JP6521006B2 - Supercharged engine - Google Patents

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Description

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。   The technology disclosed herein relates to a supercharged engine.

特許文献1には、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記所定領域においては、排気弁の閉時期を上死点前にしかつ吸気弁の開時期を上死点後にすることにより、吸気弁及び排気弁を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けている。これにより、高温のEGRガスが燃焼室内に導入されるため、燃焼室内の温度が高くなって、混合気が圧縮着火する。   Patent Document 1 describes an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber by compression ignition in a predetermined region of low load and low rotation. This engine has a negative overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are closed by setting the closing timing of the exhaust valve before top dead center and the opening timing of the intake valve after top dead center in the predetermined region. Is provided. As a result, the high temperature EGR gas is introduced into the combustion chamber, the temperature in the combustion chamber becomes high, and the air-fuel mixture is compression-ignited.

特許文献2には、吸気通路に機械式過給機とインタークーラーとを設け、過給した吸気を冷却してエンジンに供給するエンジンが記載されている。このエンジンは、所定の運転状態において、電磁クラッチをオフにすることによって機械式過給機を非駆動にすると共に、機械式過給機及びインターをバイパスするエアバイパス通路の制御弁を閉じることにより、機械式過給機を圧力差によって予回転させる。これにより、電磁クラッチをオンにしたときのトルクショックの発生を防止する。   Patent Document 2 describes an engine in which a mechanical supercharger and an intercooler are provided in an intake passage, and the supercharged intake air is cooled and supplied to the engine. This engine deenergizes the mechanical supercharger by turning off the electromagnetic clutch in a predetermined operating condition, and closes the control valve of the air bypass passage bypassing the mechanical supercharger and the inter , Pre-rotation mechanical supercharger by pressure difference. This prevents the occurrence of torque shock when the electromagnetic clutch is turned on.

特開2009−197740号公報JP, 2009-197740, A 特許第3564989号公報Patent No. 3564989

安定した燃焼を実現するためには、燃焼時における燃焼室内の温度は、適正な範囲に調整しなければならない。例えば外気温が高いときには、圧縮上死点に至ったときの燃焼室内の温度である圧縮端温度が高くなりすぎて、過早着火の発生や燃焼騒音が許容値を超えるなど、不具合を招く恐れがある。   In order to realize stable combustion, the temperature in the combustion chamber at the time of combustion must be adjusted to an appropriate range. For example, when the outside air temperature is high, the compression end temperature, which is the temperature in the combustion chamber when the compression top dead center is reached, may become too high, causing problems such as occurrence of premature ignition or combustion noise exceeding the allowable value. There is.

ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給機付きエンジンにおいて、燃焼時における燃焼室内を適切な温度に調整することにある。   The technique disclosed herein has been made in view of the above point, and its object is to adjust the temperature of the combustion chamber at the time of combustion to an appropriate temperature in a supercharged engine.

ここで開示する過給機付きエンジンは、エンジンの燃焼室に接続された吸気通路と、前記吸気通路に配設された過給機と、前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、前記吸気通路における前記過給機の下流に配設されたインタークーラーと、前記吸気通路における前記過給機の上流と前記インタークーラーの下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、前記切替部、及び前記流量制御弁に接続されかつ、前記切替部、及び前記流量制御弁に制御信号を出力する制御部と、を備える。   The supercharger-equipped engine disclosed herein includes an intake passage connected to a combustion chamber of the engine, a supercharger disposed in the intake passage, and a switching unit that switches between driving and non-driving of the supercharger. An intercooler disposed downstream of the turbocharger in the intake passage, a bypass passage connecting an upstream of the turbocharger in the intake passage and a downstream of the intercooler, and the bypass passage disposed in the bypass passage. And a control unit connected to the switching unit and the flow control valve and outputting a control signal to the switching unit and the flow control valve.

そして、前記制御部が、非過給の状態で前記吸気通路を流れるガスが前記バイパス通路を通じて循環するよう、前記流量制御弁を開いた状態で前記過給機を駆動する強制回転制御と、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機が非駆動の状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御とを、前記エンジンの温度に応じて切り替える。   And the forced rotation control for driving the supercharger in a state in which the flow control valve is opened such that the gas flowing through the intake passage circulates through the bypass passage in a non-supercharged state, Pre-rotation control that controls the supercharger to close the flow control valve in a non-driven state so that the supercharger operates with a pressure difference between the upstream and the downstream in a supercharged state; Switch according to the temperature of the

尚、ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する、4ストロークエンジンとすればよい。「過給機」は、例えば、エンジンによって駆動される機械式の過給機である。電気エネルギにより駆動する電動式の過給機であってもよい。   Here, the “engine” may be a four-stroke engine which is operated by the combustion chamber repeating an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and an exhaust stroke. The "supercharger" is, for example, a mechanical supercharger driven by an engine. It may be a motorized turbocharger driven by electrical energy.

エンジン負荷が高くなると燃料量が増えるため、その必要量に合わせて吸気量も増やす必要がある。また、エンジン回転数が高くなる場合も、同様に、その必要量に合わせて吸気量を増やす必要がある。そのような場合に、必要な吸気量を確保するために、このエンジンでは過給機が付設されている。   As the engine load increases, the amount of fuel increases, so it is necessary to increase the amount of intake according to the amount required. Also, even when the engine speed is high, it is necessary to increase the intake amount in accordance with the required amount. In such a case, a supercharger is attached to this engine in order to secure a necessary intake amount.

エンジンが過給を要する領域で運転する時には、制御部は、切替部を切り替えて過給機を駆動させ、バイパス通路に配設された流量制御弁を、閉じ側において開度調整を行う。それにより、自然吸気における圧力よりも加圧された状態で、吸気(主に新気であるが、EGRガスを含む場合もある)が燃焼室に導入されるようになる。   When the engine operates in a region requiring supercharging, the control unit switches the switching unit to drive the supercharger, and adjusts the opening degree of the flow control valve disposed in the bypass passage on the closing side. As a result, the intake air (mainly fresh air but may include EGR gas) is introduced into the combustion chamber in a state pressurized above the pressure in natural intake.

吸気は、加圧されると温度が上昇する。吸気通路における過給機の下流には、インタークーラーが配設されているので、インタークーラーで冷却することで、加圧された吸気の温度は適温に調整される。   When the intake air is pressurized, its temperature rises. Since the intercooler is disposed downstream of the supercharger in the intake passage, the temperature of the pressurized intake air is adjusted to an appropriate temperature by cooling with the intercooler.

一方、低負荷低回転領域など、エンジンが過給を不要とする領域で運転する時には、制御部は、切替部を非駆動に切り替えて過給機の作動を停止させ、バイパス通路に配設された流量制御弁を、開き側において開度調整を行う(通常は全開)。それにより、吸気通路を流れる吸気は、過給機を迂回し、バイパス通路を通じてほとんど抵抗を受けることなく円滑に燃焼室に導入される。エンジンは、非過給の状態(自然吸気の状態)で運転する。   On the other hand, when operating in an area where the engine does not require supercharging, such as in a low load low rotation area, the control unit switches the switching unit to non-drive to stop the operation of the supercharger and is disposed in the bypass passage. Adjust the opening of the flow control valve on the open side (usually fully open). As a result, the intake air flowing through the intake passage bypasses the turbocharger and is smoothly introduced into the combustion chamber through the bypass passage with little resistance. The engine operates in a non-supercharged state (natural intake state).

エンジンが非過給の状態で運転している場合、吸気は直接燃焼室に導入されるため、吸気の温度は、外気温(外気の温度)に依存する。従って、外気温が過度に高くなった場合、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し、適切な燃焼が実現できなくなる恐れがある。   When the engine is operating in a non-supercharged state, the temperature of the intake air depends on the outside air temperature (the temperature of the outside air) because the intake air is introduced directly into the combustion chamber. Therefore, if the outside air temperature becomes excessively high, the temperature of the combustion chamber may deviate from the appropriate range, and appropriate combustion may not be realized.

それに対し、このエンジンでは、エンジンの温度に応じて、強制回転制御と予回転制御とが切り替えられるようになっている。   On the other hand, in this engine, forced rotation control and pre-rotation control are switched according to the temperature of the engine.

強制回転制御では、非過給の状態で吸気通路を流れるガスがバイパス通路を通じて循環するよう、制御部が、流量制御弁を開いた状態で過給機を駆動する。すなわち、強制回転制御は、非過給の状態(自然吸気の状態)で、過給機を駆動させ、バイパス通路を通じて吸気を繰り返し循環させながら、インタークーラーを活用して、燃焼室に導入する吸気を冷却する。   In the forced rotation control, the control unit drives the turbocharger with the flow control valve opened so that the gas flowing through the intake passage circulates through the bypass passage in a non-supercharged state. That is, the forced rotation control drives the supercharger in a non-supercharged state (natural intake state), and repeatedly circulates the intake through the bypass passage while utilizing the intercooler to introduce the intake into the combustion chamber. Cooling.

インタークーラーを介した吸気の循環によって吸気を繰り返し冷却することが可能になるので、外気温が過度に高くなった場合でも、吸気温度を適正に保持することができる。自然吸気を行う場合に比べて、流量制御弁の開度調整により、燃焼室に導入する吸気量も精度高く調整できるようになる。その結果、外気温が過度に高くなる場合であっても、燃焼室の温度を適正な範囲に保持することができ、安定した燃焼が実現できる。   Since the intake air can be repeatedly cooled by the circulation of the intake air through the intercooler, the intake air temperature can be properly maintained even if the outside air temperature becomes excessively high. By adjusting the opening degree of the flow control valve, the amount of intake air introduced into the combustion chamber can be adjusted with high accuracy as compared with the case of performing natural intake. As a result, even if the outside air temperature becomes excessively high, the temperature of the combustion chamber can be maintained in an appropriate range, and stable combustion can be realized.

強制回転制御では、過給機が駆動される。そのため、非駆動の場合に比べると、駆動抵抗が大きいため、エンジンの燃費性能は低下する。それに対し、予回転制御は、過給機を駆動しないで吸気を冷却することができる。   In forced rotation control, a supercharger is driven. Therefore, the fuel consumption performance of the engine is reduced because the driving resistance is large as compared with the non-driving case. On the other hand, pre-rotation control can cool the intake air without driving the supercharger.

具体的に、予回転制御では、過給機は非駆動の状態で、流量制御弁を閉じるように制御される。それにより、過給機の上流側と下流側とでは、圧力差が生じるので、その差圧の作用で過給機が作動、つまり予回転する。過給機が予回転することで、吸気の一部が過給機を通じてその下流側に流入し、インタークーラーで冷却された後、燃焼室に導入される。このように予回転制御によっても、インタークーラーを活用して吸気を冷却することが可能になる。   Specifically, in the prerotation control, the turbocharger is controlled to close the flow control valve in a non-driven state. As a result, a pressure difference occurs between the upstream side and the downstream side of the supercharger, so that the supercharger operates, ie, pre-rotates, under the action of the pressure difference. The pre-rotation of the supercharger causes part of the intake air to flow downstream through the supercharger, and after being cooled by the intercooler, is introduced into the combustion chamber. Thus, the pre-rotation control also makes it possible to cool the intake air by utilizing the intercooler.

予回転制御は、強制回転制御よりも駆動抵抗は小さいので、エンジンの燃費性能の低下を抑制できる。一方、冷却能力の面では、インタークーラーで吸気を複数回冷却できる強制回転制御の方が予回転制御よりも優れる。従って、吸気を冷却するには、予回転制御よりも強制回転制御の方が適している。   Since the prerotation control has a smaller driving resistance than the forced rotation control, it is possible to suppress the deterioration of the fuel efficiency performance of the engine. On the other hand, in terms of cooling capacity, forced rotation control that can cool the intake air multiple times with the intercooler is superior to pre-rotation control. Therefore, to cool intake air, forced rotation control is more suitable than pre-rotation control.

ところが、通常のエンジンでは、過給機やインタークーラーと共に、吸気通路やバイパス通路は、ユニット化された状態でエンジンに組み込まれている。具体的には、エンジンの本体であるシリンダヘッド及びシリンダブロックの外面に密着するようにして、ユニット化されたこれら装置、吸気通路、及びバイパス通路が、エンジンと一体化されている。   However, in a normal engine, the intake passage and the bypass passage are incorporated into the engine in a unitized state, together with a supercharger and an intercooler. Specifically, the unitized devices, the intake passage, and the bypass passage are integrated with the engine so as to be in close contact with the cylinder head, which is the main body of the engine, and the outer surface of the cylinder block.

そのため、吸気は、吸気通路及びバイパス通路を通過する間に、エンジンが発する熱を受熱する。エンジンの温度が高くなると、吸気通路及びバイパス通路を経由して吸気が繰り返し循環する強制回転制御の場合、吸気がエンジンから受熱する熱量が大幅に増加する。その結果、強制回転制御は、冷却能力が優れていても、エンジンからの受熱量の増加によって、実質的な冷却能力が低下する場合がある。エンジンからの受熱量が、強制回転制御による冷却能力を超えてしまい、逆効果を招く恐れもある。   Therefore, the intake air receives heat generated by the engine while passing through the intake passage and the bypass passage. When the temperature of the engine rises, in the case of forced rotation control in which the intake air is repeatedly circulated via the intake passage and the bypass passage, the amount of heat received by the intake air from the engine significantly increases. As a result, in the forced rotation control, even if the cooling capacity is excellent, the substantial cooling capacity may be reduced due to the increase in heat received from the engine. The amount of heat received from the engine may exceed the cooling capacity by forced rotation control, which may cause an adverse effect.

それに対し、予回転制御では、インタークーラーで冷却された吸気は、直接燃焼室に導入される。そのため、エンジンの温度が高くなっても、強制回転制御に比べるとその影響は少なく、高い冷却性能を発揮することができる。   On the other hand, in prerotation control, the intake air cooled by the intercooler is directly introduced into the combustion chamber. Therefore, even if the temperature of the engine rises, its effect is small compared to forced rotation control, and high cooling performance can be exhibited.

前述したように、このエンジンでは、エンジンの温度に応じて、強制回転制御と予回転制御とが切り替えられるようになっているので、適切な制御の選択により、吸気の冷却が効率的に行える。その結果、エンジンの温度による影響を抑制した状態で、燃焼時における燃焼室内を適切な温度に調整することができる。   As described above, in this engine, the forced rotation control and the pre-rotation control are switched according to the temperature of the engine, so that the cooling of the intake air can be efficiently performed by selecting the appropriate control. As a result, the combustion chamber at the time of combustion can be adjusted to an appropriate temperature while suppressing the influence of the temperature of the engine.

具体的には、前記エンジンの温度が所定の基準温度以上の場合に前記予回転制御が行われ、前記エンジンの温度が前記基準温度未満の場合に前記強制回転制御が行われる、とするとよい。   Specifically, the prerotation control may be performed when the temperature of the engine is equal to or higher than a predetermined reference temperature, and the forced rotation control may be performed when the temperature of the engine is less than the reference temperature.

この構成によれば、強制回転制御による吸気の冷却が適切に行うことができる基準となるエンジンの温度が、所定の基準温度として予め設定されている。その基準温度以上の場合に予回転制御が行われ、基準温度未満の場合に強制回転制御が行われるので、適切な制御の選択がより確実になり、吸気の冷却が安定して効率的に行える。   According to this configuration, the temperature of the engine, which is the reference at which the intake air can be properly cooled by the forced rotation control, is preset as the predetermined reference temperature. The prerotation control is performed when the reference temperature is higher and the forced rotation control is performed when the temperature is lower than the reference temperature. Therefore, proper control selection becomes more reliable, and intake cooling can be performed stably and efficiently. .

前記エンジンを冷却する主冷却部と、前記インタークーラーを冷却する副冷却部と、を更に備え、前記主冷却部と前記副冷却部とが互いに独立して設けられている、としてもよい。   A main cooling unit for cooling the engine and a sub cooling unit for cooling the intercooler may be further provided, and the main cooling unit and the sub cooling unit may be provided independently of each other.

この構成によれば、インタークーラーを冷却する副冷却部が、エンジンを冷却する主冷却部とは別に構成されていて、インタークーラーをエンジンとは別に冷却できるようになっている。従って、エンジンの温度が高温になって主冷却部の冷却性能が低下した場合でも、インタークーラーは、その影響を受けずに冷却できるので、強制回転制御や予回転制御による吸気の冷却が安定して行える。   According to this configuration, the sub-cooling unit for cooling the intercooler is configured separately from the main cooling unit for cooling the engine, so that the intercooler can be cooled separately from the engine. Therefore, even when the temperature of the engine becomes high and the cooling performance of the main cooling section is lowered, the intercooler can be cooled without being affected by it, so the cooling of the intake air by the forced rotation control and the prerotation control is stable It can do.

