある程度以上高くなると、排気行程中に一次の負圧波が発生しなくなる。また、エンジン回転数が高くなると、排気脈動における一次の負圧波がなだらかになる。したがって、本実施形態では、第2の運転領域R12において低回転数領域R13よりもエンジン回転数が高い領域では、排気脈動が負圧になるタイミングに基づいた吸気弁21の開弁時期の制御を行わないこととした。この低回転数領域R13よりもエンジン回転数が高い領域では、PCM10は、吸気弁21の二度開き制御を実行せずに、排気行程後半及び吸気行程前半に渡って吸気弁21及び排気弁22の両方が開いているように(バルブオーバーラップ)、吸気弁21を一度だけ開弁する制御を実行する。   Here, as described above, the valve opening timing of the intake valve 21 is controlled only in the low speed region R13 in the second operating region R12 (see FIG. 3) based on the timing at which the exhaust pulsation becomes negative pressure. The reason for doing this is as follows. As the engine speed increases, the generation timing of the primary negative pressure wave in the exhaust pulsation is delayed (see symbols A12, A21, and A22 in FIGS. 6A to 6C), but when the engine speed increases to some extent. The primary negative pressure wave is not generated during the exhaust stroke. Further, when the engine speed increases, the primary negative pressure wave in the exhaust pulsation becomes gentle. Therefore, in the present embodiment, the valve opening timing of the intake valve 21 is controlled based on the timing at which the exhaust pulsation becomes negative in the region where the engine speed is higher than the low speed region R13 in the second operating region R12. I decided not to do it. In the region where the engine speed is higher than the low speed region R13, the PCM 10 does not execute the twice opening control of the intake valve 21, and the intake valve 21 and the exhaust valve 22 over the second half of the exhaust stroke and the first half of the intake stroke. Are controlled to open the intake valve 21 only once (valve overlap).

次に、図8を参照して、本発明の実施形態による吸気弁21の制御処理について具体的に説明する。図8は、本発明の実施形態による吸気弁21の制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、PCM10によって所定の周期で繰り返し実行される。   Next, with reference to FIG. 8, the control process of the intake valve 21 according to the embodiment of the present invention will be specifically described. FIG. 8 is a flowchart showing a control process of the intake valve 21 according to the embodiment of the present invention. This control process is repeatedly executed by the PCM 10 at a predetermined cycle.

まず、ステップS1では、PCM10は、クランク角センサSW12及びカム角センサSW15からの検出信号などに基づき、エンジン回転数及び排気弁22の開弁時期を取得する。   First, in step S1, the PCM 10 acquires the engine speed and the opening timing of the exhaust valve 22 based on detection signals from the crank angle sensor SW12 and the cam angle sensor SW15.

次いで、ステップS2では、PCM10は、実験やシミュレーションにより事前に求めて記憶しておいた、エンジン回転数及び排気弁22の開弁時期に対する一次の負圧波の発生タイミング(クランク角)の関係に基づき、例えば図7に示したような関係に基づき、ステップS1で取得したエンジン回転数及び排気弁22の開弁時期に対応する一次の負圧波の発生タイミングを求める。   Next, in step S2, the PCM 10 is based on the relationship between the engine speed and the generation timing (crank angle) of the primary negative pressure wave with respect to the opening timing of the exhaust valve 22, which is obtained and stored in advance by experiments and simulations. For example, the generation timing of the primary negative pressure wave corresponding to the engine speed acquired in step S1 and the opening timing of the exhaust valve 22 is obtained on the basis of the relationship as shown in FIG.

次いで、ステップS3では、PCM10は、エンジン回転数と、このエンジン回転数に応じた一次の負圧波の周期とを取得する。一次の負圧波の周期もエンジン回転数に応じたものとなり(具体的にはエンジン回転数が高くなるほど周期が長くなる)、そのようなエンジン回転数と一次の負圧波の周期との関係も、実験やシミュレーションにより事前に求めて記憶される。PCM10は、こうして記憶されたエンジン回転数と一次の負圧波の周期との関係に基づき、現在のエンジン回転数に対応する一次の負圧波の周期を取得する。   Next, in step S3, the PCM 10 acquires the engine speed and the cycle of the primary negative pressure wave corresponding to the engine speed. The cycle of the primary negative pressure wave also depends on the engine speed (specifically, the cycle becomes longer as the engine speed increases), and the relationship between the engine speed and the cycle of the primary negative pressure wave is also It is obtained and memorized in advance by experiments and simulations. The PCM 10 acquires the period of the primary negative pressure wave corresponding to the current engine speed based on the relationship between the engine speed and the primary negative pressure wave period thus stored.

