JP6555539B2 - Control device for compression self-ignition engine - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンを有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a compression self-ignition engine having an engine configured to self-ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber.

本発明に関連する技術が、例えば特許文献1などに開示されている。特許文献1には、燃焼室内の混合気に補助エネルギーを付与して自己着火を促進する圧縮自己着火式エンジンにおいて、上死点での目標筒内温度を設定して、この目標筒内温度が実現されるように吸気通路に設けた吸気加熱装置により筒内温度を制御する技術が開示されている。   A technique related to the present invention is disclosed in Patent Document 1, for example. In Patent Document 1, in a compression self-ignition engine that applies auxiliary energy to an air-fuel mixture in a combustion chamber to promote self-ignition, a target in-cylinder temperature at top dead center is set, and the target in-cylinder temperature is A technique for controlling the in-cylinder temperature with an intake air heating device provided in an intake passage so as to be realized is disclosed.

特開2001−73775号公報JP 2001-73775 A

ところで、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。すなわち、燃焼室内の混合気に強制的に点火させて火炎伝播によるSI燃焼(第1燃焼に相当する)を行うと共に、このSI燃焼の発熱によって燃焼室内の未燃混合気を自己着火させるCI燃焼(第2燃焼に相当する)を行う。SI燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、CI燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。したがって、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、燃焼騒音の発生を抑制しながら、燃費を向上させることができる。この燃焼形態は、SI燃焼がCI燃焼をコントロールするため、以下においては「SI−CI燃焼」と呼ぶ。   By the way, the present inventors have considered a combustion mode combining SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion. In other words, the SI combustion (corresponding to the first combustion) is performed by forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber is self-ignited by the heat generated by the SI combustion. (Corresponding to the second combustion). Since SI combustion has a relatively small pressure fluctuation, it is possible to suppress the generation of combustion noise. Also, by performing CI combustion, the combustion period is shortened and combustion efficiency is improved compared to combustion by flame propagation. Therefore, the combustion mode combining SI combustion and CI combustion can improve fuel efficiency while suppressing the generation of combustion noise. This combustion mode is hereinafter referred to as “SI-CI combustion” because SI combustion controls CI combustion.

さらに、本願発明者らは、SI−CI燃焼に関して、エンジンの1燃焼サイクル中において、SI燃焼及びCI燃焼において発生する全熱量又はCI燃焼において発生する熱量に対してSI燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としての「SI率」を定義し、このSI率をエンジンの運転状態に応じて変更すれば、広い運転領域に亘って、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費を向上させることとを両立することができる点を見出した。   Furthermore, the inventors of the present invention regarding SI-CI combustion, the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated in SI combustion and CI combustion or the amount of heat generated in CI combustion in one combustion cycle of the engine. By defining the “SI rate” as an index related to the engine and changing this SI rate according to the operating state of the engine, it is possible to suppress the generation of combustion noise and improve fuel efficiency over a wide operating range. The point which can be compatible with this was discovered.

ここで、燃焼騒音を抑制するためには、上記のSI率を適切に制御することが望ましい。しかしながら、燃焼騒音抑制の観点のみからSI率を決定すると、CI燃焼における自己着火時期の制御が困難となる。CI燃焼の自己着火時期が所望の時期からずれると、燃費の悪化や燃焼安定性の悪化に繋がってしまう。   Here, in order to suppress combustion noise, it is desirable to appropriately control the SI rate. However, if the SI rate is determined only from the viewpoint of suppressing combustion noise, it becomes difficult to control the self-ignition timing in CI combustion. If the self-ignition timing of CI combustion deviates from a desired timing, it leads to deterioration of fuel consumption and combustion stability.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、SI−CI燃焼を行う圧縮自己着火式エンジンの制御装置において、SI率及び自己着火時期の両方を適切に制御することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and appropriately controls both the SI rate and the self-ignition timing in a control device for a compression self-ignition engine that performs SI-CI combustion. The purpose is to do.

上記の目的を達成するために、本発明は、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンと、エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、エンジンのインジェクタ及び点火プラグと状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、エンジンにおいては、点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、コントローラは、エンジンの運転状態に基づき、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は第2燃焼において発生する熱量に対して第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、第1及び第2制御手段の両方によって、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更第1燃焼及び第2燃焼を実現するためにエンジンの1燃焼サイクル中にインジェクタから噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、点火を行うように点火プラグを制御する、ことを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a combustion chamber for combusting a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition for igniting the mixture in the combustion chamber. And an engine configured to self-ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber, and adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine, A state quantity setting device configured to set the engine to a desired state, and a controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device. A control device for an ignition type engine, wherein in the engine, an air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of a spark plug. The second combustion in which the air-fuel mixture burns by self-ignition due to this flame propagation is performed, and the controller generates the first and second combustion during one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. First control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the total amount of heat to be generated or the amount of heat generated in the second combustion, and the self-ignition timing that is the time when self-ignition occurs And a second control means for controlling the combustion state of both the first and second combustion in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine by both the first and second control means. change, after it has finished ejecting the total fuel to be injected from the injector during one combustion cycle of the engine in order to achieve the first combustion and second combustion, the point to perform ignition Controlling the plug, characterized in that.