前記強制回転制御と前記予回転制御との切り替えが、前記燃焼室内の混合気が圧縮自己着火により燃焼する所定領域で行われる、としてもよい。   The switching between the forced rotation control and the pre-rotation control may be performed in a predetermined region where the air-fuel mixture in the combustion chamber is burned by compression self-ignition.

圧縮自己着火による燃焼を安定して実現するには、燃焼室内の温度を適正な範囲に調整しなければならない。例えば、圧縮端温度が高くなり過ぎると、圧縮自己着火による燃焼が急峻になり、燃焼騒音が許容値を超えてしまう。   In order to stably realize combustion by compression self-ignition, it is necessary to adjust the temperature in the combustion chamber to an appropriate range. For example, if the compression end temperature becomes too high, the combustion by the compression self-ignition becomes steep, and the combustion noise exceeds the allowable value.

この構成では、そのような圧縮自己着火による燃焼が行われる所定領域において、強制回転制御と予回転制御との切り替えが行われる。強制回転制御と予回転制御との切り替えにより、エンジンの温度による影響を抑制した状態で、燃焼時における燃焼室内を適切な温度に調整することができるので、適切な圧縮自己着火による燃焼を安定して実現できる。   In this configuration, switching between forced rotation control and pre-rotation control is performed in a predetermined region where such combustion by self-ignition ignition is performed. By switching between forced rotation control and pre-rotation control, it is possible to adjust the temperature of the combustion chamber at the time of combustion to an appropriate temperature while suppressing the influence of the temperature of the engine, so that combustion by appropriate compression self-ignition is stabilized. Can be realized.

その場合、外気温を検知して前記制御部に検知信号を出力する温度センサを更に備え、前記制御部は、前記所定領域において、前記エンジンの温度が前記基準温度未満の場合であって、外気温が所定の第1温度以上であるときに、前記予回転制御を行い、外気温が前記第1温度より高い所定の第2温度を超える場合に、前記強制回転制御を行う、としてもよい。   In that case, the control unit is further provided with a temperature sensor that detects an outside air temperature and outputs a detection signal to the control unit, and the control unit is configured to detect the outside temperature when the temperature of the engine is less than the reference temperature in the predetermined area. The preliminary rotation control may be performed when the air temperature is equal to or higher than a predetermined first temperature, and the forced rotation control may be performed when the outside air temperature exceeds a predetermined second temperature higher than the first temperature.

強制回転制御では、過給機が駆動される。そのため、非駆動の場合に比べると、駆動抵抗が大きいため、エンジンの燃費性能は低下する。そこで、この構成では、強制回転制御に先立って、過給機を駆動しないで吸気を冷却することができる予回転制御が行われる。   In forced rotation control, a supercharger is driven. Therefore, the fuel consumption performance of the engine is reduced because the driving resistance is large as compared with the non-driving case. Therefore, in this configuration, prior to the forced rotation control, pre-rotation control capable of cooling the intake air without driving the supercharger is performed.

予回転制御は、強制回転制御よりも駆動抵抗は小さいので、エンジンの燃費性能の低下を抑制できる。一方、冷却能力の面では、インタークーラーで吸気を複数回冷却できる強制回転制御の方が予回転制御よりも優れる。そのため、この構成では、外気温が第1温度より高い所定の第2温度を超える場合に強制回転制御を行うようにしている。それにより、燃費性能の低下を抑制しながら吸気を効率的に冷却することができる。   Since the prerotation control has a smaller driving resistance than the forced rotation control, it is possible to suppress the deterioration of the fuel efficiency performance of the engine. On the other hand, in terms of cooling capacity, forced rotation control that can cool the intake air multiple times with the intercooler is superior to pre-rotation control. Therefore, in this configuration, the forced rotation control is performed when the outside air temperature exceeds the predetermined second temperature higher than the first temperature. As a result, it is possible to efficiently cool the intake air while suppressing the decrease in the fuel efficiency performance.

前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上30以下である、としてもよい。   The engine may have a geometric compression ratio of 13 or more and 30 or less.

エンジンの幾何学的圧縮比を比較的高くすると、圧縮自己着火による燃焼の安定化に有利であるが、過早着火を招く恐れもある。幾何学的圧縮比が13以上30以下のエンジンであれば、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。また、幾何学的圧縮比を過度に高くすると、冷却損失や機械損失が増加するが、幾何学的圧縮比を高くしても、過度でなければ、そのような不具合を抑制することができ、エンジンの燃費性能が向上する。   If the geometric compression ratio of the engine is relatively high, which is advantageous for stabilization of combustion by compression self-ignition, it may lead to pre-ignition. If the engine has a geometric compression ratio of 13 or more and 30 or less, combustion by compression self-ignition can be stabilized while avoiding pre-ignition. Also, if the geometric compression ratio is excessively high, cooling loss and mechanical loss will increase, but even if the geometric compression ratio is high, such defects can be suppressed if not excessive. Fuel efficiency of the engine is improved.

前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む、としてもよい。   The fuel supplied to the combustion chamber may include at least gasoline.

ガソリンを含有する燃料は、高温の燃焼室内において過早着火を招く恐れがあるが、吸気温度を適正に保持することにより、ガソリンを含有する燃料を使用しても、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。   Fuel containing gasoline may cause pre-ignition in a high temperature combustion chamber, but by maintaining the intake temperature properly, pre-ignition can be avoided even when using fuel containing gasoline. The combustion by the compression self-ignition can be stabilized.

開示する技術によれば、吸気温度の上昇を回避できるので、燃焼室内を適切な温度に調整することができる。   According to the disclosed technology, an increase in the intake air temperature can be avoided, so the combustion chamber can be adjusted to an appropriate temperature.

図1は、エンジンの構成を例示する図である。吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an engine. The intake side is on the left side in the drawing, and the exhaust side is on the right side in the drawing. 図2は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。FIG. 2 is a view illustrating the configuration of the combustion chamber, and the upper view is a plan view equivalent view of the combustion chamber, and the lower portion is a cross-sectional view taken along II-II. 図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。FIG. 3 is a plan view illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. The intake side is on the right side of the drawing, and the exhaust side is on the left of the drawing. 図4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of a control device of an engine. 図5は、エンジンの冷却装置の構成を例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of a cooling device of an engine. 図6は、エンジンの運転領域及び過給機の駆動・非駆動領域を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an operating region of an engine and a driving / non-driving region of a turbocharger. 図7は、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the fuel injection timing and the ignition timing in each operation region and the combustion waveform. 図8は、エンジンの運転を過給状態と非過給状態とに切り替える流れを例示するフロー図である。FIG. 8 is a flow diagram illustrating the flow of switching the operation of the engine between the supercharged state and the non-supercharged state. 図9は、過給運転時における過給システムを示す概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing a supercharging system at the time of supercharging operation. 図10は、非過給運転時における過給システムを示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing a supercharging system during non-supercharging operation. 図11は、予回転制御時における過給システムを示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing a supercharging system at the time of prerotation control. 図12は、予回転制御時におけるインタークーラーを流れるガスの流量割合とサージタンク内温度との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the flow rate of gas flowing through the intercooler and the temperature in the surge tank during prerotation control. 図13は、強制回転制御時における過給システムを示す概略図である。FIG. 13 is a schematic view showing a supercharging system at the time of forced rotation control. 図14は、非過給運転時における吸気の冷却制御の流れの一例を示すフロー図である。FIG. 14 is a flow chart showing an example of a flow of cooling control of intake air at the time of non-supercharging operation. 図15は、エンジンの応用例に基づく吸気の冷却制御の流れの一例を示すフロー図である。FIG. 15 is a flow chart showing an example of a flow of intake air cooling control based on an application example of an engine.

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the disclosed technology will be described in detail based on the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature, and does not limit the present invention, its application, or its application.

<SPCCI燃焼>
本願発明者らは、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせる燃焼形態を考えた。SI燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。CI燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせた燃焼形態とは、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、SI燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。この燃焼形態を、以下においてはSPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼と呼ぶ。
<SPCCI combustion>
The present inventors have considered a combustion form that combines SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion. SI combustion is combustion with flame propagation initiated by forcibly igniting the mixture in the combustion chamber. CI combustion is combustion initiated by compression self-ignition of the mixture in the combustion chamber. The combustion mode that combines SI combustion and CI combustion is that the mixture gas in the combustion chamber is forcibly ignited to start combustion by flame propagation, and the pressure rise by SI heat generation and flame propagation. The unburned mixture in the combustion chamber is combusted by compression ignition. This combustion mode is hereinafter referred to as SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion.

圧縮着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、圧縮着火のタイミングが大きく変化する。SPCCI燃焼において、SI燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってSI燃焼の開始タイミングを調整すれば、圧縮着火のタイミングをコントロールすることができる。SPCCI燃焼は、SI燃焼によってCI燃焼をコントロールすることができる。   In the combustion by compression ignition, when the temperature in the combustion chamber before the start of compression varies, the timing of compression ignition changes significantly. In SPCCI combustion, by adjusting the heating value of SI combustion, it is possible to absorb temperature variations in the combustion chamber before the start of compression. The timing of compression ignition can be controlled by adjusting the start timing of SI combustion by adjusting the ignition timing, for example, according to the temperature in the combustion chamber before the start of compression. SPCCI combustion can control CI combustion by SI combustion.

火炎伝播によるSI燃焼は、圧力上昇がCI燃焼よりも緩やかであるため、SPCCI燃焼は、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、CI燃焼は、SI燃焼よりも燃焼期間が短縮するため、SPCCI燃焼は、燃費の向上に有利になる。   Since SI combustion due to flame propagation has a slower pressure rise than CI combustion, SPCCI combustion can suppress the generation of combustion noise. Further, since the CI combustion shortens the combustion period more than the SI combustion, the SPCCI combustion is advantageous for the improvement of the fuel consumption.

<エンジンの具体例>
図1に、このSPCCI燃焼による燃焼技術を適用した過給機付きエンジン(エンジン1)の全体構成を示す。
<Specific example of engine>
FIG. 1 shows the overall configuration of a supercharged engine (engine 1) to which the combustion technology by SPCCI combustion is applied.

エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載される。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン1の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。   The engine 1 is a four-stroke engine operated by the combustion chamber 17 repeating an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. The engine 1 is mounted on a four-wheeled vehicle. By driving the engine 1, the car travels. The fuel of the engine 1 is gasoline in this configuration example. The fuel may be gasoline including bioethanol and the like. The fuel of the engine 1 may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.

エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。これらシリンダブロック12及びシリンダヘッド13により、エンジン本体100が構成されている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。   The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted thereon. The cylinder block 12 and the cylinder head 13 constitute an engine body 100. A plurality of cylinders 11 are formed in the cylinder block 12. 1 and 2 show only one cylinder 11. The engine 1 is a multi-cylinder engine.

各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。   A piston 3 is slidably inserted in each cylinder 11. The piston 3 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 defines the combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. The “combustion chamber” is not limited to the meaning of the space when the piston 3 reaches the compression top dead center. The term "combustion chamber" may be used in a broad sense. That is, the “combustion chamber” may mean a space formed by the piston 3, the cylinder 11 and the cylinder head 13 regardless of the position of the piston 3.

シリンダヘッド13の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、図2の下図に示すように、傾斜面1311と、傾斜面1312とによって構成されている。傾斜面1311は、吸気側から、後述するインジェクタ6の噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。傾斜面1312は、排気側から噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。燃焼室17の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。   The lower surface of the cylinder head 13, that is, the ceiling surface of the combustion chamber 17, is constituted by an inclined surface 1311 and an inclined surface 1312 as shown in the lower part of FIG. The inclined surface 1311 has an upward slope toward the injection axis X2 of the injector 6 described later from the intake side. The inclined surface 1312 has an upward slope from the exhaust side toward the injection axis X2. The ceiling surface of the combustion chamber 17 has a so-called pent roof shape.

ピストン3の上面は燃焼室17の天井面に向かって隆起している。ピストン3の上面には、キャビティ31が形成されている。キャビティ31は、ピストン3の上面から凹陥している。キャビティ31は、後述するインジェクタ6に向かい合う。   The upper surface of the piston 3 is raised toward the ceiling surface of the combustion chamber 17. A cavity 31 is formed on the upper surface of the piston 3. The cavity 31 is recessed from the upper surface of the piston 3. The cavity 31 faces the injector 6 described later.

キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1に対して排気側にずれている。キャビティ31の中心は、インジェクタ6の噴射軸心X2と一致している。キャビティ31は、凸部311を有している。凸部311は、インジェクタ6の噴射軸心X2上に設けられている。凸部311は、略円錐状である。凸部311は、キャビティ31の底部から、燃焼室17の天井面に向かって上向きに伸びている。   The center of the cavity 31 is offset to the exhaust side with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. The center of the cavity 31 coincides with the injection axis X 2 of the injector 6. The cavity 31 has a convex portion 311. The convex portion 311 is provided on the injection axis X2 of the injector 6. The convex portion 311 is substantially conical. The convex portion 311 extends upward from the bottom of the cavity 31 toward the ceiling surface of the combustion chamber 17.

キャビティ31はまた、凸部311の周囲に設けられた凹陥部312を有している。凹陥部312は、凸部311の全周を囲むように設けられている。キャビティ31は、噴射軸心X2に対して対称な形状を有している。   The cavity 31 also has a recess 312 provided around the protrusion 311. The recessed portion 312 is provided so as to surround the entire circumference of the convex portion 311. The cavity 31 has a symmetrical shape with respect to the injection axis X2.

凹陥部312の周側面は、キャビティ31の底面からキャビティ31の開口に向かって噴射軸心X2に対して傾いている。キャビティ31の内径は、キャビティ31の底部からキャビティ31の開口に向かって次第に拡大する。   The circumferential side surface of the recessed portion 312 is inclined from the bottom surface of the cavity 31 toward the opening of the cavity 31 with respect to the injection axis X2. The inner diameter of the cavity 31 gradually increases from the bottom of the cavity 31 toward the opening of the cavity 31.

尚、燃焼室17の形状は、図2に例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31の形状、ピストン3の上面の形状、及び、燃焼室17の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ31は、シリンダ11の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面1311と、傾斜面1312とは、シリンダ11の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。また、キャビティ31において、後述する点火プラグ25に向かい合う箇所に、凹陥部312よりも底の浅い浅底部を設けてもよい。   The shape of the combustion chamber 17 is not limited to the shape illustrated in FIG. For example, the shape of the cavity 31, the shape of the upper surface of the piston 3, and the shape of the ceiling surface of the combustion chamber 17 can be changed as appropriate. For example, the cavity 31 may be symmetrical with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. The inclined surface 1311 and the inclined surface 1312 may be shaped symmetrically with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. In the cavity 31, a shallow bottom portion shallower than the recessed portion 312 may be provided at a position facing the spark plug 25 described later.

エンジン1の幾何学的圧縮比は、13以上30以下(好ましくは20以下)に設定されている。エンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼を行う。このエンジン1は、混合気の自着火のためにピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。つまり、エンジン1は、CI燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比は、比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度)においては、14〜17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度)においては、15〜18としてもよい。   The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 13 or more and 30 or less (preferably 20 or less). The engine 1 performs SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are combined in a part of the operating region. SPCCI combustion performs CI combustion using heat generation and pressure increase due to SI combustion. In the engine 1, it is not necessary to increase the temperature of the combustion chamber 17 (that is, the compression end temperature) when the piston 3 reaches compression top dead center for self-ignition of air-fuel mixture. That is, although the engine 1 performs CI combustion, its geometric compression ratio is set relatively low. Lowering the geometric compression ratio is advantageous for reducing cooling loss and reducing mechanical loss. The geometric compression ratio of the engine 1 may be 14 to 17 in the regular specification (the fuel octane number is about 91), and may be 15 to 18 in the high fuel specification (the fuel octane number is about 96).

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図3に示すように、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182の、二つの吸気ポートを有している。第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182は、クランクシャフト15の軸方向、つまり、エンジン1のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。   An intake port 18 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The intake port 18 has two intake ports, a first intake port 181 and a second intake port 182, as shown in FIG. The first intake port 181 and the second intake port 182 are aligned in the axial direction of the crankshaft 15, that is, in the front-rear direction of the engine 1. The intake port 18 is in communication with the combustion chamber 17. The intake port 18 is a so-called tumble port, which is not shown in detail. That is, the intake port 18 is shaped such that a tumble flow is formed in the combustion chamber 17.

吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、吸気電動S−VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S−VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気弁21の動弁機構は、電動S−VTに代えて、液圧式のS−VTを有していてもよい。   An intake valve 21 is disposed at the intake port 18. The intake valve 21 opens and closes between the combustion chamber 17 and the intake port 18. The intake valve 21 is opened and closed at a predetermined timing by a valve operating mechanism. The valve operating mechanism may be a variable valve operating mechanism that varies valve timing and / or valve lift. In this configuration example, as shown in FIG. 4, the variable valve mechanism has an intake electric motor S-VT (Sequential-Valve Timing) 23. The intake electric motor S-VT 23 is configured to continuously change the rotational phase of the intake camshaft within a predetermined angular range. As a result, the opening timing and closing timing of the intake valve 21 change continuously. The valve operating mechanism of the intake valve 21 may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、図3に示すように、第1排気ポート191及び第2排気ポート192の、二つの排気ポートを有している。第1排気ポート191及び第2排気ポート192は、エンジン1のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図4に示すように、可変動弁機構は、排気電動S−VT24を有している。排気電動S−VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気弁22の動弁機構は、電動S−VTに代えて、液圧式のS−VTを有していてもよい。   Further, an exhaust port 19 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The exhaust port 19 also has two exhaust ports, a first exhaust port 191 and a second exhaust port 192, as shown in FIG. The first exhaust port 191 and the second exhaust port 192 are aligned in the front-rear direction of the engine 1. The exhaust port 19 communicates with the combustion chamber 17. An exhaust valve 22 is disposed at the exhaust port 19. The exhaust valve 22 opens and closes between the combustion chamber 17 and the exhaust port 19. The exhaust valve 22 is opened and closed at a predetermined timing by a valve operating mechanism. The valve operating mechanism may be a variable valve operating mechanism that varies valve timing and / or valve lift. In this configuration example, as shown in FIG. 4, the variable valve mechanism has an exhaust electric motor S-VT 24. The exhaust motor S-VT 24 is configured to continuously change the rotational phase of the exhaust camshaft within a predetermined angular range. Thereby, the opening timing and closing timing of the exhaust valve 22 continuously change. The valve operating mechanism of the exhaust valve 22 may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

このエンジン1は、吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24によって、吸気弁21の開弁時期と排気弁22の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室17の中に熱い既燃ガスを閉じ込める。つまり、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、燃焼室17の中の残留ガスを掃気する。   The engine 1 adjusts the length of the overlap period related to the opening timing of the intake valve 21 and the closing timing of the exhaust valve 22 by the intake electric motor S-VT 23 and the exhaust electric motor S-VT 24. As a result, hot burnt gas is trapped in the combustion chamber 17. That is, internal EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas is introduced into the combustion chamber 17. In addition, the residual gas in the combustion chamber 17 is scavenged by adjusting the length of the overlap period.

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ6は、吸気側の傾斜面1311と排気側の傾斜面1312とが交差するペントルーフの谷部において、燃焼室17内に臨んで配設されている。インジェクタ6は、図2に示すように、その噴射軸心が、シリンダ11の中心軸X1に平行に配設されている。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1とずれている。インジェクタ6の噴射軸心と、キャビティ31の凸部311の位置とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心は、シリンダ11の中心軸X1と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ6の噴射軸心と、キャビティ31の凸部311の位置とは一致していることが望ましい。   An injector 6 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The injector 6 is configured to inject fuel directly into the combustion chamber 17. The injector 6 is disposed facing the inside of the combustion chamber 17 in the valley portion of the pent roof where the inclined surface 1311 on the intake side and the inclined surface 1312 on the exhaust side intersect. As shown in FIG. 2, the injection axis of the injector 6 is disposed parallel to the central axis X1 of the cylinder 11. The injection axis X2 of the injector 6 is offset from the central axis X1. The injection axis of the injector 6 and the position of the convex portion 311 of the cavity 31 coincide with each other. The injector 6 is opposed to the cavity 31. The injection axis of the injector 6 may coincide with the central axis X1 of the cylinder 11. Also in this case, it is desirable that the injection axis of the injector 6 and the position of the convex portion 311 of the cavity 31 be coincident with each other.

インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔を有する多噴孔型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ6は、図2に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がりかつ、燃焼室17の天井部から斜め下向きに広がるように燃料を噴射する。インジェクタ6は、本構成例においては、10個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図2の上図に示すように、後述する点火プラグ25に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ25は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ6から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ25に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。   The injector 6 is constituted by a multi-hole type fuel injection valve having a plurality of injection holes, although the detailed illustration is omitted. The injector 6 injects fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17 and spreads obliquely downward from the ceiling of the combustion chamber 17 as shown by a two-dot chain line in FIG. In the present configuration example, the injector 6 has ten injection holes, and the injection holes are disposed equiangularly in the circumferential direction. The axis of the injection hole is circumferentially offset with respect to the spark plug 25 described later, as shown in the upper view of FIG. That is, the spark plug 25 is sandwiched between the axes of two adjacent injection holes. This prevents the fuel spray injected from the injector 6 from directly hitting the spark plug 25 and wetting the electrode.

インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴孔から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム61の最高燃料圧力は、例えば120MPa程度にしてもよい。インジェクタ6に供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。   A fuel supply system 61 is connected to the injector 6. The fuel supply system 61 includes a fuel tank 63 configured to store fuel, and a fuel supply passage 62 connecting the fuel tank 63 and the injector 6 to each other. A fuel pump 65 and a common rail 64 are interposed in the fuel supply passage 62. The fuel pump 65 pumps fuel to the common rail 64. The fuel pump 65 is a plunger type pump driven by the crankshaft 15 in this configuration example. The common rail 64 is configured to store the fuel pumped by the fuel pump 65 at a high fuel pressure. When the injector 6 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection hole of the injector 6 into the combustion chamber 17. The fuel supply system 61 is configured to be able to supply fuel with a high pressure of 30 MPa or more to the injector 6. The maximum fuel pressure of the fuel supply system 61 may be, for example, about 120 MPa. The pressure of the fuel supplied to the injector 6 may be changed according to the operating state of the engine 1. The configuration of the fuel supply system 61 is not limited to the above configuration.

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、この構成例では、図2にも示すように、シリンダ11の中心軸X1を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ25は、インジェクタ6に隣接している。点火プラグ25は、二つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。   A spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The spark plug 25 forcibly ignites the mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, as shown also in FIG. 2, the spark plug 25 is disposed on the intake side across the central axis X1 of the cylinder 11. The spark plug 25 is adjacent to the injector 6. The spark plug 25 is located between the two intake ports 18. The spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 in such a way as to approach the center of the combustion chamber 17 from the upper side to the lower side. The electrode of the spark plug 25 faces the combustion chamber 17 and is located near the ceiling surface of the combustion chamber 17.

エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。吸気通路40は、燃焼室17に導入する吸気(主には新気であるが、EGRガスを含む場合もある、単に「ガス」ともいう)が流れる通路である。吸気通路40の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー41が配設されている。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。   An intake passage 40 is connected to one side of the engine 1. The intake passage 40 communicates with the intake port 18 of each cylinder 11. The intake passage 40 is a passage through which intake air introduced into the combustion chamber 17 (mainly new air, but may include EGR gas, also referred to simply as “gas”) flows. An air cleaner 41 for filtering fresh air is disposed at the upstream end of the intake passage 40. In the vicinity of the downstream end of the intake passage 40, a surge tank 42 is disposed. The intake passage 40 downstream of the surge tank 42 constitutes an independent passage branched for each cylinder 11. The downstream end of the independent passage is connected to the intake port 18 of each cylinder 11.

吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調整することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。   A throttle valve 43 is disposed between the air cleaner 41 and the surge tank 42 in the intake passage 40. The throttle valve 43 is configured to adjust the introduction amount of fresh air into the combustion chamber 17 by adjusting the opening degree of the valve.

吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機44の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機44は、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。   A supercharger 44 is disposed downstream of the throttle valve 43 in the intake passage 40. The supercharger 44 is configured to supercharge the gas introduced into the combustion chamber 17. In this configuration example, the turbocharger 44 is a mechanical turbocharger driven by the engine 1. The mechanical supercharger 44 may be, for example, of the roots type. The configuration of the mechanical turbocharger 44 may be any configuration. The mechanical supercharger 44 may be of the Richolem type, vane type or centrifugal type.

過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45(切替部)が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ECU10が電磁クラッチ45の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機44はオン(駆動)とオフ(非駆動)とが切り替わる。   An electromagnetic clutch 45 (switching unit) is interposed between the turbocharger 44 and the engine 1. The electromagnetic clutch 45 transmits driving power from the engine 1 to the turbocharger 44 and blocks transmission of driving power between the turbocharger 44 and the engine 1. As will be described later, the supercharger 44 is switched between on (drive) and off (non-drive) as the ECU 10 switches between disconnection and connection of the electromagnetic clutch 45.

このエンジン1は、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給、つまり自然吸気よりも高い圧力で吸気を燃焼室17に導入すること(過給状態)と、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給しない、つまり自然吸気によって吸気を燃焼室17に導入すること(非過給状態)とを切り替えることができるよう構成されている。   In the engine 1, the supercharger 44 supercharges the gas introduced into the combustion chamber 17, that is, the intake air is introduced into the combustion chamber 17 at a pressure higher than that of natural intake (supercharged state); However, it is configured so as not to supercharge the gas introduced into the combustion chamber 17, that is, to switch between introducing the intake air into the combustion chamber 17 by natural intake (non-supercharged state).

過給機44は、例えば、吸気の圧力を圧縮比で1.5〜2.5まで高めることができる。過給機44は、エンジン1の吸気性能よりも高い吐出力を有している。過給圧を高めることにより、燃焼室17に導入できる吸気量よりも十分に多量の吸気を、吸気通路40の過給機44の下流側に送り出すことができる。   The supercharger 44 can, for example, increase the pressure of intake to a compression ratio of 1.5 to 2.5. The supercharger 44 has a discharge power higher than the intake performance of the engine 1. By increasing the supercharging pressure, a sufficiently large amount of intake air can be sent to the downstream side of the supercharger 44 of the intake passage 40 than the amount of intake air that can be introduced into the combustion chamber 17.

吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー46は、例えば水冷式(油冷式でもよい)に構成すればよい。   An intercooler 46 is disposed downstream of the turbocharger 44 in the intake passage 40. The intercooler 46 is configured to cool the gas compressed at the turbocharger 44. The intercooler 46 may be configured to be, for example, water-cooled (or oil-cooled).

吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47には、エアバイパス弁48(ABV、流量制御弁)が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調整する。この構成例においては、過給機44、バイパス通路47、インタークーラー46、及びエアバイパス弁48によって、過給システム49が構成されている。   A bypass passage 47 is connected to the intake passage 40. The bypass passage 47 connects the upstream portion of the turbocharger 44 and the downstream portion of the intercooler 46 with each other in the intake passage 40 so as to bypass the turbocharger 44 and the intercooler 46. An air bypass valve 48 (ABV, flow control valve) is disposed in the bypass passage 47. The air bypass valve 48 regulates the flow rate of gas flowing through the bypass passage 47. In this configuration example, a supercharging system 49 is configured by the supercharger 44, the bypass passage 47, the intercooler 46, and the air bypass valve 48.

図1において二点鎖線Kで囲む過給システム49を含む吸気通路40は、ユニット化されており、エンジン本体100の周囲に組み付けられている。具体的には、ユニット化されたエアクリーナー41、吸気通路40、過給機44、インタークーラー46、バイパス通路47等が、エンジン本体100の外面に近接した状態で、エンジン本体100に一体的に組み付けられている。   The intake passage 40 including a supercharging system 49 enclosed by a two-dot chain line K in FIG. 1 is unitized and assembled around the engine body 100. Specifically, the unitized air cleaner 41, the intake passage 40, the supercharger 44, the intercooler 46, the bypass passage 47, etc. are integrally assembled to the engine body 100 in a state where they are close to the outer surface of the engine body 100. It is done.

エンジン1は、燃焼室17内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56である。スワールコントロール弁56は、第1吸気ポート181につながるプライマリ通路401と、第2吸気ポート182につながるセカンダリ通路402の内、セカンダリ通路402に配設されている。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、エンジン1の前後方向に並んだ第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182の内、第1吸気ポート181から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第2吸気ポート182から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、第1吸気ポート181及び第2吸気ポート182のそれぞれから燃焼室17に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、矢印で示すように、図3における反時計方向に周回する(図2の白抜きの矢印も参照)。   The engine 1 has a swirl generating portion that generates a swirl flow in the combustion chamber 17. The swirl generating portion is a swirl control valve 56 attached to the intake passage 40. The swirl control valve 56 is disposed in the secondary passage 402 among the primary passage 401 connected to the first intake port 181 and the secondary passage 402 connected to the second intake port 182. The swirl control valve 56 is an opening adjustment valve capable of reducing the cross section of the secondary passage. When the degree of opening of the swirl control valve 56 is small, of the first intake port 181 and the second intake port 182 aligned in the front-rear direction of the engine 1, the intake flow rate flowing into the combustion chamber 17 from the first intake port 181 is relative. And the flow rate of intake air flowing from the second intake port 182 into the combustion chamber 17 is relatively reduced, so the swirl flow in the combustion chamber 17 becomes strong. When the degree of opening of the swirl control valve 56 is large, the intake flow rate flowing into the combustion chamber 17 from each of the first intake port 181 and the second intake port 182 becomes substantially even, so the swirl flow in the combustion chamber 17 is weak. Become. When the swirl control valve 56 is fully opened, no swirl flow occurs. The swirl flow circulates in the counterclockwise direction in FIG. 3 as indicated by the arrow (see also the white arrow in FIG. 2).

エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。   An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1. The exhaust passage 50 is in communication with the exhaust port 19 of each cylinder 11. The exhaust passage 50 is a passage through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17 flows. The upstream portion of the exhaust passage 50 constitutes an independent passage which branches for each cylinder 11, although detailed illustration is omitted. The upstream end of the independent passage is connected to the exhaust port 19 of each cylinder 11.

排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。   The exhaust passage 50 is provided with an exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters. The upstream catalytic converter, which is not shown, is disposed in the engine room. The upstream catalytic converter includes a three-way catalyst 511 and a GPF (Gasoline Particulate Filter) 512. The downstream catalytic converter is disposed outside the engine room. The downstream catalytic converter has a three-way catalyst 513. The exhaust gas purification system is not limited to the configuration of the illustrated example.

吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、既燃ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流に接続されている。   An EGR passage 52 constituting an external EGR system is connected between the intake passage 40 and the exhaust passage 50. The EGR passage 52 is a passage for recirculating a part of the burned gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected between the upstream catalytic converter and the downstream catalytic converter in the exhaust passage 50. The downstream end of the EGR passage 52 is connected to the upstream of the turbocharger 44 in the intake passage 40.

EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。EGR弁54の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調整することができる。   A water-cooled EGR cooler 53 is disposed in the EGR passage 52. The EGR cooler 53 is configured to cool the burned gas. An EGR valve 54 is also disposed in the EGR passage 52. The EGR valve 54 is configured to adjust the flow rate of the burnt gas flowing through the EGR passage 52. By adjusting the opening degree of the EGR valve 54, it is possible to adjust the reflux amount of the cooled burned gas, that is, the external EGR gas.

この構成例において、EGRシステム55は、EGR通路52及びEGR弁54を含んで構成されている外部EGRシステムと、前述した吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24を含んで構成されている内部EGRシステムとによって構成されている。   In this configuration example, the EGR system 55 includes an external EGR system configured to include the EGR passage 52 and the EGR valve 54, and an interior configured to include the intake electric motor S-VT 23 and the exhaust motor S-VT 24 described above. And an EGR system.

エンジン1の冷却装置71は、図5に示すように、メイン回路71A(主冷却部)とサブ回路71B(副冷却部)とを備えている。メイン回路71A及びサブ回路71Bは、互いに独立している。つまり、メイン回路71Aとサブ回路71Bとの間で、冷媒(冷却水)は相互に行き来しない。   As shown in FIG. 5, the cooling device 71 of the engine 1 includes a main circuit 71A (main cooling unit) and a sub circuit 71B (sub cooling unit). The main circuit 71A and the sub circuit 71B are independent of each other. That is, the refrigerant (cooling water) does not move back and forth between the main circuit 71A and the sub circuit 71B.