次いで、ステップS4では、PCM10は、ステップS2で取得した一次の負圧波の発生タイミングと、ステップS3で取得した一次の負圧波の周期とに基づき、一次の負圧波のピークタイミングを求める。例えば、PCM10は、一次の負圧波の発生タイミングに対して、一次の負圧波の半周期分の時間を加算したタイミングを、一次の負圧波のピークタイミングとして求める。
なお、エンジン回転数及び排気弁22の開弁時期と一次の負圧波のピークタイミングとの関係を事前に求めて記憶しておけば、上記のようにして一次の負圧波のピークタイミングを求める処理を行わなくてもよい。
Next, in step S4, the PCM 10 obtains the peak timing of the primary negative pressure wave based on the generation timing of the primary negative pressure wave acquired in step S2 and the period of the primary negative pressure wave acquired in step S3. For example, the PCM 10 obtains a timing obtained by adding a time corresponding to a half cycle of the primary negative pressure wave to the generation timing of the primary negative pressure wave as the peak timing of the primary negative pressure wave.
If the relationship between the engine speed and the opening timing of the exhaust valve 22 and the peak timing of the primary negative pressure wave is obtained and stored in advance, the processing for obtaining the peak timing of the primary negative pressure wave as described above. It is not necessary to perform.

次いで、ステップS5では、PCM10は、ステップS4で求めた一次の負圧波のピークタイミングに基づいて、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定する。具体的には、PCM10は、一次の負圧波のピークタイミングにおいて吸気弁21のリフト量が最大になるように、つまり、一次の負圧波のピークタイミングと吸気弁21のリフト量が最大になるタイミングとが一致するように、排気行程中における吸気弁21の開弁時期を設定する。   Next, in step S5, the PCM 10 sets the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke based on the peak timing of the primary negative pressure wave obtained in step S4. Specifically, the PCM 10 maximizes the lift amount of the intake valve 21 at the peak timing of the primary negative pressure wave, that is, the timing at which the peak timing of the primary negative pressure wave and the lift amount of the intake valve 21 become maximum. Is set so that the intake valve 21 opens during the exhaust stroke.

次いで、ステップS6では、PCM10は、ステップS5で設定した開弁時期にて吸気弁21が開弁するように、吸気側可変バルブ機構を制御する。   Next, in step S6, the PCM 10 controls the intake side variable valve mechanism so that the intake valve 21 opens at the valve opening timing set in step S5.

[作用効果]
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。
[Function and effect]
Next, functions and effects of the engine control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

本実施形態によれば、吸気行程に加えて排気行程においても吸気弁21を開弁させる二度開き制御を実行する場合に、排気行程において排気弁22が開弁したときに発生した排気脈動が負圧になるタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定するので、筒内から排気ガスを流出させて、筒内へ吸気を流入させる掃気効果を向上させることができる。これにより、筒内への空気の充填効率(体積効率)を向上させることができ、その結果、エンジン1からの出力トルクを向上させることが可能となる。加えて、掃気効果の向上により、吸気側から気筒18を介して排気側へとガスを吹き抜けさせることで、吸気側の温度を低下させることができる。例えば、筒内の高温のガスの熱を吸気弁21において受熱することで、吸気弁21のバルブ裏付近などのガス温度がかなり高くなることが推測されるが、そのような高温のガスを適切に吹き抜けさせることができる(換言すると吸気弁21の冷却や断熱の効果が得られる)。その結果、吸気工程において筒内に導入される吸気温度を低下させることができ、プリイグニッションを適切に抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, when performing double opening control for opening the intake valve 21 in the exhaust stroke in addition to the intake stroke, the exhaust pulsation generated when the exhaust valve 22 is opened in the exhaust stroke is detected. Since the opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set based on the negative pressure timing, it is possible to improve the scavenging effect of flowing the exhaust gas out of the cylinder and flowing the intake air into the cylinder. Thereby, the filling efficiency (volumetric efficiency) of air into the cylinder can be improved, and as a result, the output torque from the engine 1 can be improved. In addition, by improving the scavenging effect, it is possible to lower the temperature on the intake side by blowing gas from the intake side to the exhaust side via the cylinder 18. For example, it is estimated that the temperature of the high-temperature gas in the cylinder is received by the intake valve 21, so that the gas temperature in the vicinity of the valve back of the intake valve 21 and the like is considerably increased. (In other words, cooling and heat insulation effects of the intake valve 21 can be obtained). As a result, the intake temperature introduced into the cylinder in the intake process can be reduced, and pre-ignition can be appropriately suppressed.