このように構成された本発明によれば、コントローラは、SI率を制御する第1制御手段及び第2燃焼の自己着火時期を制御する第2制御手段の両方によって、火炎伝播による第1燃焼及び自己着火による第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更する。これにより、第1及び第2燃焼を合わせた燃焼波形を所望の燃焼波形にすることができる。具体的には、所望のSI率及び自己着火時期を適切に実現することができる。その結果、燃費の改善、燃焼安定性確保及び燃焼騒音抑制などを達成することが可能となる。   According to the present invention configured as described above, the controller includes both the first combustion by flame propagation and the first control means for controlling the SI rate and the second control means for controlling the self-ignition timing of the second combustion. Both combustion states of the second combustion due to self-ignition are changed according to the operating state of the engine. Thereby, the combustion waveform which combined the 1st and 2nd combustion can be made into a desired combustion waveform. Specifically, a desired SI rate and self-ignition timing can be appropriately realized. As a result, it becomes possible to achieve improvements in fuel consumption, combustion stability and combustion noise suppression.

本発明において、好ましくは、コントローラの第1制御手段は、エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、SI率を大きくする制御を行う。
このように構成された本発明では、第1制御手段は、エンジン負荷が低い場合にはSI率を小さくすることで、燃焼期間を短くすることができ、燃費を改善することができる。他方で、第1制御手段は、エンジン負荷が高い場合にはSI率を大きくすることで、第2燃焼による燃焼騒音の発生を抑制することができる。
In the present invention, preferably, the first control means of the controller performs control to increase the SI rate as the engine load as the engine operating state increases.
In the present invention configured as described above, when the engine load is low, the first control unit can shorten the combustion period by reducing the SI rate, thereby improving the fuel consumption. On the other hand, the first control means can suppress the generation of combustion noise due to the second combustion by increasing the SI rate when the engine load is high.

本発明において、好ましくは、コントローラの第2制御手段は、エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、自己着火時期を遅角側に設定する制御を行う。
このように構成された本発明では、第2制御手段は、エンジン負荷が低い場合には、燃焼騒音があまり問題にならないので、自己着火時期を比較的進角側に設定することで、自己着火安定性を確保することができる。他方で、第2制御手段は、エンジン負荷が高い場合には、自己着火時期を遅角側に設定することで、第2燃焼が行われる期間をできるだけ延ばし、燃費を確保することができる。
In the present invention, preferably, the second control means of the controller performs control to set the self-ignition timing to the retard side as the engine load as the engine operating state increases.
In the present invention configured as described above, since the combustion noise is not a serious problem when the engine load is low, the second control means sets the self-ignition timing to a relatively advanced angle side, so that self-ignition is achieved. Stability can be ensured. On the other hand, when the engine load is high, the second control means can set the self-ignition timing to the retard side, thereby extending the period during which the second combustion is performed as much as possible and ensuring fuel consumption.

本発明において、好ましくは、コントローラの第2制御手段は、所定の遅角限界を超えない範囲内において、自己着火時期を遅角側に設定する。
このように構成された本発明によれば、遅角限界によって自己着火時期の遅角を制限するので、第2燃焼の自己着火安定性を確保することができる。
In the present invention, preferably, the second control means of the controller sets the self-ignition timing to the retard side within a range not exceeding the predetermined retard limit.
According to the present invention configured as described above, since the retard of the self-ignition timing is limited by the retard limit, the self-ignition stability of the second combustion can be ensured.