メイン回路71Aは、走行風を利用して冷媒を冷却するメインラジエータ72と、メインラジエータ72によって冷却された冷媒をエンジン本体100に供給する可変容量型のウォータポンプ74と、を有している。ウォータポンプ74は、エンジン1によって駆動される。エンジン本体100に供給された冷媒は、エンジン本体10の各部を冷却した後、エンジン本体100から排出され、メインラジエータ72に戻る。   The main circuit 71A has a main radiator 72 that cools the refrigerant using traveling wind, and a variable displacement water pump 74 that supplies the engine body 100 with the refrigerant cooled by the main radiator 72. The water pump 74 is driven by the engine 1. The refrigerant supplied to the engine main body 100 cools each part of the engine main body 10 and then is discharged from the engine main body 100 and returns to the main radiator 72.

サブ回路71Bは、メインラジエータ72と同様に、走行風を利用して冷媒を冷却するサブラジエータ75と、サブラジエータ75によって冷却された冷媒をインタークーラー46へ供給する電動ウォータポンプ76と、を有している。インタークーラー46に供給された冷媒は、インタークーラー46を通過するガスを冷却した後に、インタークーラー46から排出され、サブラジエータ75に戻る。   Similar to the main radiator 72, the sub circuit 71B includes a sub radiator 75 for cooling the refrigerant using traveling air, and an electric water pump 76 for supplying the refrigerant cooled by the sub radiator 75 to the intercooler 46. ing. The refrigerant supplied to the intercooler 46 cools the gas passing through the intercooler 46, and then is discharged from the intercooler 46 and returns to the sub radiator 75.

メイン回路71Aを流れる冷媒は、エンジン本体100の内部を通過する。サブ回路71Bを流れる冷媒は、エンジン本体100の内部を通過しない。そのため、サブ回路71Bを流れる冷媒は、メイン回路71Aを流れる冷媒よりもエンジン本体100の温度の影響を受け難い。そのため、サブ回路71は、エンジン本体100から独立した状態で、インタークーラー46を効果的に冷却できるようになっている。   The refrigerant flowing through the main circuit 71A passes through the inside of the engine body 100. The refrigerant flowing through the sub circuit 71B does not pass through the inside of the engine body 100. Therefore, the refrigerant flowing through the sub circuit 71B is less affected by the temperature of the engine body 100 than the refrigerant flowing through the main circuit 71A. Therefore, the subcircuit 71 can effectively cool the intercooler 46 in a state independent of the engine body 100.

エンジン1は、ECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。   The engine 1 includes an ECU (Engine Control Unit) 10. The ECU 10 is a well-known microcomputer-based controller, and as shown in FIG. 4, a central processing unit (CPU) 101 that executes a program and, for example, a random access memory (RAM) or a ROM. A memory 102 configured by (Read Only Memory) to store programs and data, and an input / output bus 103 for inputting / outputting an electric signal are provided. The ECU 10 is an example of a control unit.

ECU10には、図1及び図4に示すように、各種のセンサSW1〜SW17が接続されている。センサSW1〜SW17は、検知信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。   As shown in FIGS. 1 and 4, various sensors SW <b> 1 to SW <b> 17 are connected to the ECU 10. The sensors SW1 to SW17 output detection signals to the ECU 10. The sensors include the following sensors.

すなわち、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサSW1、及び、新気の温度を検知する第1吸気温度センサSW2、吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を検知する第1圧力センサSW3、吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を検知する第2吸気温度センサSW4、サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を検知する第2圧力センサSW5、各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を検知する指圧センサSW6、排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアO2センサSW8、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダO2センサSW9、エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサSW10、エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を検知するクランク角センサSW11、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサSW12、エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサSW13、エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサSW14、EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を検知するEGR差圧センサSW15、並びに、燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサSW16である。更には、サージタンク42の下流側の近傍に配置され、サージタンク42から流出して燃焼室17に導入されるガスの温度を検知する第3吸気温度センサSW17である。   That is, an air flow sensor SW1 disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and detecting the flow rate of fresh air flowing through the intake passage 40; a first intake temperature sensor SW2 detecting the temperature of the fresh air; The first pressure sensor SW3 disposed downstream of the connection position of the EGR passage 52 at 40 and upstream of the turbocharger 44 and detecting the pressure of the gas flowing into the turbocharger 44; A second intake air temperature sensor SW4 disposed downstream of the engine 44 and upstream of the connection position of the bypass passage 47 and detecting the temperature of the gas flowing out of the turbocharger 44, attached to the surge tank 42, and A second pressure sensor SW5 for detecting the pressure of gas downstream of the feeder 44, attached to the cylinder head 13 corresponding to each cylinder 11, and A finger pressure sensor SW6 for detecting the pressure in the burning chamber 17, an exhaust temperature sensor SW7 disposed in the exhaust passage 50 and detecting the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17, upstream of the catalytic converter upstream in the exhaust passage 50 A linear O2 sensor SW8 disposed in the exhaust gas for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, a lambda O2 sensor SW9 disposed downstream of the three-way catalyst 511 in the upstream catalytic converter and detecting the oxygen concentration in the exhaust gas Water temperature sensor SW10 attached to 1 and detecting the temperature of the cooling water, crank angle sensor SW11 attached to the engine 1 and detecting the rotation angle of the crankshaft 15, attached to the accelerator pedal mechanism and operating the accelerator pedal Accelerator opening sensor SW1 that detects the accelerator opening corresponding to the amount , An intake cam angle sensor SW13 attached to the engine 1 for detecting the rotation angle of the intake camshaft, an exhaust cam angle sensor SW14 attached to the engine 1 for detecting the rotation angle of the exhaust camshaft, disposed in the EGR passage 52 And an EGR differential pressure sensor SW15 that detects a differential pressure upstream and downstream of the EGR valve 54, and a fuel pressure sensor SW16 that is attached to the common rail 64 of the fuel supply system 61 and that detects the pressure of the fuel supplied to the injector 6. It is. The third intake temperature sensor SW17 is disposed near the downstream side of the surge tank 42 and detects the temperature of the gas flowing out of the surge tank 42 and introduced into the combustion chamber 17.

ECU10は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ECU100は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S−VT23、排気電動S−VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。   The ECU 10 determines the operating state of the engine 1 based on these detection signals and calculates the control amount of each device. The ECU 100 controls the control signal related to the calculated control amount as the injector 6, spark plug 25, intake motor S-VT 23, exhaust motor S-VT 24, fuel supply system 61, throttle valve 43, EGR valve 54, supercharger 44. The electromagnetic clutch 45, the air bypass valve 48, and the swirl control valve 56 are output.

例えば、ECU10は、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の検知信号から得られる過給機44の前後差圧に基づいてエアバイパス弁48の開度を調整することにより、過給圧を調整する。また、ECU10は、EGR差圧センサSW15の検知信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調整することにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量を調整する。   For example, the ECU 10 adjusts the opening pressure of the air bypass valve 48 based on the front-rear differential pressure of the turbocharger 44 obtained from the detection signals of the first pressure sensor SW3 and the second pressure sensor SW5, to thereby obtain the supercharging pressure. adjust. In addition, the ECU 10 adjusts the opening degree of the EGR valve 54 based on the differential pressure across the EGR valve 54 obtained from the detection signal of the EGR differential pressure sensor SW15, whereby the amount of external EGR gas introduced into the combustion chamber 17 Adjust the

(エンジンの運転領域)
図6は、エンジン1の運転領域マップ501、502を例示している。エンジン1の運転領域マップ501、502は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域(1)−1(「低負荷側領域」に相当)、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域(1)−2(「高負荷側領域」に相当)、中負荷領域(1)−2よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域(2)、高負荷領域において中回転領域(2)よりも回転数の低い低回転領域(3)、及び、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、高負荷中回転領域(2)、及び、高負荷低回転領域(3)よりも回転数の高い高回転領域(4)である。
(Operating area of engine)
FIG. 6 illustrates the operating range map 501, 502 of the engine 1. The operating area map 501, 502 of the engine 1 is determined by the load and the rotational speed, and is divided into five areas for high and low of the load and high and low of the rotational speed. Specifically, the five regions include idle operation and include a low load region (1) -1 (corresponding to the "low load side region") that extends to low and medium rotation regions, and a load more than the low load region. Medium load area (1) -2 (corresponds to "high load side area") which spreads to high and low rotation and medium rotation areas, and in a region where the load is higher than middle load region (1) -2, and full open load Medium rotation area (2) of high load area including low speed area (3) whose rotation speed is lower than middle rotation area (2) in high load area, and low load area (1) -1, medium load area (1) -2, a high load medium rotation area (2), and a high speed low rotation area (4) having a rotational speed higher than that of the high load low rotation area (3).

ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図6の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。   Here, when the low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region are all divided into three regions of the low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region in the rotational speed direction, respectively. The low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region may be used. In the example of FIG. 6, the number of rotations less than N1 is low, the number of rotations N2 or more is high, and the number of rotations N1 or more and N2 is medium. The rotational speed N1 may be, for example, about 1200 rpm, and the rotational speed N2 may be, for example, about 4000 rpm.

図6においては、理解容易のために、エンジン1の運転領域マップ501、502を二つに分けて描いている。マップ501は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。マップ502は、過給機44が駆動される過給領域と、過給機44が駆動されない非過給領域とを示している。尚、図6における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road-Load Line)を示している。   In FIG. 6, the operation area maps 501 and 502 of the engine 1 are drawn in two parts for ease of understanding. A map 501 shows the state of air-fuel mixture and the form of combustion in each region. The map 502 shows a supercharging region where the supercharger 44 is driven and a non-supercharging region where the supercharger 44 is not driven. The two-dot chain line in FIG. 6 indicates the load-load line (Road-Load Line) of the engine 1.

エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、及び、高負荷中回転領域(2)において、SPCCI燃焼を行う。エンジン1はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域(3)及び高回転領域(4)においては、SI燃焼を行う。以下、各領域におけるエンジン1の運転について、図7に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら説明をする。   The engine 1 performs SPCCI combustion in a low load range (1) -1, a medium load range (1) -2, and a high load medium rotation range (2) mainly for the purpose of improving the fuel efficiency and the exhaust gas performance. I do. The engine 1 also performs SI combustion in other areas, specifically, in a high load low rotation area (3) and a high rotation area (4). Hereinafter, the operation of the engine 1 in each region will be described with reference to the fuel injection timing and the ignition timing shown in FIG.

(低負荷領域(1)−1)
エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときには、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(Low load area (1) -1)
When the engine 1 is operating in the low load range (1) -1, the engine 1 performs SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are combined.

図7の符号601は、エンジン1が低負荷領域(1)−1において、図6に示す運転状態601にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6011、6012)及び点火時期(符号6013)、並びに、燃焼波形(つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号6014)それぞれの一例を示している。   The reference numeral 601 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numerals 6011, 6012) and the ignition timing (reference numeral 6013) when the engine 1 is operating in the operation state 601 shown in FIG. 6 in the low load region (1) -1. An example of each of the combustion waveforms (that is, waveforms showing changes in heat release rate with respect to crank angle, reference numeral 6014) is shown.

SPCCI燃焼は、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼をすると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする。   In the SPCCI combustion, the ignition plug 25 forcibly ignites the mixture in the combustion chamber 17 so that the mixture causes SI combustion by flame propagation, and the heat of SI combustion generates heat in the combustion chamber 17. As the temperature rises and the pressure in the combustion chamber 17 rises due to flame propagation, the unburned air-fuel mixture performs CI combustion by self-ignition.

SI燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってSI燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。   By adjusting the amount of heat generation of SI combustion, it is possible to absorb temperature variations in the combustion chamber 17 before the start of compression. Even if the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, for example, if the start timing of SI combustion is adjusted by adjusting the ignition timing, it is possible to control the timing of the self-ignition.

SPCCI燃焼を行うときには、圧縮上死点付近の所定タイミングで、点火プラグ25が混合気に点火する、これによって、火炎伝播による燃焼が開始する。SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時は、CI燃焼時よりも穏やかになる。   When performing the SPCCI combustion, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing near the compression top dead center, whereby combustion by flame propagation starts. Heat generation during SI combustion is milder than heat generation during CI combustion. Therefore, the waveform of the heat release rate has a relatively small rising slope. Although not shown, pressure fluctuation (dp / dθ) in the combustion chamber 17 also becomes gentler during SI combustion than during CI combustion.

SI燃焼によって、燃焼室17の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図7の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。   As the temperature and pressure in the combustion chamber 17 increase due to SI combustion, the unburned mixture self-ignites. In the example of FIG. 7, the slope of the heat release rate waveform changes from small to large at the timing of self-ignition. That is, the waveform of the heat release rate has an inflection point at the timing when the CI combustion starts.

CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。但し、CI燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン3がモータリングによって下降している。CI燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。CI燃焼時のdp/dθも比較的穏やかになる。   After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. The rate of heat release is relatively large because CI combustion generates heat more than SI combustion. However, since the CI combustion is performed after the compression top dead center, the piston 3 is lowered by motoring. It is avoided that the slope of the heat release rate waveform becomes too large due to the CI combustion. Dp / dθ at the time of CI combustion also becomes relatively mild.

dp/dθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りSPCCI燃焼は、dp/dθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。   Although dp / dθ can be used as an index representing combustion noise, as described above, SPCCI combustion can reduce dp / dθ, thereby making it possible to avoid combustion noise becoming too large. . Combustion noise can be reduced to an acceptable level or less.

CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、SPCCI燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、エンジン1の燃費性能の向上に有利である。   By the completion of the CI combustion, the SPCCI combustion is ended. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. SPCCI combustion has an earlier combustion finish timing than SI combustion. In other words, SPCCI combustion can bring the combustion end timing during the expansion stroke closer to the compression top dead center. SPCCI combustion is more advantageous for improving the fuel consumption performance of the engine 1 than SI combustion.

エンジン1の燃費性能を向上させるために、EGRシステム55は、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。   In order to improve the fuel consumption performance of the engine 1, the EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the engine 1 is operating in the low load range (1) -1.

また、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときには、燃焼室17の中には、強いスワール流が形成される。スワール流は、燃焼室17の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁(SCV)56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート18はタンブルポートであるため、燃焼室17の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。   In addition, when the engine 1 is operating in the low load range (1) -1, a strong swirl flow is formed in the combustion chamber 17. The swirl flow is strong at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 and weak at the central portion. The swirl control valve (SCV) 56 is a predetermined opening on the fully closed or closed side. As described above, since the intake port 18 is a tumble port, an oblique swirl flow having a tumble component and a swirl component is formed in the combustion chamber 17.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、スワール比は、2以上、好ましくは4以上になる。ここで、スワール比を定義すると、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。   When the engine 1 operates in the low load range (1) -1, the swirl ratio is 2 or more, preferably 4 or more. Here, when the swirl ratio is defined, the “swirl ratio” is a value obtained by dividing the value obtained by measuring and integrating the intake flow lateral angular velocity for each valve lift by the engine angular velocity.