また、本実施形態では、排気脈動において一次の負圧波が発生するタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定するので、大きなエネルギーを有する一次の負圧波を利用することで、掃気効果をより向上させることができる。また、本実施形態では、排気脈動において一次の負圧波のピークが発生するタイミングにおいて吸気弁21のリフト量が最大になるように、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定するので、一次の負圧波のエネルギーを最大限に利用することができ、掃気効果を更に向上させることができる。   In this embodiment, since the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set based on the timing at which the primary negative pressure wave is generated in the exhaust pulsation, the primary negative pressure wave having large energy can be used. The scavenging effect can be further improved. Further, in the present embodiment, the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set so that the lift amount of the intake valve 21 is maximized at the timing when the primary negative pressure wave peak occurs in the exhaust pulsation. The energy of the primary negative pressure wave can be utilized to the maximum, and the scavenging effect can be further improved.

また、本実施形態では、エンジン回転数が高いほど、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を遅角させるので、エンジン回転数に応じて変化する、排気脈動が負圧になるタイミングに合わせて、吸気弁21を適切に開弁させることができる。この場合、排気脈動において一次の負圧波が発生するタイミングを用いることで、このタイミングはエンジン回転数に応じて線形に変化するので(図7参照)、吸気弁21の制御を容易に行うことが可能となる。更に、本実施形態では、排気弁22の開弁時期に基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定するので、排気弁22の開弁時期に応じて変化する、排気脈動が負圧になるタイミングに合わせて、吸気弁21を適切に開弁させることができる。   Further, in the present embodiment, the higher the engine speed, the more retarded the opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke, so that the exhaust pulsation, which changes according to the engine speed, matches the timing when the exhaust pulsation becomes negative pressure. Thus, the intake valve 21 can be appropriately opened. In this case, by using the timing at which the primary negative pressure wave is generated in the exhaust pulsation, this timing changes linearly according to the engine speed (see FIG. 7), so that the intake valve 21 can be easily controlled. It becomes possible. Furthermore, in this embodiment, since the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set based on the valve opening timing of the exhaust valve 22, the exhaust pulsation that changes according to the valve opening timing of the exhaust valve 22 is negative. The intake valve 21 can be appropriately opened in accordance with the timing when the pressure is reached.

また、本実施形態では、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに基づき、排気行程中に開弁させた吸気弁21の閉弁時期を設定するので、排気脈動が正圧になっているときに吸気弁21を閉弁することができ、排気側から吸気側への排気ガスの吹き戻しを抑制することができる。この場合、エンジン回転数が高いほど、排気行程中に開弁させた吸気弁21の閉弁時期を遅角させるので、エンジン回転数に応じて変化する、排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに合わせて、吸気弁21を適切に閉弁させることができる。   In the present embodiment, since the closing timing of the intake valve 21 opened during the exhaust stroke is set based on the timing at which the exhaust pulsation changes from negative pressure to positive pressure, the exhaust pulsation is positive pressure. Sometimes the intake valve 21 can be closed, and exhaust gas blowback from the exhaust side to the intake side can be suppressed. In this case, the higher the engine speed, the retarded the closing timing of the intake valve 21 opened during the exhaust stroke, so the exhaust pulsation that changes according to the engine speed changes from negative pressure to positive pressure. The intake valve 21 can be appropriately closed according to the timing.