本発明において、好ましくは、コントローラの第1及び第2制御手段は、エンジンの運転状態としてのエンジン負荷によらずに、第1及び第2燃焼を合わせた燃焼における燃焼重心位置をほぼ一定に維持するように、SI率及び自己着火時期を制御する。
このように構成された本発明によれば、第1及び第2燃焼を合わせた燃焼における燃焼重心位置をほぼ一定に維持するので、ドライバからの要求トルクを適切に確保することができる。例えば、燃焼重心位置を圧縮上死点付近(圧縮上死点近傍であって圧縮上死点後のクランク角)に維持すれば、燃費を効果的に改善することができる。
In the present invention, preferably, the first and second control means of the controller maintain the combustion center of gravity position in the combined combustion of the first and second combustion substantially constant irrespective of the engine load as the engine operating state. In order to control the SI rate and the self-ignition timing.
According to the present invention configured as described above, the position of the center of gravity of combustion in the combined combustion of the first and second combustion is maintained substantially constant, so that the required torque from the driver can be appropriately ensured. For example, if the center of gravity of combustion is maintained near the compression top dead center (the crank angle near the compression top dead center and after the compression top dead center), the fuel efficiency can be effectively improved.

本発明において、好ましくは、コントローラの第1制御手段は、点火プラグによる点火時期を制御して、SI率を調整する。
このように構成された本発明によれば、第1燃焼を開始させる点火プラグによる点火時期を調整することで、SI率を適切に制御することができる。典型的な例では、点火時期を進角させることでSI率を大きくすることができ、点火時期を遅角させることでSI率を小さくすることができる。
In the present invention, preferably, the first control means of the controller controls the ignition timing by the spark plug to adjust the SI rate.
According to the present invention configured as described above, the SI rate can be appropriately controlled by adjusting the ignition timing by the spark plug that starts the first combustion. In a typical example, the SI rate can be increased by advancing the ignition timing, and the SI rate can be decreased by retarding the ignition timing.

本発明において、好ましくは、コントローラの第1制御手段は、燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整するよう状態量設定デバイスを制御して、SI率を調整する。
このように構成された本発明によれば、燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整して筒内の状態(例えば筒内温度)を制御することで、SI率を適切に制御することができる。例えば、新気と既燃ガスとの割合を調整して燃焼開始前の筒内温度を上昇させることで、第1燃焼の開始を遅らせることによりSI率を適切に制御することができる。
In the present invention, preferably, the first control means of the controller adjusts the SI rate by controlling the state quantity setting device so as to adjust the ratio of fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber.
According to the present invention configured as described above, the SI ratio is appropriately adjusted by controlling the in-cylinder state (for example, in-cylinder temperature) by adjusting the ratio of fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber. Can be controlled. For example, the SI ratio can be appropriately controlled by delaying the start of the first combustion by adjusting the ratio between the fresh air and the burned gas to increase the in-cylinder temperature before the start of combustion.

本発明において、好ましくは、コントローラは、燃焼室内に略均質な混合気を形成するよう、点火プラグによる点火時期の前で且つ当該点火時期に近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、この後段噴射よりも前で且つ点火時期から離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行するようインジェクタを制御し、第1制御手段は、後段噴射におけるインジェクタからの燃料噴射量を制御して、SI率を調整する。
このように構成された本発明では、基本的には、前段噴射及び後段噴射を含む分割噴射を行う場合、後段噴射によって噴射された燃料は第1燃焼し、前段噴射によって噴射された燃料は主に第2燃焼するので、後段噴射におけるインジェクタからの燃料噴射量を調整することでSI率を適切に制御することができる。
In the present invention, it is preferable that the controller injects fuel before and after the ignition timing by the spark plug so as to form a substantially homogeneous mixture in the combustion chamber, and the latter-stage injection. The first control means controls the fuel injection amount from the injector in the subsequent stage injection to perform the first stage injection for injecting the fuel at a timing before and at a timing away from the ignition timing. Adjust.
In the present invention configured as described above, basically, when performing split injection including pre-injection and post-injection, the fuel injected by the post-injection undergoes the first combustion, and the fuel injected by the pre-injection is the main fuel. In addition, since the second combustion is performed, the SI rate can be appropriately controlled by adjusting the fuel injection amount from the injector in the latter-stage injection.

本発明において、好ましくは、コントローラの第2制御手段は、点火プラグによる点火時期を制御して、自己着火時期を調整する。
このように構成された本発明によれば、点火プラグによる点火時期によって第1燃焼の開始時期を調整することで、この後の第2燃焼の自己着火時期を適切に制御することができる。
In this invention, Preferably, the 2nd control means of a controller controls the ignition timing by a spark plug, and adjusts self-ignition timing.
According to the present invention configured as described above, the subsequent self-ignition timing of the second combustion can be appropriately controlled by adjusting the start timing of the first combustion according to the ignition timing by the spark plug.