スワールコントロール弁56の開度によってスワール比は調整できる。例えば、このエンジン1では、スワールコントロール弁56が全開のときには、スワール比は6程度になる。例えば、スワール比を4以上6以下とするには、スワールコントロール弁56の開度を、開口比率が0〜15%となる範囲で調整すればよい。   The swirl ratio can be adjusted by the opening degree of the swirl control valve 56. For example, in the engine 1, when the swirl control valve 56 is fully open, the swirl ratio is about 6. For example, in order to set the swirl ratio to 4 or more and 6 or less, the opening degree of the swirl control valve 56 may be adjusted in a range where the opening ratio is 0 to 15%.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室17の全体において、混合気の空気過剰率λは1を超える。より詳細に、燃焼室17の全体において混合気のA/Fは30以上である。混合気が燃焼を開始する直前での空気過剰率は2以上である。こうすることで、RawNOxの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。   When the engine 1 operates in the low load range (1) -1, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the entire combustion chamber 17. That is, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture exceeds 1 in the entire combustion chamber 17. More specifically, the A / F of the mixture in the entire combustion chamber 17 is 30 or more. The excess air ratio immediately before the mixture starts combustion is 2 or more. By doing this, the generation of RawNOx can be suppressed, and the exhaust gas performance can be improved.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼室17内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のA/Fは、20以上35以下であり、外周部の混合気のA/Fは、35以上50以下である。尚、空燃比の値は、混合気が燃焼を開始する直前に相当する点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。   When the engine 1 operates in the low load range (1) -1, the mixture is stratified between the central portion and the outer peripheral portion in the combustion chamber 17. The fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion is higher than the fuel concentration in the outer peripheral portion. Specifically, the A / F of the air-fuel mixture in the central portion is 20 or more and 35 or less, and the A / F of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion is 35 or more and 50 or less. The value of the air-fuel ratio is the value of the air-fuel ratio at the time of ignition which corresponds to the time immediately before the mixture starts combustion, and the same applies to the following description.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、インジェクタ6は、基本的には、吸気行程中と、圧縮行程中とのそれぞれにおいて燃料を燃焼室17の中に噴射する(符号6011、6012)。吸気行程中に噴射した燃料は、点火時期までの間に燃焼室17の中の全体に拡散をする。吸気行程中に噴射した燃料は、中央部及び外周部の混合気を形成する。圧縮行程中に噴射した燃料は、点火時期までの時間が短いため、あまり拡散せずに、スワール流によって、燃焼室17の中央部の点火プラグ25の付近に輸送される。圧縮行程中に噴射した燃料は、吸気行程中に噴射した燃料の一部と共に、中央部の混合気を形成する。燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。   When the engine 1 operates in the low load range (1) -1, the injector 6 basically injects fuel into the combustion chamber 17 during the intake stroke and during the compression stroke (reference numeral 6011, 6012). The fuel injected during the intake stroke diffuses throughout the combustion chamber 17 until the ignition timing. The fuel injected during the intake stroke forms a mixture of the central portion and the outer peripheral portion. The fuel injected during the compression stroke is transported to the vicinity of the spark plug 25 in the central portion of the combustion chamber 17 by the swirl flow, because the time to the ignition timing is short. The fuel injected during the compression stroke forms an air-fuel mixture in the center along with part of the fuel injected during the intake stroke. The mixture is stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17.

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6013)。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、CI燃焼が開始する。SPCCI燃焼において、CI燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。   After the end of the fuel injection, the spark plug 25 ignites the mixture in the central portion of the combustion chamber 17 at a predetermined timing before compression top dead center (reference numeral 6013). Since the air-fuel mixture in the central portion has a relatively high fuel concentration, the ignitability is improved and SI combustion by flame propagation is stabilized. By stabilizing SI combustion, CI combustion starts at an appropriate timing. In SPCCI combustion, the controllability of CI combustion is improved. As a result, when the engine 1 operates in the low load range (1) -1, both suppression of the generation of combustion noise and improvement of the fuel efficiency performance by shortening the combustion period are compatible.

低負荷領域(1)−1においてエンジン1は、混合気を理論空燃比よりもリーンしてSPCCI燃焼を行うため、低負荷領域(1)−1は、「SPCCIリーン領域」と呼ぶことができる。   In the low load range (1) -1, the engine 1 leans the air-fuel mixture to the stoichiometric air fuel ratio to perform SPCCI combustion, so the low load range (1) -1 can be called "SPCCI lean range" .

(中負荷領域(1)−2)
エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転しているときも、低負荷領域(1)−1と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(Medium load area (1) -2)
Even when the engine 1 is operating in the medium load range (1) -2, the engine 1 performs SPCCI combustion as in the low load range (1) -1.

図7の符号602は、エンジン1が中負荷領域(1)−2において、図6に示す運転状態602にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6021、6022)及び点火時期(符号6023)、並びに、燃焼波形(符号6024)それぞれの一例を示している。   The reference numeral 602 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numerals 6021 and 6022) and the ignition timing (reference numeral 6023) when the engine 1 is operating in the operation state 602 shown in FIG. And combustion waveforms (reference numeral 6024).

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が中負荷領域(1)−2にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the medium load range (1) -2.

また、エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときにも、低負荷領域(1)−1と同様に、燃焼室17の中には、スワール比が2以上、好ましくは4以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁(SCV)56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、燃焼室17内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、SI燃焼の火炎が速やかに伝播してSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定することによってCI燃焼のコントロール性が高まる。SPCCI燃焼におけるCI燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   Further, when the engine 1 is operated in the medium load range (1) -2, the swirl ratio is 2 or more, preferably 4 or more in the combustion chamber 17 as in the low load range (1) -1. Strong swirl flow is formed. The swirl control valve (SCV) 56 is a predetermined opening on the fully closed or closed side. Since the turbulent energy in the combustion chamber 17 is increased by intensifying the swirl flow, the SI combustion flame propagates rapidly when the engine 1 is operated in the medium load range (1) -2, and the SI combustion is performed. Is stabilized. The stability of the SI combustion improves the controllability of the CI combustion. By optimizing the timing of the CI combustion in the SPCCI combustion, it is possible to suppress the generation of combustion noise and to improve the fuel consumption performance. In addition, variation in torque between cycles can be suppressed.

エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F=14.7)である。混合気が燃焼を開始する直前での空気過剰率は1かそれ以下である。三元触媒が、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。   When the engine 1 operates in the medium load range (1) -2, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) in the entire combustion chamber 17. The excess air ratio immediately before the mixture starts combustion is 1 or less. As the three-way catalyst purifies the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17, the exhaust gas performance of the engine 1 is improved. The A / F of the mixture may be made to fall within the purification window of the three-way catalyst. Therefore, the excess air ratio λ of the mixture may be 1.0 ± 0.2.

エンジン1が運転状態602にて運転しているときは、吸気行程中の燃料噴射(符号6021)と、圧縮行程中の燃料噴射(符号6022)とを行う。吸気行程中に噴射6021を行うことによって、燃焼室17の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に噴射6022を行うことによって、中負荷領域(1)−2内において負荷が高いときに、燃焼室17内の温度を燃料の気化潜熱により低下させてノッキング等の異常燃焼を防止する。噴射6021の噴射量と噴射6022の噴射量との割合は一例として、95:5としてもよい。中負荷領域(1)−2における負荷の低い運転状態では、噴射6022を省略してもよい。   When the engine 1 is operating in the operating state 602, fuel injection (code 6021) in the intake stroke and fuel injection (code 6022) in the compression stroke are performed. By performing the injection 6021 during the intake stroke, the fuel can be distributed substantially uniformly in the combustion chamber 17. By performing the injection 6022 during the compression stroke, when the load is high in the middle load range (1) -2, the temperature in the combustion chamber 17 is lowered by the latent heat of vaporization of the fuel to prevent abnormal combustion such as knocking . The ratio of the injection amount of the injection 6021 to the injection amount of the injection 6022 may be, for example, 95: 5. In the low load operating condition in the medium load range (1) -2, the injection 6022 may be omitted.

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ25が混合気に点火をする(符号6023)ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。噴射6022によって噴射された燃料は、主にSI燃焼する。噴射6021によって噴射された燃料は、主にCI燃焼する。   The fuel-air mixture burns by flame propagation by the spark plug 25 igniting the air-fuel mixture at a predetermined timing before compression top dead center (reference numeral 6023). After the start of combustion by flame propagation, the unburned mixture is self-ignited to burn CI. The fuel injected by the injection 6022 mainly undergoes SI combustion. The fuel injected by the injection 6021 mainly burns CI.

中負荷領域(1)−2においてエンジン1は、混合気を理論空燃比にしてSPCCI燃焼を行うため、中負荷領域(1)−2は、「SPCCIλ=1領域」と呼ぶことができる。   In the medium load range (1) -2, the engine 1 performs SPCCI combustion with the air-fuel mixture at the theoretical air fuel ratio, so the medium load range (1) -2 can be referred to as "SPCCI λ = 1 range".

(高負荷中回転領域(2))
エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転しているときも、低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2と同様に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(High load medium rotation range (2))
Even when the engine 1 is operating in the high load medium rotation area (2), the engine 1 performs SPCCI combustion as in the low load area (1) -1 and the medium load area (1) -2.

図7の符号603は、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において、図6に示す低回転側の運転状態603にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6031、6032)及び点火時期(符号6033)、並びに、燃焼波形(符号6034)それぞれの一例を示している。
図7の符号604は、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において、図6に示す高回転側の運転状態604にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6041)及び点火時期(符号6042)、並びに、燃焼波形(符号6043)それぞれの一例を示している。
Reference numeral 603 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numerals 6031 and 6032) and ignition when the engine 1 is operated in the low-load operation state 603 shown in FIG. 6 in the high load medium rotation region (2). An example of each of the timing (reference numeral 6033) and the combustion waveform (reference numeral 6034) is shown.
The reference numeral 604 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numeral 6041) and the ignition timing (when the engine 1 is operating in the high-load operation state 604 shown in FIG. An example of each of a code | symbol 6042) and a combustion waveform (code | symbol 6043) is shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高負荷中回転領域(2)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにすればよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the high load medium rotation region (2). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full open load, the EGR gas should be zero.

また、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときにも、低負荷領域(1)−1と同様に、燃焼室17の中には、スワール比が2以上、好ましくは4以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁(SCV)56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。   In addition, even when the engine 1 is operated in the high load medium rotation area (2), the swirl ratio is 2 or more, preferably 4 or more in the combustion chamber 17 as in the low load area (1) -1. Strong swirl flow is formed. The swirl control valve (SCV) 56 is a predetermined opening on the fully closed or closed side.

エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである(つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦1)。   When the engine 1 is operated in the high load medium rotation region (2), the air fuel ratio (A / F) of the mixture is richer than the stoichiometric air fuel ratio or the stoichiometric air fuel ratio in the entire combustion chamber 17 (that is, The excess air ratio λ of the mixture is λ ≦ 1).

エンジン1が低回転側の運転状態603において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料を噴射する(符号6031)と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する(符号6032)。噴射6031の噴射量と噴射6032の噴射量との割合は、一例として、95:5としてもよい。   When the engine 1 operates in the low rotation speed operating state 603, the injector 6 injects fuel in the intake stroke (reference numeral 6031) and injects fuel at the end of the compression stroke (reference numeral 6032). The ratio of the injection amount of the injection 6031 to the injection amount of the injection 6032 may be, for example, 95: 5.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6033)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ25は燃焼室17の中央部に配置されているため、点火プラグ25の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。SI燃焼の火炎は、燃焼室17内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室17の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、CI燃焼が開始する(燃焼波形6034参照)。   The spark plug 25 ignites the mixture in the central portion of the combustion chamber 17 near the compression top dead center (reference numeral 6033). The spark plug 25 ignites, for example, after compression top dead center. Since the spark plug 25 is disposed at the central portion of the combustion chamber 17, the mixture at the central portion starts SI combustion by flame propagation by the ignition of the spark plug 25. The flames of the SI combustion propagate along the strong swirl flow in the combustion chamber 17 in the circumferential direction. At a predetermined position in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the combustion chamber 17, the unburned mixture is compression-ignited and CI combustion starts (see a combustion waveform 6034).

エンジン1が高回転側の運転状態604にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料噴射を開始する(符号6041)。   When the engine 1 operates in the high revolution side operating state 604, the injector 6 starts fuel injection in the intake stroke (reference numeral 6041).

吸気行程に開始する噴射6041は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。噴射6041の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。噴射6041の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室17の外周部においてCI燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室17の中央部においてSI燃焼用の混合気を形成することができる。回転数が高く異常燃焼が発生し難いため、後段噴射を省略することができる。   The injection 6041 starting in the intake stroke may start fuel injection in the first half of the intake stroke. The end of injection 6041 may be in the compression stroke beyond the intake stroke. By setting the injection start of the injection 6041 to the first half of the intake stroke, an air-fuel mixture for CI combustion is formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 and an air-fuel mixture for SI combustion in the central portion of the combustion chamber 17 be able to. Since the number of revolutions is high and abnormal combustion is unlikely to occur, the post-stage injection can be omitted.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6042)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、SPCCI燃焼が行われる(燃焼波形6043参照)。   The spark plug 25 ignites the mixture in the central portion of the combustion chamber 17 near the compression top dead center (reference numeral 6042). The spark plug 25 ignites, for example, after compression top dead center. Thereby, SPCCI combustion is performed (see combustion waveform 6043).

高負荷中回転領域(2)においてエンジン1は、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチしてSPCCI燃焼を行うため、高負荷中回転領域(2)は、「SPCCIλ≦1領域」と呼ぶことができる。   Since the engine 1 performs SPCCI combustion by enriching the air-fuel mixture to the theoretical air fuel ratio or the theoretical air fuel ratio in the high load middle rotation region (2), the high load middle rotation region (2) is “SPCCI λ ≦ 1 region” It can be called.

(高負荷低回転領域(3))
エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。高負荷低回転領域(3)において、高負荷中回転領域(2)と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室17内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときには、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
(High load low rotation area (3))
When the rotational speed of the engine 1 is low, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes long. If fuel is injected into the combustion chamber 17 in the first half of the intake stroke or compression stroke, for example, in the high load low rotation region (3), as in the high load medium rotation region (2), the fuel reaction progresses too much. May cause an early ignition. When the engine 1 is operating in the high load low rotation range (3), it becomes difficult to perform the above-described SPCCI combustion.

そこで、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。   Therefore, when the engine 1 is operating in the high load low rotation range (3), the engine 1 performs SI combustion, not SPCCI combustion.

図7の符号605は、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において、図6に示す運転状態605にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6051、6052)及び点火時期(符号6053)、並びに、燃焼波形(符号6054)それぞれの一例を示している。   The reference numeral 605 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numerals 6051 and 6052) and the ignition timing (reference numeral 6053) when the engine 1 is operating in the operation state 605 shown in FIG. And combustion waveforms (symbol 6054) are shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高負荷低回転領域(3)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにすればよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating condition of the engine 1 is in the high load low rotation region (3). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full open load, the EGR gas should be zero.

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F=14.7)である。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域(3)において、燃費性能が向上する。尚、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときに、燃焼室17の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下でかつ、高負荷中回転領域(2)における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域(2)における空気過剰率λよりも大にしてもよい。   When the engine 1 is operating in the high load low rotation range (3), the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) in the entire combustion chamber 17 is there. The A / F of the mixture may be made to fall within the purification window of the three-way catalyst. Therefore, the excess air ratio λ of the mixture may be 1.0 ± 0.2. By setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel efficiency performance is improved in the high load low rotation region (3). When the engine 1 operates in the high load low rotation range (3), the fuel concentration of the entire mixture in the combustion chamber 17 is 1 or less at the excess air ratio λ and in the high load middle rotation range (2) The excess air ratio λ may be greater than the excess air ratio λ, preferably in the high load medium rotation region (2).

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)との、各々のタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射する(符号6051、6052)。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。また、膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。   When the engine 1 operates in the high load low rotation range (3), the injector 6 is in the intake stroke and in a period from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke (hereinafter, this period is referred to as a retard period) At each timing, fuel is injected into the combustion chamber 17 (reference numerals 6051 and 6052). The final stage of the compression process may be the final stage when the compression process is divided into three equal parts: initial, middle, and final. Further, the initial stage of the expansion stroke may be an initial stage when the expansion stroke is divided into three equal parts: initial, middle and final.

二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより(符号6051)、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより(符号6052)、点火直前に、燃焼室17の中の流動を高めることができ、SI燃焼の安定化に有利になる。この燃料噴射の形態は、エンジン1の幾何学的圧縮比が低いときに特に有効である。   By injecting the fuel twice, it is possible to reduce the amount of fuel injected in the retard period. By injecting the fuel during the intake stroke (reference numeral 6051), the formation time of the air-fuel mixture can be sufficiently secured. In addition, by injecting fuel during the retard period (reference numeral 6052), the flow in the combustion chamber 17 can be enhanced immediately before ignition, which is advantageous for stabilization of SI combustion. This form of fuel injection is particularly effective when the geometric compression ratio of the engine 1 is low.

点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6053)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてSI燃焼をする。SI燃焼が膨張行程において開始するため、CI燃焼は開始しない(燃焼波形6054参照)。   After injecting the fuel, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a timing near the compression top dead center (reference numeral 6053). The spark plug 25 may perform ignition, for example, after compression top dead center. The mixture performs SI combustion in the expansion stroke. Since SI combustion starts in the expansion stroke, CI combustion does not start (see combustion waveform 6054).

高負荷低回転領域(3)においてエンジン1は、燃料を圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間に噴射をしてSI燃焼を行うため、高負荷低回転領域(3)は、「リタード−SI領域」と呼ぶことができる。   In the high load and low rotation region (3), the engine 1 injects fuel during the retard period from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke to perform SI combustion. Therefore, the high load and low rotation region (3) It can be called "SI area".