なお、上記では、本実施形態によるエンジン1には比較的高い幾何学的圧縮比に設定された高圧縮比エンジンが適用されることを述べたが、そのような高圧縮比エンジンでは、ピストンが上死点付近に位置するときの筒内の容積がかなり小さくなるように、上死点でのピストン頂面とシリンダヘッド下面との距離などができるため短くなるように構成されている。したがって、上死点付近で吸気弁21や排気弁22を開弁すると、これらがピストン頂面に接触することがあるため、上死点付近では吸気弁21や排気弁22を開弁しないようにしている。場合によっては、上死点付近で吸気弁21や排気弁22を開弁できるようにするために、ピストン頂面にバルブリセスを設けることもある。
このような高圧縮比エンジンに本実施形態による制御を適用した場合、本実施形態では、上死点から離れた、排気行程の前半において吸気弁21を開弁させるので、上死点付近でのピストン頂面とシリンダヘッド下面との距離などが短くなるように構成された高圧縮比エンジンでも、開弁した吸気弁21がピストン頂面に接触することはない。したがって、本実施形態による制御は、ピストン頂面にバルブリセスが設けられていない高圧縮比エンジンに適切に適用することができ(当然ながら、ピストン頂面にバルブリセスが設けられているエンジンにも適用可能である)、また、本実施形態による制御を高圧縮比エンジンに適用するに当たって、ピストン頂面にバルブリセスを別途設ける必要もない。
In the above description, it has been described that the engine 1 according to the present embodiment is applied with a high compression ratio engine set to a relatively high geometric compression ratio. Since the distance between the top surface of the piston and the lower surface of the cylinder head at the top dead center can be made so that the volume in the cylinder when located near the top dead center is considerably reduced, the cylinder is configured to be short. Therefore, if the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened near the top dead center, they may come into contact with the top surface of the piston. Therefore, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 should not be opened near the top dead center. ing. In some cases, a valve recess may be provided on the top surface of the piston so that the intake valve 21 and the exhaust valve 22 can be opened near the top dead center.
When the control according to this embodiment is applied to such a high compression ratio engine, in this embodiment, the intake valve 21 is opened in the first half of the exhaust stroke away from the top dead center. Even in a high compression ratio engine configured to shorten the distance between the piston top surface and the cylinder head bottom surface, the opened intake valve 21 does not contact the piston top surface. Therefore, the control according to this embodiment can be appropriately applied to a high compression ratio engine in which a valve recess is not provided on the piston top surface (of course, it can also be applied to an engine in which a valve recess is provided on the piston top surface. In addition, when the control according to this embodiment is applied to a high compression ratio engine, it is not necessary to separately provide a valve recess on the piston top surface.

なお、上述した特許文献1に記載された技術でも、本実施形態と同様に排気脈動における負圧を利用しているが、本実施形態では、同一の気筒において発生した負圧を利用しているのに対して、特許文献1に記載された技術では、他の気筒において発生した負圧を利用している。このような特許文献1に記載された技術は、上死点付近で吸気弁21を開弁させるため、上死点付近でのピストン頂面とシリンダヘッド下面との距離などが短くなるように構成された高圧縮比エンジンには基本的に適用することができない。開弁した吸気弁21がピストン頂面に接触する傾向にあるからである。   The technique described in Patent Document 1 described above also uses the negative pressure in the exhaust pulsation as in the present embodiment, but in this embodiment, the negative pressure generated in the same cylinder is used. On the other hand, in the technique described in Patent Document 1, negative pressure generated in other cylinders is used. The technique described in Patent Document 1 is configured such that the distance between the top surface of the piston and the bottom surface of the cylinder head near the top dead center is shortened in order to open the intake valve 21 near the top dead center. It cannot be basically applied to a high compression ratio engine. This is because the opened intake valve 21 tends to contact the top surface of the piston.

[変形例]
上記した実施形態では、排気脈動において一次の負圧波が発生するタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定していたが、これに限定はされない。他の例では、排気脈動において二次以降の負圧波(好適には二次の負圧波)が発生するタイミングに基づき、排気行程中の吸気弁21の開弁時期を設定してもよい。この場合、二次以降の負圧波は、ブローダウンに起因する波の反射波であるため、排気経路中において排気ガスが反射する箇所を考慮して、二次以降の負圧波が発生するタイミングを推定すればよい。また、二次以降の負圧波は、排気ガス温度に応じた音速で移動するため、これも考慮して、二次以降の負圧波が発生するタイミングを推定するのがよい。
[Modification]
In the above-described embodiment, the opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke is set based on the timing at which the primary negative pressure wave is generated in the exhaust pulsation, but this is not limitative. In another example, the valve opening timing of the intake valve 21 during the exhaust stroke may be set based on the timing at which secondary negative pressure waves (preferably secondary negative pressure waves) are generated in the exhaust pulsation. In this case, since the negative pressure wave after the secondary is a reflected wave of the wave caused by blowdown, the timing at which the negative pressure wave after the secondary is generated is considered in consideration of the location where the exhaust gas is reflected in the exhaust path. It may be estimated. In addition, since the secondary and subsequent negative pressure waves move at a sound velocity corresponding to the exhaust gas temperature, it is preferable to estimate the timing at which the secondary and subsequent negative pressure waves occur in consideration of this.