本発明において、好ましくは、コントローラは、エンジンの運転状態に応じた目標SI率及び目標自己着火時期を設定し、第1及び第2制御手段の両方によって、これらの目標SI率及び目標自己着火時期が実現されるようにSI率及び自己着火時期を調整する制御を行う。
このように構成された本発明によれば、目標SI率及び目標自己着火時期が実現されるようにSI率及び自己着火時期を調整することで、第1及び第2燃焼を合わせた所望の燃焼波形を適切に実現することができる。
In the present invention, preferably, the controller sets a target SI rate and a target self-ignition timing according to the operating state of the engine, and both the target SI rate and the target self-ignition timing are set by both the first and second control means. Control is performed to adjust the SI rate and the self-ignition timing so that is realized.
According to the present invention configured as described above, desired combustion in which the first and second combustion are combined by adjusting the SI rate and the self-ignition timing so that the target SI rate and the target self-ignition timing are realized. A waveform can be appropriately realized.

本発明において、好ましくは、コントローラは、目標SI率及び目標自己着火時期に応じて設定すべき第1燃焼の開始前の燃焼室内の状態を求め、この状態を実現すべく、燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整するよう状態量設定デバイスを制御し、また、第1燃焼の開始前の実際の燃焼室内の状態を取得して、この状態に基づき、目標自己着火時期が実現されるように点火プラグによる点火時期を制御する。
このように構成された本発明によれば、燃焼開始前に筒内状態を調整する制御を行っておき、燃焼開始前の実際の筒内温度を取得して、当該筒内温度に基づき点火時期を制御することで、目標SI率及び目標自己着火時期を確実に実現することができる。
In the present invention, preferably, the controller obtains the state in the combustion chamber before the start of the first combustion to be set according to the target SI rate and the target self-ignition timing, and introduces the state into the combustion chamber to realize this state. The state quantity setting device is controlled to adjust the ratio between the fresh air and the burned gas, and the actual combustion chamber state before the start of the first combustion is acquired, and based on this state, the target self-ignition timing is obtained. The ignition timing by the spark plug is controlled so that is realized.
According to the present invention configured as described above, the control for adjusting the in-cylinder state is performed before the start of combustion, the actual in-cylinder temperature before the start of combustion is obtained, and the ignition timing is based on the in-cylinder temperature. By controlling this, it is possible to reliably realize the target SI rate and the target self-ignition timing.

他の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンと、エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、エンジンのインジェクタ及び点火プラグと状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、エンジンにおいては、点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、コントローラは、エンジン負荷に基づき、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は第2燃焼において発生する熱量に対して第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を調整する制御と、自己着火が生じる時期である自己着火時期を調整する制御とを行い、エンジンの1燃焼サイクル中において、点火プラグによる点火時期と、インジェクタによる燃料噴射量及び/又は燃料噴射時期と、状態量設定デバイスにより燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合と、のうちの少なくともいずれかを調整して、SI率及び自己着火時期の両方を制御することで、第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更第1燃焼及び第2燃焼を実現するためにエンジンの1燃焼サイクル中にインジェクタから噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、点火を行うように点火プラグを制御する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によっても、第1及び第2燃焼を合わせた燃焼波形を所望の燃焼波形にすることができる、つまり所望のSI率及び自己着火時期を適切に実現することができる。したがって、燃費の改善、燃焼安定性確保及び燃焼騒音抑制などを達成することが可能となる。
In another aspect, in order to achieve the above object, the present invention provides a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and mixing in the combustion chamber. An engine having at least a spark plug for igniting the engine, the engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber, and adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state, and a controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device. In the engine, the air-fuel mixture is combusted by flame propagation due to ignition of the spark plug. And the second combustion in which the air-fuel mixture burns by self-ignition due to this flame propagation is performed, and the controller performs the first and second in one combustion cycle of the engine based on the engine load. Control for adjusting the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the total amount of heat generated in the combustion or the amount of heat generated in the second combustion, and the self-ignition timing when self-ignition occurs In one combustion cycle of the engine, the ignition timing by the spark plug, the fuel injection amount and / or fuel injection timing by the injector, and the fresh air introduced into the combustion chamber by the state quantity setting device By adjusting at least one of the ratio with the fuel gas and controlling both the SI rate and the self-ignition timing, the first and second fuels Modify both combustion state of the operating condition of the engine, after it has finished inject the total fuel to be injected from the injector during one combustion cycle of the engine in order to achieve the first combustion and second combustion, ignition The spark plug is controlled to perform the following.
According to the present invention configured as described above, a combustion waveform obtained by combining the first and second combustions can be set to a desired combustion waveform, that is, a desired SI rate and self-ignition timing can be appropriately realized. . Therefore, it becomes possible to achieve improvements in fuel consumption, ensuring combustion stability, suppressing combustion noise, and the like.