(高回転領域(4))
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、圧縮行程中に分割噴射を行うことにより、燃焼室17内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。
(High rotation area (4))
When the rotational speed of the engine 1 is high, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes short. Therefore, for example, in the high rotation region in the high load region, as described above, performing the split injection during the compression stroke makes it difficult to perform stratification of the mixture in the combustion chamber 17. When the rotation speed of the engine 1 becomes high, it becomes difficult to perform the above-described SPCCI combustion.

そのため、エンジン1が高回転領域(4)において運転しているときには、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。尚、高回転領域(4)は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。   Therefore, when the engine 1 is operating in the high rotation range (4), the engine 1 performs not the SPCCI combustion but the SI combustion. The high rotation region (4) extends over the entire load direction from low load to high load.

図7の符号606は、エンジン1が高回転領域(4)において、図6に示す運転状態606にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6061)及び点火時期(符号6062)、並びに、燃焼波形(符号6063)それぞれの一例を示している。   Reference numeral 606 in FIG. 7 indicates the fuel injection timing (reference numeral 6061) and the ignition timing (reference numeral 6062) when the engine 1 is operating in the operation state 606 shown in FIG. 6 in the high rotation range (4). An example of each of the combustion waveforms (symbol 6063) is shown.

EGRシステム55は、エンジン1の運転状態が高回転領域(4)にあるときに、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。全開負荷では、EGRガスをゼロにすればよい。   The EGR system 55 introduces EGR gas into the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is in the high rotation region (4). The engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. At full open load, the EGR gas should be zero.

エンジン1は、高回転領域(4)において運転するときには、スワールコントロール弁(SCV)56を全開にする。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、高回転領域(4)において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。   When the engine 1 is operated in the high rotation range (4), the swirl control valve (SCV) 56 is fully opened. No swirl flow is generated in the combustion chamber 17, and only the tumble flow is generated. By making the swirl control valve 56 fully open, it is possible to increase the filling efficiency in the high rotation area (4) and to reduce the pump loss.

エンジン1が高回転領域(4)において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、基本的には、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F=14.7)である。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。尚、高回転領域(4)内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを1未満にしてもよい。   When the engine 1 operates in the high rotation range (4), the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is basically the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) in the entire combustion chamber 17 It is. The excess air ratio λ of the mixture may be 1.0 ± 0.2. The excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be less than 1 in the high load region including the full open load in the high rotation region (4).

エンジン1が高回転領域(4)において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する。尚、運転状態605は、エンジン1の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射量に応じて、燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン1の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。   When the engine 1 operates in the high rotation range (4), the injector 6 starts fuel injection in the intake stroke. The injector 6 injects the fuel at one time. In the operating state 605, the load on the engine 1 is high, so the amount of fuel injection is large. The fuel injection period changes according to the fuel injection amount. By starting fuel injection during the intake stroke, it is possible to form a homogeneous or substantially homogeneous mixture in the combustion chamber 17. In addition, when the rotation speed of the engine 1 is high, the vaporization time of the fuel can be secured as long as possible, so it is possible to reduce the unburned loss and suppress the generation of soot.

点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6062)。   The ignition plug 25 ignites the air-fuel mixture at an appropriate timing before compression top dead center after the end of fuel injection (reference numeral 6062).

高回転領域(4)においてエンジン1は、燃料噴射を吸気行程に開始してSI燃焼を行うため、高回転領域(4)は、「吸気−SI領域」と呼ぶことができる。   In the high rotation region (4), the engine 1 starts fuel injection in the intake stroke to perform SI combustion, so the high rotation region (4) can be called an “intake-SI region”.

(過給機の運転)
図6の下図502に示すように、エンジン1の全運転領域における低負荷・低回転側である、低負荷領域(1)−1の一部、及び、中負荷領域(1)−2の一部においては、過給機44がオフ、つまり非駆動の状態とされ、エンジン1の運転は非過給の状態となる(この非過給の領域が「所定領域」に相当)。
(Operating a turbocharger)
As shown in the lower diagram 502 of FIG. 6, a part of the low load range (1) -1 and a part of the medium load range (1) -2 on the low load and low rotation side in the entire operating range of the engine 1 In part 1, the supercharger 44 is turned off, that is, not driven, and the operation of the engine 1 is not charged (this non-supercharged area corresponds to the "predetermined area").

詳細には、低負荷領域(1)−1における低回転側の領域においては、過給機44がオフにされる。低負荷領域(1)−1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域(1)−2における低負荷低回転側の領域においては、過給機44がオフにされ、中負荷領域(1)−2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンになる。   Specifically, in the low rotation region in the low load region (1) -1, the supercharger 44 is turned off. In the high rotation side region in the low load region (1) -1, the supercharger 44 is turned on in order to secure the necessary intake charge corresponding to the increase in the rotational speed of the engine 1 Increase the boost pressure. Further, the supercharger 44 is turned off in the low load low rotation side region in the medium load region (1) -2, and the fuel injection amount in the high load side region in the medium load region (1) -2. The supercharger 44 is turned on in order to secure the necessary intake charge amount corresponding to the increase of the engine speed, and it is necessary to cope with the increase in the rotational speed of the engine 1 in the high rotation side region. The turbocharger 44 is turned on to ensure the intake charge.

高負荷中回転領域(2)、高負荷低回転領域(3)、及び、高回転領域(4)の各領域においては、その全域に亘って過給機44がオンになり(S/C ON参照)、エンジン1の運転は過給の状態となる。   In each of the high load and medium speed range (2), the high load and low speed range (3), and the high speed range (4), the supercharger 44 is turned on over the entire area (S / C ON Reference), the operation of the engine 1 is supercharged.

図8に、ECU10が、エンジン1の運転を過給の状態と非過給の状態とに切り替える流れを示す。ECU10は、各センサSW1〜SW17の信号を読み込む(ステップS1)。ECU10は、エンジン1の運転領域を判断し、過給要求があるか否かを判断する(ステップS2)。その結果、ECU10が、過給要求があると判断した場合には(ステップS2でYES)、電磁クラッチ45が接続され、エアバイパス弁48(ABV)が閉じ側で開度が調整されることにより、過給運転が実行される(ステップS3)。   FIG. 8 shows a flow in which the ECU 10 switches the operation of the engine 1 between the supercharged state and the non-supercharged state. The ECU 10 reads the signals of the sensors SW1 to SW17 (step S1). The ECU 10 determines the operating range of the engine 1 and determines whether there is a supercharging request (step S2). As a result, when the ECU 10 determines that supercharging is required (YES in step S2), the electromagnetic clutch 45 is connected, and the air bypass valve 48 (ABV) is adjusted on the closing side to adjust the opening degree. , Supercharging operation is performed (step S3).

図9に、過給運転時における過給システム49を示す。エアバイパス弁48(ABV)は、ほとんど閉じられた状態で保持される。電磁クラッチ45が接続されて、過給機44が駆動されることにより、過給機44の上流側のガスは、過給機44に引き込まれ、加圧された状態で過給機44の下流側に吐出される。加圧によってガスの温度は上昇するが、インタークーラー46によって冷却され、適切な温度に調節された後、サージタンク42に流入する。   FIG. 9 shows a supercharging system 49 at the time of supercharging operation. The air bypass valve 48 (ABV) is held almost closed. When the electromagnetic clutch 45 is connected and the supercharger 44 is driven, the gas on the upstream side of the supercharger 44 is drawn into the supercharger 44 and is pressurized downstream of the supercharger 44. It is discharged to the side. The pressurization raises the temperature of the gas, but after being cooled by the intercooler 46 and adjusted to an appropriate temperature, it flows into the surge tank 42.

燃焼室17に導入するガスの過給圧を調整するため、エアバイパス弁48の開度が調整される。それにより、サージタンク42に流入したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に逆流する。過給状態では、吸気通路40のうち、過給機44の下流側は、過給機44の上流側よりも高い圧力で保持される(静的にも動的にも、第1圧力センサSW3が検出する圧力よりも第2圧力センサSW5が検出する圧力の方が高い)。   In order to adjust the supercharging pressure of the gas introduced into the combustion chamber 17, the opening degree of the air bypass valve 48 is adjusted. As a result, part of the gas flowing into the surge tank 42 flows back to the upstream of the turbocharger 44 through the bypass passage 47. In the supercharging state, the downstream side of the supercharger 44 in the intake passage 40 is held at a higher pressure than the upstream side of the supercharger 44 (statically or dynamically, the first pressure sensor SW3 The pressure detected by the second pressure sensor SW5 is higher than the pressure detected by

ECU10が、過給要求がないと判断した場合には(ステップS2でNO)、電磁クラッチ45の接続が遮断され、エアバイパス弁48(ABV)が全開か全開と同等レベルに開度調整されることにより、非過給運転(自然吸気)が実行される(ステップS4)。   If the ECU 10 determines that there is no supercharging request (NO in step S2), the connection of the electromagnetic clutch 45 is shut off, and the air bypass valve 48 (ABV) is adjusted to the same level as full opening full opening. Thus, the non-supercharging operation (natural intake) is performed (step S4).

図10に、非過給運転時における過給システム49を示す。エアバイパス弁48は全開又は全開と同等のレベルの開度に調整される。過給機44は、電磁クラッチ45の接続が遮断されているので、作動(回転)はしない。吸気通路40における過給機44の上流側を流れるガスは、過給機44及びインタークーラー46を迂回し、バイパス通路47を通ってサージタンク42に流入する。バイパス通路47は、吸気通路40における過給機44の上流側及び下流側の双方に連通した状態となっているので、ガスは抵抗を受けることなくバイパス通路47を通過する。非過給状態では、吸気通路40における過給機44の上流側及び下流側のいずれも、静的には同じ圧力に保持される(第1圧力センサSW3が検出する圧力と、第2圧力センサSW5が検出する圧力とがほぼ同じ)。   FIG. 10 shows a supercharging system 49 at the time of non-supercharging operation. The air bypass valve 48 is adjusted to an opening degree at a level equivalent to full opening or full opening. The supercharger 44 does not operate (rotate) because the connection of the electromagnetic clutch 45 is cut off. Gas flowing upstream of the turbocharger 44 in the intake passage 40 bypasses the turbocharger 44 and the intercooler 46 and flows into the surge tank 42 through the bypass passage 47. Since the bypass passage 47 is in communication with both the upstream and downstream sides of the turbocharger 44 in the intake passage 40, the gas passes through the bypass passage 47 without resistance. In the non-supercharged state, both the upstream side and the downstream side of the turbocharger 44 in the intake passage 40 are statically held at the same pressure (the pressure detected by the first pressure sensor SW3, and the second pressure sensor Almost the same as the pressure detected by SW5).

(非過給運転時における外気温の影響)
過給運転時には、インタークーラー46によって燃焼室17に導入されるガスの温度が調整されるが、非過給運転時には、ガスは直接燃焼室に導入されるため、ガスの温度は、外気温(外気の温度)に依存する。従って、外気温が過度に高くなった場合、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し、適切な燃焼が実現できなくなる恐れがある。
(The influence of outside temperature during non-supercharged operation)
During the supercharging operation, the intercooler 46 regulates the temperature of the gas introduced into the combustion chamber 17. However, during the non-supercharging operation, the gas is directly introduced into the combustion chamber, so the temperature of the gas Depends on the temperature of Therefore, if the outside air temperature becomes excessively high, the temperature of the combustion chamber may deviate from the appropriate range, and appropriate combustion may not be realized.

特に、このエンジン1では、非過給運転が行われる低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2の所定領域では、SPCCI燃焼が行われるので、燃焼室の温度を適正な範囲に維持する必要がある。詳しくは、圧縮端温度が高くな過ぎると、CI燃焼が開始するタイミングが早まるなど、SI燃焼によるCI燃焼の制御が不安定になり、過早着火などの不具合を招く恐れがある。   In particular, in this engine 1, SPCCI combustion is performed in a predetermined range of low load range (1) -1 and medium load range (1) -2 in which non-supercharging operation is performed, so the temperature of the combustion chamber is appropriate. Should be kept in range. Specifically, if the compression end temperature is too high, control of the CI combustion by SI combustion becomes unstable, such as the timing of starting the CI combustion becoming earlier, which may lead to problems such as premature ignition.

そこで、このエンジン1では、そのような所定領域においても、外気温の影響を抑制し、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できるよう、予回転制御及び強制回転制御が実行できるように構成されている。   Therefore, the engine 1 is configured to be able to execute prerotation control and forced rotation control so that the influence of the outside air temperature can be suppressed and the temperature of the combustion chamber can be maintained in an appropriate range even in such a predetermined region. ing.

具体的には、自然吸気によって燃焼室の温度を適正な範囲に維持できる場合には、そのままの状態で非過給運転が行われる。対して、外気温が高くなり、自然吸気によっては、燃焼室17に導入される吸気の温度(吸気温度)が高くなり、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる場合(外気温が所定の第1温度TS1以上であるとき)には、予回転制御又は強制回転制御が実行され、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できるよう、吸気の冷却が実行される。   Specifically, when the temperature of the combustion chamber can be maintained in an appropriate range by natural intake, the non-supercharging operation is performed as it is. On the other hand, when the outside air temperature becomes high and the temperature (intake air temperature) of the intake air introduced into the combustion chamber 17 becomes high depending on natural intake and the temperature of the combustion chamber can not be maintained in an appropriate range (the outside air temperature is predetermined Pre-rotation control or forced rotation control is executed, and cooling of the intake air is performed so that the temperature of the combustion chamber can be maintained in an appropriate range.

(予回転制御)
図11に、予回転制御時における過給システム49を示す。予回転制御の実行時には、ECU10は、非過給の状態で過給機44がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、過給機44の非駆動を維持した状態でエアバイパス弁48を閉じるように制御する。
(Pre-rotation control)
FIG. 11 shows the supercharging system 49 at the time of prerotation control. At the time of execution of prerotation control, the ECU 10 maintains the air bypass valve 48 in a non-supercharged state so that the supercharger 44 is not driven so that the supercharger 44 is operated by the pressure difference between the upstream and downstream thereof. Control to close.

エアバイパス弁48を略全開の状態から閉じ側に制御することで、バイパス通路47の流路断面積が小さくなって、バイパス通路47の流路抵抗が増加する。その結果、過給機44の上流と下流とで圧力差が発生し、その差圧に基づいて過給機44が回転、詳しくは過給機44のロータが回転する(予回転)。いったん過給機44が予回転し始めれば、慣性力が作用するため、その後は、比較的弱い差圧であっても安定して過給機44を予回転させることができる。   By controlling the air bypass valve 48 from the substantially full open state to the closing side, the flow passage cross-sectional area of the bypass passage 47 is reduced, and the flow passage resistance of the bypass passage 47 is increased. As a result, a pressure difference occurs between the upstream and the downstream of the turbocharger 44, and the turbocharger 44 rotates, more specifically, the rotor of the turbocharger 44 rotates (pre-rotation) based on the pressure difference. Once the supercharger 44 starts pre-rotation, since the inertial force acts, the super-charger 44 can be pre-rotated stably even with a relatively weak differential pressure thereafter.

過給機44が予回転することで、吸気通路40における過給機44の上流側を流れるガスの一部は、図11に破線で示すように、過給機44に引き込まれる。過給機44に引き込まれたガスは、インタークーラー46を通過してサージタンク42へ流入する。インタークーラー46を通過することでガスは冷却される。一方、バイパス通路47を通過するガスは冷却されない。インタークーラー46を通過するガスの流量に応じて燃焼室17に導入されるガスが冷却される。   The pre-rotation of the supercharger 44 causes a portion of the gas flowing on the upstream side of the supercharger 44 in the intake passage 40 to be drawn into the supercharger 44 as indicated by a broken line in FIG. The gas drawn into the turbocharger 44 passes through the intercooler 46 and flows into the surge tank 42. The gas is cooled by passing through the intercooler 46. On the other hand, the gas passing through the bypass passage 47 is not cooled. The gas introduced into the combustion chamber 17 is cooled according to the flow rate of the gas passing through the intercooler 46.

図12に、バイパス通路47を通過するガスの流量に対するインタークーラー46を通過するガスの流量の割合(以下、単に「流量割合」という)と、サージタンク42内のガス温度との関係を示す。同図に示す領域S1は、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できる、サージタンク42におけるガス温(以下、「サージタンク内温度」という)の領域である。   FIG. 12 shows the relationship between the ratio of the flow rate of gas passing through the intercooler 46 to the flow rate of gas passing through the bypass passage 47 (hereinafter simply referred to as “flow rate ratio”) and the gas temperature in the surge tank 42. An area S1 shown in the figure is an area of the gas temperature (hereinafter referred to as "in-surge tank temperature") in the surge tank 42 capable of maintaining the temperature of the combustion chamber in an appropriate range.