1 エンジン
10 PCM
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
25 点火プラグ
67 インジェクタ
71、74 VVL
72、75 VVT
1 engine 10 PCM
18 cylinder 21 intake valve 22 exhaust valve 25 spark plug 67 injector 71, 74 VVL
72, 75 VVT

Claims (6)

吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒と、この吸気弁の開閉時期及びリフト量を変化させる可変バルブ機構とを備え、エンジン負荷が所定値未満である第1の運転領域において、燃料を含む混合気を圧縮自己着火させ、この第1の運転領域よりも負荷が高い第2の運転領域において、燃料を含む混合気を強制点火させるエンジンの制御装置であって、
上記エンジンの上記第1又は第2の運転領域において、吸気行程に加えて排気行程においても上記吸気弁を開弁させるように、上記可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段を有し、
上記可変バルブ機構制御手段は、混合気を強制点火させる上記第2の運転領域であり且つエンジン回転数が所定回転数以下である場合、上記エンジンの排気行程において上記排気弁が開弁したときに発生する排気脈動の一次の負圧波が発生するタイミングに基づいて、エンジンの回転数が高いほど、排気行程中の上記吸気弁の開弁時期及び上記吸気弁の閉弁時期を遅角させる、ことを特徴とするエンジン制御装置。
Comprising a cylinder exhaust valve is provided for discharging the intake valve and the exhaust for introducing intake air into the cylinder from the cylinder, a variable valve mechanism for changing the opening and closing timing and lift amount of the intake valve, an engine In the first operating region where the load is less than a predetermined value, the mixture containing fuel is compressed and self-ignited, and in the second operating region where the load is higher than the first operating region, the mixture containing fuel is forced. a control apparatus for an engine Ru was ignited,
Variable valve mechanism control means for controlling the variable valve mechanism so as to open the intake valve not only in the intake stroke but also in the exhaust stroke in the first or second operation region of the engine;
The variable valve mechanism control means is the second operating region in which the air-fuel mixture is forcibly ignited and the engine speed is equal to or lower than a predetermined speed when the exhaust valve is opened during the exhaust stroke of the engine. Based on the timing at which the primary negative pressure wave of the exhaust pulsation generated in the engine is generated, the higher the engine speed, the more the opening timing of the intake valve and the closing timing of the intake valve during the exhaust stroke are retarded. An engine control device characterized by that.
上記可変バルブ機構制御手段は、上記排気脈動が負圧から正圧になるタイミングに基づき、排気行程中に開弁させた上記吸気弁の閉弁時期を設定する、請求項1に記載のエンジン制御装置。   2. The engine control according to claim 1, wherein the variable valve mechanism control means sets a closing timing of the intake valve that is opened during an exhaust stroke based on a timing at which the exhaust pulsation changes from a negative pressure to a positive pressure. apparatus. 上記可変バルブ機構制御手段は、排気弁の開弁時期に基づき、排気行程中の上記吸気弁の開弁時期を設定する、請求項1又は2に記載のエンジン制御装置。 The engine control apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the variable valve mechanism control means sets the opening timing of the intake valve during an exhaust stroke based on the opening timing of the exhaust valve. 上記可変バルブ機構制御手段は、上記排気脈動において負圧波のピークが発生するタイミングにおいて、上記吸気弁のリフト量が最大になるように、排気行程中の上記吸気弁の開弁時期を設定する、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。 The variable valve mechanism control means sets the valve opening timing of the intake valve during the exhaust stroke so that the lift amount of the intake valve is maximized at the timing when a negative pressure wave peak occurs in the exhaust pulsation. The engine control device according to any one of claims 1 to 3 . 上記エンジンは、それぞれが上記吸気弁及び上記排気弁を備える複数の気筒を有し、
上記可変バルブ機構制御手段は、排気行程中の上記吸気弁の開弁時期を、上記複数の気筒の中で当該吸気弁を備える一の気筒の上記排気弁が開弁したときに発生した上記排気脈動が負圧となるタイミングに基づき設定する、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
The engine has a plurality of cylinders each including the intake valve and the exhaust valve,
The variable valve mechanism control means is configured to detect the opening timing of the intake valve during an exhaust stroke when the exhaust valve of one cylinder having the intake valve among the plurality of cylinders is opened. The engine control device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the engine control device is set based on a timing at which the pulsation becomes negative pressure.
上記可変バルブ機構制御手段は、排気弁の開弁時期が遅角するほど、排気行程中に開弁させた上記吸気弁の閉弁時期を遅角させると共に、エンジン回転数が高いほど、排気行程中に開弁させた上記吸気弁の閉弁時期を遅角させる、請求項1乃至のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。 The variable valve mechanism control means retards the closing timing of the intake valve opened during the exhaust stroke as the opening timing of the exhaust valve is retarded, and increases the exhaust stroke as the engine speed increases. The engine control device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the closing timing of the intake valve that has been opened is retarded.
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