本発明において、好ましくは、コントローラは、エンジン負荷が高くなるほど、SI率を大きくする制御と自己着火時期を遅角側に設定する制御とを行う。
このように構成された本発明によれば、エンジン負荷に応じてSI率及び自己着火時期を制御することで、エンジン負荷に応じた燃焼波形を適切に実現することができる。
In the present invention, preferably, the controller performs control to increase the SI rate and control to set the self-ignition timing to the retard side as the engine load increases.
According to the present invention configured as described above, the combustion waveform corresponding to the engine load can be appropriately realized by controlling the SI rate and the self-ignition timing according to the engine load.

本発明において、好ましくは、コントローラは、状態量設定デバイスにより燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を制御してSI率を調整すると共に、点火プラグによる点火時期を制御して自己着火時期を調整する。
このように構成された本発明によれば、燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整して筒内の状態(例えば筒内温度)を制御することで、SI率を適切に制御することができると共に、点火プラグによる点火時期によって第1燃焼の開始時期を調整することで、この後の第2燃焼の自己着火時期を適切に制御することができる。
In the present invention, preferably, the controller controls the ratio of fresh air and burnt gas introduced into the combustion chamber by the state quantity setting device to adjust the SI rate, and controls the ignition timing by the spark plug to control itself. Adjust the ignition timing.
According to the present invention configured as described above, the SI ratio is appropriately adjusted by controlling the in-cylinder state (for example, in-cylinder temperature) by adjusting the ratio of fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber. In addition, by adjusting the start timing of the first combustion according to the ignition timing by the spark plug, the subsequent self-ignition timing of the second combustion can be appropriately controlled.

本発明において、好ましくは、状態量設定デバイスは、エンジンに設けられた吸気弁及び/又は排気弁のバルブタイミングを可変に構成された可変動弁機構であり、コントローラは、エンジンの排気ポートから既燃ガスを内部EGRガスとして燃焼室に引き戻すべく、吸気弁及び/又は排気弁のバルブタイミングを調整するよう可変動弁機構を制御して、燃焼室内に導入する新気と内部EGRガスとの割合を調整する。
このように構成された本発明によれば、燃焼室内に導入する新気と内部EGRガスとの割合を調整して、燃焼前の筒内状態(例えば筒内温度)を適切に制御することができる。
更に他の観点では、本発明は、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンと、エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、エンジンのインジェクタ及び点火プラグと状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、エンジンにおいては、点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、コントローラは、エンジンの運転状態に基づき、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は第2燃焼において発生する熱量に対して第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、第1及び第2制御手段の両方によって、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更し、コントローラの第1制御手段は、エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、SI率を大きくする制御を行う、ことを特徴とする。
更に他の観点では、本発明は、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンと、エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、エンジンのインジェクタ及び点火プラグと状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、エンジンにおいては、点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、コントローラは、エンジンの運転状態に基づき、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は第2燃焼において発生する熱量に対して第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、第1及び第2制御手段の両方によって、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更し、コントローラの第1及び第2制御手段は、エンジンの運転状態としてのエンジン負荷によらずに、第1及び第2燃焼を合わせた燃焼における燃焼重心位置をほぼ一定に維持するように、SI率及び自己着火時期を制御する、ことを特徴とする。
更に他の観点では、本発明は、燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成されたエンジンと、エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、エンジンのインジェクタ及び点火プラグと状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、エンジンにおいては、点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、コントローラは、エンジンの運転状態に基づき、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は第2燃焼において発生する熱量に対して第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、第1及び第2制御手段の両方によって、エンジンの1燃焼サイクル中において、第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態をエンジンの運転状態に応じて変更し、コントローラは、燃焼室内に略均質な混合気を形成するよう、点火プラグによる点火時期の前で且つ当該点火時期に近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、この後段噴射よりも前で且つ点火時期から離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行するようインジェクタを制御し、第1制御手段は、後段噴射におけるインジェクタからの燃料噴射量を制御して、SI率を調整する、ことを特徴とする。
In the present invention, it is preferable that the state quantity setting device is a variable valve mechanism configured to vary the valve timing of an intake valve and / or an exhaust valve provided in the engine, and the controller is already installed from the exhaust port of the engine. The ratio of fresh air to be introduced into the combustion chamber and the internal EGR gas by controlling the variable valve mechanism so as to adjust the valve timing of the intake valve and / or the exhaust valve in order to return the combustion gas as internal EGR gas to the combustion chamber. Adjust.
According to the present invention configured as described above, it is possible to appropriately control the in-cylinder state (for example, the in-cylinder temperature) before combustion by adjusting the ratio between the fresh air introduced into the combustion chamber and the internal EGR gas. it can.
In yet another aspect, the present invention provides a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber, The engine is configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber, and by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine, the combustion chamber has a desired interior. A compression self-ignition engine having a state quantity setting device configured to set a state, a controller configured to operate the engine by at least controlling an injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device In the engine, in the engine, the first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug, and this fire A second combustion in which the air-fuel mixture burns by self-ignition due to the propagation is performed, and the controller calculates the total amount of heat generated in the first and second combustions during one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. Alternatively, the first control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the amount of heat generated in the second combustion, and the self-ignition timing, which is the time when self-ignition occurs, are controlled. A second control means, and both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustion in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine, The first control means of the controller performs control to increase the SI rate as the engine load as the engine operating state increases.
In yet another aspect, the present invention provides a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber, The engine is configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber, and by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine, the combustion chamber has a desired interior. A compression self-ignition engine having a state quantity setting device configured to set a state, a controller configured to operate the engine by at least controlling an injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device In the engine, in the engine, the first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug, and this fire A second combustion in which the air-fuel mixture burns by self-ignition due to the propagation is performed, and the controller calculates the total amount of heat generated in the first and second combustions during one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. Alternatively, the first control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the amount of heat generated in the second combustion, and the self-ignition timing, which is the time when self-ignition occurs, are controlled. A second control means, and both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustion in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine, The first and second control means of the controller substantially sets the position of the center of gravity of combustion in the combined combustion of the first and second combustion, regardless of the engine load as the engine operating state. So as to maintain a constant, to control the SI ratio and ignition timing, characterized in that.
In yet another aspect, the present invention provides a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber, The engine is configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber, and by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine, the combustion chamber has a desired interior. A compression self-ignition engine having a state quantity setting device configured to set a state, a controller configured to operate the engine by at least controlling an injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device In the engine, in the engine, the first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug, and this fire A second combustion in which the air-fuel mixture burns by self-ignition due to the propagation is performed, and the controller calculates the total amount of heat generated in the first and second combustions during one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. Alternatively, the first control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the amount of heat generated in the second combustion, and the self-ignition timing, which is the time when self-ignition occurs, are controlled. A second control means, and both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustion in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine, The controller is configured to inject the fuel before the ignition timing by the spark plug and at a timing close to the ignition timing so as to form a substantially homogeneous mixture in the combustion chamber. The first control means controls the amount of fuel injected from the injector in the second-stage injection, and controls the injector to execute the first-stage injection before the second-stage injection and at a timing away from the ignition timing. , Adjusting the SI rate.