同図において、複数の三角印を含む実線で示すように、サージタンク内温度は、流量割合が大きくなるにしたがって減少するようになる。サージタンク内温度は、燃焼室17に導入されるガス温と実質的に等しい。すなわち、流量割合を介してサージタンク内温度を調整すれば、燃焼室17に導入されるガス温を所定の適切な範囲内に収めることが可能となる。   In the same figure, as indicated by a solid line including a plurality of triangular marks, the temperature in the surge tank is reduced as the flow rate ratio increases. The temperature in the surge tank is substantially equal to the temperature of the gas introduced into the combustion chamber 17. That is, if the temperature in the surge tank is adjusted through the flow rate ratio, the temperature of the gas introduced into the combustion chamber 17 can be kept within a predetermined appropriate range.

流量割合を調整してサージタンク内温度を適切な範囲内に収めるために、エアバイパス弁48は、外気温が高いときには、低いときよりも閉じ側に調整される。この構成例では、ECU10は、制御マップに基づいて、外気温が高くなるに従い、全開状態から全閉状態に向かって、徐々に閉じるようにエアバイパス弁48を制御する。   In order to adjust the flow rate ratio to bring the temperature in the surge tank into an appropriate range, the air bypass valve 48 is adjusted to the closing side when the outside air temperature is high than when it is low. In this configuration example, the ECU 10 controls the air bypass valve 48 so as to gradually close from the fully open state to the fully closed state as the outside air temperature rises, based on the control map.

具体的に、ECU10は、第1吸気温度センサSW2に基づいて外気温を取得し、第3吸気温度センサSW17に基づいてサージタンク内温度を取得する。サージタンク内温度は、負荷、エンジン回転数など、エンジン1の運転状態を示す種々のパラメータと、外気温とに基づいて、間接的にサージタンク内温度を決定してもよい。   Specifically, the ECU 10 acquires the outside air temperature based on the first intake air temperature sensor SW2, and acquires the temperature in the surge tank based on the third intake air temperature sensor SW17. The temperature in the surge tank may be indirectly determined based on the load, engine rotation speed, and various parameters indicating the operating state of the engine 1 and the outside air temperature.

ECU10には、サージタンク内温度と絞り量を関連付ける制御マップが予め記憶されている。ECU10は、その制御マップに基づいて、サージタンク内温度が適正範囲S1に収まるように、サージタンク内温度に対応するエアバイパス弁48の開度を決定して調整する。   The ECU 10 stores in advance a control map that relates the temperature in the surge tank and the throttle amount. The ECU 10 determines and adjusts the opening degree of the air bypass valve 48 corresponding to the temperature in the surge tank so that the temperature in the surge tank falls within the appropriate range S1 based on the control map.

エアバイパス弁48が閉じ側に調整されるほど、バイパス通路47の流路抵抗は増加する。それにより、過給機44の上流側と下流側との間の差圧が大きくなり、過給機44の予回転が促進され、インタークーラー46を通過するガス量が増大し、流量割合もまた増大する。そうすることにより、サージタンク内温度が適正範囲S1に収まるように調整される。予回転制御の実行時には、第1圧力センサSW3が検出する圧力及び第2圧力センサSW5が検出する圧力(動的圧力)は、エアバイパス弁48の開度に応じて変化する。但し、通常の非過給運転(自然吸気)の状態よりもその圧力差は大きく、過給運転の状態よりもその圧力差は小さい傾向にある。   As the air bypass valve 48 is adjusted to the closing side, the flow passage resistance of the bypass passage 47 increases. As a result, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the turbocharger 44 increases, pre-rotation of the turbocharger 44 is promoted, the amount of gas passing through the intercooler 46 increases, and the flow rate ratio also increases. Do. By doing so, the temperature in the surge tank is adjusted to fall within the appropriate range S1. When the pre-rotation control is performed, the pressure detected by the first pressure sensor SW3 and the pressure (dynamic pressure) detected by the second pressure sensor SW5 change according to the opening degree of the air bypass valve 48. However, the pressure difference tends to be larger than that in the normal non-supercharged operation (natural intake) and smaller than that in the supercharged operation.

尚、予回転制御の実行時には、スロットル弁43の開度は、全開又は全開と同等の開度に調整される。すなわち、スロットル弁43の開度を絞ると、過給機44を予回転させようとしたときにポンプ損失が増大する虞がある。スロットル弁43の開度を最大にすることで、ポンプ損失の増大を回避できる。強制回転制御の実行時も同様であり、強制回転制御の実行時には、スロットル弁43の開度は、全開又は全開と同等の開度に調整される。   In addition, at the time of execution of prerotation control, the opening degree of the throttle valve 43 is adjusted to an opening degree equivalent to full opening or full opening. That is, when the opening degree of the throttle valve 43 is narrowed, there is a possibility that the pump loss may increase when the supercharger 44 is pre-rotated. By maximizing the opening degree of the throttle valve 43, an increase in pump loss can be avoided. The same applies to the execution of the forced rotation control. When the forced rotation control is performed, the opening degree of the throttle valve 43 is adjusted to the full opening or the opening equivalent to the full opening.

(強制回転制御)
外気温が更に高くなると、図12に仮想線で示すように、サージタンク内温度が上昇し、予回転制御による冷却では、サージタンク内温度を適正範囲S1に収めることが困難になる場合がある。そのような場合に、このエンジン1では、強制回転制御が行われるように構成されている。
(Forced rotation control)
When the outside air temperature is further increased, as indicated by a virtual line in FIG. 12, the temperature in the surge tank may increase, and it may be difficult to keep the temperature in the surge tank within the appropriate range S1 in the cooling by prerotation control. . In such a case, the engine 1 is configured to perform forced rotation control.

具体的には、外気温が、自然吸気では燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる第1温度TS1以上であるときには予回転制御が行われ、予回転制御によっても燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる所定の第2温度TS2を超える場合に強制回転制御が行われる(第2温度TS2>第1温度TS1)。   Specifically, when the outside air temperature is equal to or higher than the first temperature TS1 at which the temperature of the combustion chamber can not be maintained in an appropriate range by natural intake, prerotation control is performed, and the temperature of the combustion chamber is also properly adjusted by prerotation control. If the predetermined second temperature TS2 which can not be maintained in the predetermined range is exceeded, forced rotation control is performed (second temperature TS2> first temperature TS1).

図13に、強制回転制御時における過給システム49を示す。強制回転制御時には、吸気通路40を流れるガスがバイパス通路47を通じて循環するよう、エアバイパス弁48を開いた非過給の状態で、過給機44が強制的に駆動される。   FIG. 13 shows the supercharging system 49 at the time of forced rotation control. At the time of forced rotation control, the supercharger 44 is forcibly driven in a non-supercharged state in which the air bypass valve 48 is opened so that the gas flowing through the intake passage 40 circulates through the bypass passage 47.

具体的には、エアバイパス弁48は全開又は全開と同等のレベルの開度に調整される。その状態で、過給機44は、電磁クラッチ45が接続されて駆動される。それにより、吸気通路40における過給機44の上流側を流れるガスは、過給機44に引き込まれる。過給機44に引き込またガスは、インタークーラー46を通って冷却された後、サージタンク42に流入する。   Specifically, the air bypass valve 48 is adjusted to an opening degree at the same level as full opening or full opening. In that state, the supercharger 44 is driven with the electromagnetic clutch 45 connected. As a result, the gas flowing upstream of the turbocharger 44 in the intake passage 40 is drawn into the turbocharger 44. The gas drawn into the turbocharger 44 is cooled through the intercooler 46 and then flows into the surge tank 42.

バイパス通路47は、吸気通路40における過給機44の上流側及び下流側の双方に連通した状態となっているので(静的には同圧状態)、燃焼室17に導入される分以外のガスは、抵抗を受けることなくバイパス通路47を逆流し、吸気通路40における過給機44の上流側へと戻る。吸気通路40における過給機44の上流側へと戻ったガスは、再度、過給機44に引き込まれる。   Since the bypass passage 47 is in communication with both the upstream side and the downstream side of the turbocharger 44 in the intake passage 40 (statically, the same pressure state), the part other than the part introduced into the combustion chamber 17 The gas flows backward in the bypass passage 47 without resistance and returns to the upstream side of the turbocharger 44 in the intake passage 40. The gas returned to the upstream side of the turbocharger 44 in the intake passage 40 is drawn into the turbocharger 44 again.

すなわち、過給システム49において、過給機44、インタークーラー46、サージタンク42、及びバイパス通路47を経由して、吸気通路40を流れるガスが繰り返し循環するようになる。循環する過程でインタークーラー46を繰り返し通過することから、燃焼室17に導入するガスを効果的に冷却することができる。予回転制御の場合、インタークーラー46を通過するのは1回であるため、強制回転制御は、予回転制御よりも冷却性能の面では優れている。   That is, in the supercharging system 49, the gas flowing through the intake passage 40 is circulated repeatedly through the supercharger 44, the intercooler 46, the surge tank 42, and the bypass passage 47. Since the gas passes through the intercooler 46 repeatedly in the circulating process, the gas introduced into the combustion chamber 17 can be effectively cooled. In the case of pre-rotation control, forced rotation control is superior to pre-rotation control in terms of cooling performance because it passes through the intercooler 46 once.

従って、外気温が過度に高くなり、予回転制御では吸気温度を適正に保持することが困難になった場合でも、強制回転制御を行うことで、吸気温度を適正に保持することができる。強制回転制御によれば、自然吸気を行う場合に比べて、エアバイパス弁48の開度調整により、燃焼室17に導入する吸気量も精度高く調整できるようになる。その結果、外気温が過度に高くなる場合であっても、燃焼室17の温度を適正な範囲に保持することができ、安定したSPCCI燃焼が実現できる。   Therefore, even if it is difficult to properly maintain the intake air temperature in the preliminary rotation control due to the outside air temperature becoming excessively high, the intake air temperature can be properly maintained by performing the forced rotation control. According to the forced rotation control, it is possible to adjust the amount of intake air introduced into the combustion chamber 17 with high accuracy by adjusting the opening degree of the air bypass valve 48 as compared to the case where natural intake is performed. As a result, even when the outside air temperature becomes excessively high, the temperature of the combustion chamber 17 can be maintained in an appropriate range, and stable SPCCI combustion can be realized.

強制回転制御の実行時には、第1圧力センサSW3が検出する圧力及び第2圧力センサSW5が検出する圧力は、静的には同圧であるが、動的には過給機44の駆動状態等に応じて変化する。但し、通常の非過給運転(自然吸気)の状態よりもその圧力差は大きく、過給運転の状態よりもその圧力差は小さい傾向にある。   When forced rotation control is performed, the pressure detected by the first pressure sensor SW3 and the pressure detected by the second pressure sensor SW5 are statically the same pressure, but the driving state of the turbocharger 44 is dynamically It changes according to. However, the pressure difference tends to be larger than that in the normal non-supercharged operation (natural intake) and smaller than that in the supercharged operation.

これら予回転制御及び強制回転制御は、低負荷領域(1)−1及び中負荷領域(1)−2に亘る所定領域で行われるが、これら制御を実行する基準となる第1温度TS1及び第2温度TS2は、低負荷領域(1)−1に位置する領域(低負荷側領域)よりも、中負荷領域(1)−2に位置する領域(高負荷側領域)の方が低い値となっている。   The prerotation control and the forced rotation control are performed in predetermined regions across the low load region (1) -1 and the middle load region (1) -2, and the first temperature TS1 and 2) The temperature TS2 is lower in the area (high load side area) located in the medium load area (1) -2 than in the low load area (1) -1 area (low load side area) It has become.

すなわち、低負荷側領域では、燃焼開始前の混合気は、燃料濃度の薄いリーンな状態とされる。対して、高負荷側領域では、燃焼開始前の混合気は、燃料濃度の濃いリッチな状態とされる。従って、高負荷側領域は、低負荷側領域よりも燃焼温度が高くなるため、圧縮端温度は低負荷側領域よりも高くなり易い。そのため、外気温が高いときには、高負荷側領域は低負荷側領域よりも、燃焼室17の温度が適正な範囲を逸脱し易い。   That is, in the low load side region, the mixture before the start of combustion is in a lean state where the fuel concentration is thin. On the other hand, in the high load side region, the mixture before the start of combustion is in a rich rich state of the fuel concentration. Therefore, since the combustion temperature is higher in the high load side area than in the low load side area, the compression end temperature tends to be higher than in the low load side area. Therefore, when the outside air temperature is high, the temperature of the combustion chamber 17 is more likely to deviate from the appropriate range than the low load side area in the high load side area.

従って、これら予回転制御及び強制回転制御を行う基準となる第1温度TS1及び第2温度TS2を、低負荷側領域よりも高負荷側領域を低い値とすることで、燃焼室17の温度が適正な範囲を逸脱するのを、より確実に回避できる。   Therefore, the temperature of the combustion chamber 17 can be reduced by setting the first temperature TS1 and the second temperature TS2 serving as the reference for performing the prerotation control and the forced rotation control to a low value on the high load side compared to the low load side. Deviation from the appropriate range can be avoided more reliably.

特に高負荷側領域では、予回転制御よりも強制回転制御を積極的に行うのが好ましい。低負荷領域及び高負荷側領域は、いずれも非過給運転の領域であり、燃焼室17に導入される吸気量は比較的少ない。それに対し、高負荷側領域は、低負荷領域よりも負荷が大きいため、出力される動力は低負荷側領域よりも大きい。従って、出力される動力が大きい分、高負荷側領域では、過給機44を駆動することによって増加する駆動負荷の影響が低負荷領域に比べて小さくなる。駆動負荷の影響が小さくなる分、高負荷側領域では、過給機44の駆動力を高めて、より吸気の循環量を増やすことができるので、強制回転制御の実行により、インタークーラー46による吸気の冷却を促進できる。吸気温度を、より安定して適正に保持することができる。   In particular, in the high load side region, it is preferable to perform forced rotation control more positively than pre-rotation control. The low load region and the high load region are both regions of non-supercharging operation, and the amount of intake air introduced into the combustion chamber 17 is relatively small. On the other hand, in the high load side area, since the load is larger than the low load area, the output power is larger than the low load side area. Therefore, as the output power is large, in the high load side area, the influence of the driving load which is increased by driving the supercharger 44 becomes smaller than that in the low load area. Since the drive power of the supercharger 44 can be increased and the circulation amount of intake air can be further increased in the high load side area as the influence of the drive load becomes smaller, execution of forced rotation control causes the intake of the intercooler 46 to be performed. Cooling can be promoted. The intake air temperature can be more stably and properly maintained.

(エンジンの温度の影響)
前述したように、過給システム49を含む吸気通路40は、ユニット化された状態で、燃焼によって高温になるエンジン本体100の外面に密着するようにして、エンジン本体100に組み込まれている。
(Effect of engine temperature)
As described above, the intake passage 40 including the supercharging system 49 is incorporated in the engine body 100 so as to be in close contact with the outer surface of the engine body 100 which is heated by combustion in a unitized state.

そのため、吸気通路40及びバイパス通路47を通過するガスは、これらを通過する間に、エンジン本体100が発する熱を受熱する。エンジン本体100の温度が高くなると、吸気通路40及びバイパス通路47を経由してガスが繰り返し循環する強制回転制御の場合、ガスがエンジンから受熱する熱量が大幅に増加する。その結果、強制回転制御は、冷却能力が優れていても、エンジン本体100からの受熱量の増加によって、実質的な冷却能力が低下する場合がある。エンジンからの受熱量が、強制回転制御による冷却能力を超えてしまい、逆効果を招く恐れもある。   Therefore, the gas passing through the intake passage 40 and the bypass passage 47 receives heat generated by the engine body 100 while passing through them. When the temperature of the engine body 100 rises, in the case of forced rotation control in which the gas is repeatedly circulated via the intake passage 40 and the bypass passage 47, the amount of heat received by the gas from the engine significantly increases. As a result, in the forced rotation control, even if the cooling capacity is excellent, an increase in the amount of heat received from the engine body 100 may reduce the substantial cooling capacity. The amount of heat received from the engine may exceed the cooling capacity by forced rotation control, which may cause an adverse effect.