本発明によれば、SI−CI燃焼を行う圧縮自己着火式エンジンの制御装置において、SI率及び自己着火時期の両方を適切に制御することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the control apparatus of the compression self-ignition engine which performs SI-CI combustion, both SI rate and self-ignition timing can be controlled appropriately.

本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a compression self-ignition engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃焼室の断面図である。It is sectional drawing of the combustion chamber of the compression self-ignition engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの制御装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the control apparatus of the compression self-ignition engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域についての説明図である。It is explanatory drawing about the driving | running | working area | region of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるSI−CI燃焼におけるSI率の定義についての説明図である。It is explanatory drawing about the definition of the SI rate in SI-CI combustion by embodiment of this invention. 本発明の実施形態における、エンジン負荷に対する、SI率の変化、燃焼室の中の状態量の変化、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化についての説明図である。In the embodiment of the present invention, the change in SI ratio, the change in state quantity in the combustion chamber, the change in overlap period of the intake valve and the exhaust valve, and the change in fuel injection timing and ignition timing with respect to the engine load It is explanatory drawing of. 本発明の実施形態におけるエンジン負荷とSI率及び自己着火時期との関係についての説明図である。It is explanatory drawing about the relationship between the engine load in embodiment of this invention, SI rate, and self-ignition timing. 本発明の実施形態において、燃焼開始前の筒内温度に応じてSI率を制御する方法についての説明図である。In embodiment of this invention, it is explanatory drawing about the method of controlling SI rate according to the cylinder temperature before a combustion start. 本発明の実施形態において、燃焼開始前の筒内温度に応じて、所望の自己着火時期を実現するようSI率を制御する方法についての説明図である。In embodiment of this invention, it is explanatory drawing about the method of controlling SI rate so that desired self-ignition timing may be implement | achieved according to the in-cylinder temperature before a combustion start. 本発明の実施形態によるSI−CI燃焼の基本制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the basic control of SI-CI combustion by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による燃焼前の筒内温度の推定方法についての説明図である。It is explanatory drawing about the estimation method of the in-cylinder temperature before combustion by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による第1の制御モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st control model by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による第2の制御モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd control model by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による第3の制御モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 3rd control model by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるSI−CI燃焼制御を行った場合のタイムチャートである。It is a time chart at the time of performing SI-CI combustion control by the embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの制御装置について説明する。   Hereinafter, a control device for a compression self-ignition engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<装置構成>
まず、図1乃至図3を参照して、本実施形態による圧縮自己着火式エンジンの制御装置の構成について説明する。図1は、本実施形態による圧縮自己着火式エンジンの構成を例示する図である。図2は、本実施形態による燃焼室の構成を例示する断面図である。なお、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図2における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図3は、本実施形態による圧縮自己着火式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。
<Device configuration>
First, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the structure of the control apparatus of the compression self-ignition engine by this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a compression self-ignition engine according to this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the combustion chamber according to the present embodiment. In FIG. 1, the intake side is the left side of the drawing, and the exhaust side is the right side of the drawing. The intake side in FIG. 2 is the right side of the drawing, and the exhaust side is the left side of the drawing. FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the control device for the compression self-ignition engine according to the present embodiment.