対して、予回転制御では、インタークーラー46で冷却されたガスは、直接燃焼室17に導入される。そのため、エンジン本体100の温度が高くなっても、強制回転制御に比べるとその影響は少なく、高い冷却性能を発揮することができる。   In contrast, in the prerotation control, the gas cooled by the intercooler 46 is directly introduced into the combustion chamber 17. Therefore, even if the temperature of the engine main body 100 becomes high, its influence is small compared to the forced rotation control, and high cooling performance can be exhibited.

そこで、このエンジン1では、予回転制御と強制回転制御とが、エンジン本体100の温度に応じて切り替えられるように構成されている。   Therefore, in the engine 1, pre-rotation control and forced rotation control are configured to be switched according to the temperature of the engine body 100.

具体的には、エンジン本体100の温度が所定の基準温度Te以上の場合に予回転制御が行われ、エンジン本体100の温度が基準温度Te未満の場合に強制回転制御が行われる。基準温度Teは、例えば、90℃以上の温度であり、ECU10に予め設定されている。基準温度Teは、それ以上になると、強制回転制御を行っても適切な冷却が行えず、冷却能力が予回転制御と同等かそれ以下となるような温度である。ECU10は、例えば水温センサSW10が検出する、メイン回路71Aを流れる冷却水の温度からエンジン本体100の温度を取得する。   Specifically, prerotation control is performed when the temperature of the engine body 100 is equal to or higher than a predetermined reference temperature Te, and forced rotation control is performed when the temperature of the engine body 100 is lower than the reference temperature Te. The reference temperature Te is, for example, a temperature of 90 ° C. or more, and is set in advance in the ECU 10. When the reference temperature Te becomes higher than that, even if forced rotation control is performed, appropriate cooling can not be performed, and the temperature is such that the cooling capacity becomes equal to or less than the pre-rotation control. The ECU 10 obtains the temperature of the engine body 100 from the temperature of the cooling water flowing through the main circuit 71A, which is detected by, for example, the water temperature sensor SW10.

このように、このエンジン1では、エンジン本体100の温度に応じて、冷却能力が適切に発揮できる制御に切り替えられるので、吸気の冷却が効率的に行える。その結果、エンジン本体100の温度による影響を抑制した状態で、燃焼時における燃焼室17を適切な温度に調整することができる。   As described above, according to the temperature of the engine main body 100, in the engine 1, the control can be switched to the control that can appropriately exhibit the cooling capacity, so the intake can be cooled efficiently. As a result, it is possible to adjust the temperature of the combustion chamber 17 at the time of combustion to an appropriate temperature while suppressing the influence of the temperature of the engine body 100.

(非過給運転時における吸気の冷却制御)
図14に、非過給運転時における吸気の冷却制御の流れの一例を示す。非過給運転が実行されている間、ECU10は、第1吸気温度センサSW2から入力される検知信号に基づいて外気温を取得しており、外気温が第1温度TS1以上か否かを、連続的に判断している(ステップS11)。
(Intake cooling control during non-supercharged operation)
FIG. 14 shows an example of the flow of cooling control of intake air during non-supercharging operation. While the non-supercharging operation is being performed, the ECU 10 acquires the outside air temperature based on the detection signal input from the first intake air temperature sensor SW2, and determines whether the outside air temperature is equal to or higher than the first temperature TS1. It is continuously determined (step S11).

それにより、ECU10は、外気温が第1温度TS1以上でないと判断した場合には(ステップS11でNO)、通常通りの非過給運転を継続して実施する(ステップS12)。   Thus, when the ECU 10 determines that the outside air temperature is not higher than the first temperature TS1 (NO in step S11), the ECU 10 continues and carries out the normal non-supercharging operation (step S12).

対して、ECU10は、外気温が第1温度TS1以上であると判断した場合には(ステップS11でYES)、予回転制御を実行する(ステップS13)。具体的には、電磁クラッチ45は遮断され、過給機44に機械的動力が作用しない非駆動を維持した状態で、エアバイパス弁48を閉じるように制御する。   In contrast, when it is determined that the outside air temperature is equal to or higher than the first temperature TS1 (YES in step S11), the ECU 10 executes prerotation control (step S13). Specifically, the electromagnetic clutch 45 is shut off, and the air bypass valve 48 is controlled to close in a non-driven state where mechanical power does not act on the turbocharger 44.

ECU10は、更に、外気温が第2温度TS2以上か否かについても、連続的に判断している(ステップS14)。ECU10は、外気温が第2温度TS2以上でないと判断した場合には(ステップS14でNO)、予回転制御を継続して実施する。予回転制御の継続中に、ECU10は、外気温が第1温度TS1以上でないと判断した場合には(ステップS11でNO)、通常通りの非過給運転に復帰する(ステップS12)。   The ECU 10 also continuously determines whether the outside air temperature is equal to or higher than the second temperature TS2 (step S14). When the ECU 10 determines that the outside air temperature is not the second temperature TS2 or more (NO in step S14), the ECU 10 continues the preliminary rotation control. If the ECU 10 determines that the outside air temperature is not higher than the first temperature TS1 while continuing the preliminary rotation control (NO in step S11), the ECU 10 returns to the normal non-supercharging operation (step S12).

対して、外気温が更に高くなり、ECU10が、外気温が第2温度TS2以上であると判断した場合には(ステップS14でYES)、強制回転制御による吸気の冷却が実行される。   On the other hand, when the outside air temperature further rises and the ECU 10 determines that the outside air temperature is equal to or higher than the second temperature TS2 (YES in step S14), cooling of the intake air by forced rotation control is performed.

このとき、ECU10は、水温センサSW10から入力される検知信号に基づいて間接的にエンジン本体100の温度を取得しており、エンジン本体100の温度が基準温度Te以上か否かを、連続的に判断している(ステップS15)。   At this time, the ECU 10 indirectly acquires the temperature of the engine body 100 based on the detection signal input from the water temperature sensor SW 10, and continuously determines whether the temperature of the engine body 100 is equal to or higher than the reference temperature Te. It is determined (step S15).

そして、ECU10が、エンジン本体100の温度が基準温度Te以上であると判断した場合には(ステップS15でYES)、強制回転制御では適正な冷却が行えず、予回転制御の方が冷却性能が優れるので、予回転制御を継続する。予回転制御であれば、強制回転制御よりも駆動抵抗が小さいため、燃費性能の面でも有利である。   Then, when the ECU 10 determines that the temperature of the engine body 100 is equal to or higher than the reference temperature Te (YES in step S15), the proper rotation control can not be performed in the forced rotation control, and the pre-rotation control has more cooling performance. Continue pre-rotation control because it is excellent. If it is prerotation control, since driving resistance is smaller than forced rotation control, it is advantageous also in terms of fuel consumption performance.

一方、ECU10が、エンジン本体100の温度が基準温度Te以上でないと判断した場合には(ステップS15でNO)、強制回転制御を実行する(ステップS16)。強制回転制御であれば、吸気を効果的に冷却できるので、短時間で吸気温度を適正な状態に復帰させることができ、燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整できるようになる。   On the other hand, when the ECU 10 determines that the temperature of the engine body 100 is not higher than the reference temperature Te (NO in step S15), forced rotation control is executed (step S16). In the case of forced rotation control, since the intake air can be effectively cooled, the intake air temperature can be returned to an appropriate state in a short time, and the temperature in the combustion chamber at the time of combustion can be appropriately adjusted.

そうして、ECU10は、外気温が第1温度TS1以上でないと判断した場合には(ステップS11でNO)、通常通りの非過給運転に戻る(ステップS12)。   Then, when the ECU 10 determines that the outside air temperature is not higher than the first temperature TS1 (NO in step S11), the ECU 10 returns to the normal non-supercharging operation (step S12).

<エンジン1の応用例>
予回転制御と強制回転制御との切り替えは、運転者の加速要求操作に応じて行ってもよい。
<Application Example of Engine 1>
The switching between the prerotation control and the forced rotation control may be performed according to the driver's request for acceleration.

具体的には、前述した所定領域において、外気温が第1温度TS1以上であるときには、まず予回転制御が行われ、運転者の加速要求操作が行われた場合に、強制回転制御が行われるように構成する。   Specifically, in the predetermined region described above, when the outside temperature is equal to or higher than the first temperature TS1, the preliminary rotation control is performed first, and the forced rotation control is performed when the driver's acceleration request operation is performed. Configure as.

強制回転制御が行われる時には、過給機44は非駆動から駆動に切り替えられる。その切り替え時に衝撃が発生し、その衝撃が運転者に伝わると、運転者が操作を行っていない場合などに、運転者が違和感を感じる恐れがある。それに対し、この構成では、所定領域において外気温が第1温度TS1以上であるときには、過給機44が非駆動の状態で吸気を冷却できる予回転制御が行われ、運転者の加速要求操作が行われた場合に強制回転制御が行われる。   When forced rotation control is performed, the turbocharger 44 is switched from non-drive to drive. When an impact occurs at the time of the switching, and the impact is transmitted to the driver, the driver may feel discomfort when the driver does not perform the operation. On the other hand, in this configuration, when the outside temperature is equal to or higher than the first temperature TS1 in the predetermined region, prerotation control that cools the intake air in the non-driving state of the turbocharger 44 is performed, and the driver's acceleration request operation is Forced rotation control is performed when it is performed.

予回転制御であれば、過給機44を非駆動の状態に維持できるので、運転者に違和感を感じさせることなく、吸気を冷却することができる。そして、運転者が、アクセルの踏み込み等、加速要求操作を行った場合には、強制回転制御を実行する。加速要求操作を行っていれば、過給機44の切り替えによる衝撃が加わっても、運転者はその操作による衝撃と認識するため、運転者が違和感を感じるのを回避できる。   In the case of the prerotation control, the supercharger 44 can be maintained in the non-driven state, so that the intake air can be cooled without making the driver feel discomfort. Then, when the driver performs an acceleration request operation such as stepping on the accelerator, the forced rotation control is executed. If the acceleration request operation is performed, even if an impact is generated by switching the turbocharger 44, the driver recognizes that the impact is due to the operation, so that the driver can be prevented from feeling discomfort.

図15に、この応用例に基づく吸気の冷却制御の流れの一例を示す。基本的な流れは、図14の流れと同じであるため、同じ構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。   FIG. 15 shows an example of the flow of intake air cooling control based on this application example. The basic flow is the same as the flow of FIG. 14, so the same reference numerals are used for the same components, and the description thereof is omitted.

ECU10は、予回転制御が実施されている間、例えば、アクセル開度センサSW12から入力される検知信号などから、運転者から加速要求があったか否かを連続的に判断している(ステップS20)。   The ECU 10 continuously determines whether or not the driver has made an acceleration request, for example, from a detection signal input from the accelerator opening sensor SW12 while the prerotation control is being performed (step S20). .

そして、ECU10は、運転者から加速要求がない場合には(ステップS20でNO)、予回転制御を継続して実施する。   Then, when there is no acceleration request from the driver (NO in step S20), the ECU 10 continues and executes the prerotation control.

対して、運転者から加速要求があった場合には(ステップS20でYES)、強制回転制御による吸気の冷却が実行され、エンジン本体100の温度が基準温度Te以上でない限り、強制回転制御が実施される(ステップS16)。   On the other hand, when the driver requests acceleration (YES in step S20), cooling of intake air is performed by forced rotation control, and forced rotation control is performed unless the temperature of engine body 100 is equal to or higher than reference temperature Te. (Step S16).

強制回転制御の実施により、過給機44が非駆動から駆動に切り替えられて衝撃が発生しても、運転者は、自身が行った加速要求操作による衝撃と認識するため、運転者が違和感を感じるのを回避できる。そして、強制回転制御であれば、吸気を効果的に冷却できるので、短時間で吸気温度を適正な状態に復帰させることができ、燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整できるようになる。   Even if the supercharger 44 is switched from non-drive to drive by the execution of forced rotation control and an impact occurs, the driver recognizes that it is an impact due to the acceleration request operation performed by the driver. You can avoid feeling. And, in the case of the forced rotation control, since the intake air can be effectively cooled, the intake air temperature can be returned to an appropriate state in a short time, and the temperature of the combustion chamber at the time of combustion can be appropriately adjusted.

1 エンジン
3 ピストン
6 インジェクタ(燃料噴射部)
10 ECU(制御部)
17 燃焼室
25 点火プラグ(点火部)
40 吸気通路
44 過給機
45 電磁クラッチ(切替部)
46 インタークーラー
47 バイパス通路
48 エアバイパス弁(流量制御弁)
1 engine 3 piston 6 injector (fuel injection part)
10 ECU (control unit)
17 combustion chamber 25 spark plug (ignition unit)
40 intake passage 44 supercharger 45 electromagnetic clutch (switching unit)
46 Intercooler 47 Bypass passage 48 Air bypass valve (flow control valve)

Claims (6)

エンジンの燃焼室に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配設された過給機と、
前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、
前記吸気通路における前記過給機の下流に配設されたインタークーラーと、
前記吸気通路における前記過給機の上流と前記インタークーラーの下流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、
前記切替部、及び前記流量制御弁に接続されかつ、前記切替部、及び前記流量制御弁に制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部が、非過給の状態で前記吸気通路を流れるガスが前記バイパス通路を通じて循環するよう、前記流量制御弁を開いた状態で前記過給機を駆動する強制回転制御と、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機が非駆動の状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御とを、前記エンジンの温度に応じて切り替えるように構成されており、
前記エンジンの温度が所定の基準温度以上の場合に前記予回転制御が行われ、前記エンジンの温度が前記基準温度未満の場合に前記強制回転制御が行われる、過給機付きエンジン。
An intake passage connected to the combustion chamber of the engine;
A supercharger disposed in the intake passage;
A switching unit that switches between driving and non-driving of the turbocharger;
An intercooler disposed downstream of the supercharger in the intake passage;
A bypass passage connecting the upstream of the turbocharger in the intake passage and the downstream of the intercooler;
A flow control valve disposed in the bypass passage;
A control unit connected to the switching unit and the flow control valve and outputting a control signal to the switching unit and the flow control valve;
Equipped with
Forced rotation control for driving the supercharger in a state in which the flow control valve is opened so that the gas flowing in the intake passage circulates through the bypass passage in a non-supercharged state; Pre-rotation control to control the supercharger to close the flow control valve in the non-driven state so that the supercharger is operated by the pressure difference between the upstream and the downstream in the state of Is configured to switch according to
An engine with a supercharger , wherein the prerotation control is performed when the temperature of the engine is equal to or higher than a predetermined reference temperature, and the forced rotation control is performed when the temperature of the engine is lower than the reference temperature .
請求項1に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記エンジンを冷却する主冷却部と、
前記インタークーラーを冷却する副冷却部と、を更に備え、
前記主冷却部と前記副冷却部とが互いに独立して設けられている、過給機付きエンジン。
In the supercharged engine according to claim 1,
A main cooling unit for cooling the engine;
And a sub-cooling unit configured to cool the intercooler.
An engine with a supercharger, wherein the main cooling unit and the sub cooling unit are provided independently of each other.
請求項1又は請求項2に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記強制回転制御と前記予回転制御との切り替えが、前記燃焼室内の混合気が圧縮自己着火により燃焼する所定領域で行われる、過給機付きエンジン。
In the supercharged engine according to claim 1 or 2,
An engine with a supercharger, wherein switching between the forced rotation control and the pre-rotation control is performed in a predetermined region where air-fuel mixture in the combustion chamber burns by compression self-ignition.
請求項3に記載の過給機付きエンジンにおいて、
外気温を検知して前記制御部に検知信号を出力する温度センサを更に備え、
前記制御部は、前記所定領域において、前記エンジンの温度が前記基準温度未満の場合であって、外気温が所定の第1温度以上であるときに、前記予回転制御を行い、外気温が前記第1温度より高い所定の第2温度を超える場合に、前記強制回転制御を行う、過給機付きエンジン。
In the supercharged engine according to claim 3,
It further comprises a temperature sensor that detects an outside air temperature and outputs a detection signal to the control unit,
The control unit performs the pre-rotation control when the temperature of the engine is lower than the reference temperature and the outside air temperature is equal to or more than a predetermined first temperature in the predetermined area, and the outside air temperature is lower than the outside air temperature. An engine with a supercharger, which performs the forced rotation control when exceeding a predetermined second temperature higher than the first temperature.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上30以下である過給機付きエンジン。
In the supercharged engine according to any one of claims 1 to 4,
The engine is a supercharged engine having a geometric compression ratio of 13 or more and 30 or less.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む過給機付きエンジン。
The supercharged engine according to any one of claims 1 to 5, wherein
The fuel supplied to the combustion chamber is at least a turbocharged engine including gasoline.
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