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 mounted on a four-wheeled vehicle. The vehicle travels when the engine 1 is driven. The fuel of the engine 1 is gasoline in this configuration example. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like. The fuel of the engine 1 may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.

具体的には、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。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、1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。   Specifically, the engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 placed thereon. A plurality of cylinders 11 are formed inside the cylinder block 12. 1 and 2, only one cylinder 11 is shown. 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。なお、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったときに形成される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 a 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 formed when the piston 3 reaches 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.

ピストン3の上面は平坦面である。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、浅皿形状を有している。キャビティ31は、ピストン3が圧縮上死点付近に位置するときに、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 a flat surface. 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 has a shallow dish shape. The cavity 31 faces an injector 6 described later when the piston 3 is positioned near the compression top dead center.

キャビティ31は、凸部311を有している。凸部311は、シリンダ11のほぼ中心に設けられている。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、シリンダ11の中心軸Xに沿って上向きに伸びている。凸部311の上端は、キャビティ31の上面とほぼ同じ高さである。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。   The cavity 31 has a convex portion 311. The convex portion 311 is provided substantially at the center of the cylinder 11. The convex part 311 is substantially conical. The convex portion 311 extends upward from the bottom of the cavity 31 along the central axis X of the cylinder 11. The upper end of the convex portion 311 is almost the same height as the upper surface of the cavity 31. The cavity 31 also has a concave portion 312 provided around the convex portion 311.

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、吸気側から軸Xに向かって上り勾配となっている。傾斜面1312は、排気側から軸X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。
なお、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。
As shown in FIG. 2, the lower surface of the cylinder head 13, that is, the ceiling surface of the combustion chamber 17 is composed of an inclined surface 1311 and an inclined surface 1312. The inclined surface 1311 has an upward slope from the intake side toward the axis X. The inclined surface 1312 has an upward slope from the exhaust side toward the axis X. The ceiling surface of the combustion chamber 17 has a so-called pent roof shape.
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, the shape of the ceiling surface of the combustion chamber 17, and the like can be changed as appropriate.

エンジン1の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述するCI(Compression Ignition)燃焼の安定化を目的として高く設定されている。具体的に、エンジン1の幾何学的圧縮比は、17以上である。幾何学的圧縮比は、例えば18としてもよい。幾何学的圧縮比は、17以上20以下の範囲で、適宜設定すればよい。   The geometric compression ratio of the engine 1 is set high for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the CI (Compression Ignition) combustion described later. Specifically, the geometric compression ratio of the engine 1 is 17 or more. The geometric compression ratio may be 18, for example. What is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of 17-20.

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、2つの吸気ポート18が形成されている。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は吸気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。吸気動弁機構は、この構成例では、図3に示すように、可変動弁機構である吸気電動VVT(Variable Valve Timing)23を有している。吸気電動VVT23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。なお、吸気動弁機構は、電動VVTに代えて、液圧式のVVTを有していてもよい。   Two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The intake port 18 communicates with the combustion chamber 17. An intake valve 21 is disposed in 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 an intake valve mechanism. In this configuration example, the intake valve mechanism has an intake electric VVT (Variable Valve Timing) 23 which is a variable valve mechanism as shown in FIG. The intake electric VVT 23 is configured to continuously change the rotation phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. Thereby, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 21 are continuously changed. The intake valve mechanism may have a hydraulic VVT instead of the electric VVT.

シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、2つの排気ポート19が形成されている。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は排気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。排気動弁機構は、この構成例では、図3に示すように、可変動弁機構である排気電動VVT24を有している。排気電動VVT24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。なお、排気動弁機構は、電動VVTに代えて、液圧式のVVTを有していてもよい。   The cylinder head 13 is also formed with two exhaust ports 19 for each cylinder 11. The exhaust port 19 communicates with the combustion chamber 17. An exhaust valve 22 is disposed in 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 an exhaust valve mechanism. In this configuration example, the exhaust valve mechanism has an exhaust electric VVT 24 that is a variable valve mechanism as shown in FIG. The exhaust electric VVT 24 is configured to continuously change the rotation phase of the exhaust camshaft within a predetermined angle range. Thereby, the valve opening timing and the valve closing timing of the exhaust valve 22 continuously change. The exhaust valve mechanism may have a hydraulic VVT instead of the electric VVT.

詳細は後述するが、このエンジン1は、吸気電動VVT23及び排気電動VVT24によって、吸気弁21の開弁と排気弁22の開弁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の中の残留ガスを掃気したり、燃焼室17の中に熱い既燃ガスを閉じ込めたり(つまり、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入したり)する。この構成例においては、吸気電動VVT23及び排気電動VVT24が、状態量設定デバイスの一つとしての、内部EGRシステムを構成している。なお、内部EGRシステムは、VVTによって構成されるとは限らない。   Although details will be described later, the engine 1 adjusts the length of the overlap period related to the opening of the intake valve 21 and the opening of the exhaust valve 22 by the intake electric VVT 23 and the exhaust electric VVT 24. As a result, residual gas in the combustion chamber 17 is scavenged, hot burned gas is confined in the combustion chamber 17 (that is, internal exhaust gas recirculation (EGR) gas is introduced into the combustion chamber 17). Or). In this configuration example, the intake electric VVT 23 and the exhaust electric VVT 24 constitute an internal EGR system as one of the state quantity setting devices. Note that the internal EGR system is not necessarily configured by VVT.

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Xに沿うように配設されている。インジェクタ6の噴射軸心と、キャビティ31の凸部311の位置とはほぼ一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。なお、インジェクタ6の噴射軸心は、シリンダ11の中心軸Xと一致していなくてもよい。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 in a valley portion of the pent roof where the intake-side inclined surface 1311 and the exhaust-side inclined surface 1312 intersect. As shown in FIG. 2, the injector 6 is arranged such that its injection axis is along the central axis X of the cylinder 11. The injection axis of the injector 6 and the position of the convex portion 311 of the cavity 31 substantially coincide. The injector 6 faces the cavity 31. The injection axis of the injector 6 may not coincide with the center axis X of the cylinder 11. Even 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 coincide with each other.

インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口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に矢印で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。   Although not shown in detail, the injector 6 is constituted by a multi-injection type fuel injection valve having a plurality of injection holes. The injector 6 injects fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17 as indicated by arrows in FIG.

後述するように、インジェクタ6は、ピストン3が圧縮上死点付近に位置するタイミングで燃料を噴射する場合がある。その場合、インジェクタ6が燃料を噴射すると、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ31の凸部311に沿って下向きに流れると共に、凹陥部312の底面及び周側面に沿って、燃焼室17の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ31の開口に至り、吸気側の傾斜面1311、及び、排気側の傾斜面1312に沿って、径方向の外方から、燃焼室17の中央に向かって流れる。
なお、インジェクタ6は、多噴口型のインジェクタに限らない。インジェクタ6は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
As will be described later, the injector 6 may inject fuel at the timing when the piston 3 is positioned near the compression top dead center. In that case, when the injector 6 injects the fuel, the fuel spray flows downward along the convex portion 311 of the cavity 31 while mixing with fresh air, and along the bottom surface and the peripheral side surface of the concave portion 312, the combustion chamber. From the center of 17, it spreads radially outward in the radial direction. Thereafter, the air-fuel mixture reaches the opening of the cavity 31 and flows from the radially outer side toward the center of the combustion chamber 17 along the inclined surface 1311 on the intake side and the inclined surface 1312 on the exhaust side.
The injector 6 is not limited to a multi-hole injector. The injector 6 may employ an external valve opening type injector.

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の噴口から燃焼室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。なお、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 path 62 that connects 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 path 62. The fuel pump 65 pumps fuel to the common rail 64. In this configuration example, the fuel pump 65 is a plunger-type pump driven by the crankshaft 15. The common rail 64 is configured to store the fuel pumped from 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 into the combustion chamber 17 from the injection port of the injector 6. The fuel supply system 61 is configured to be able to supply high pressure fuel of 30 MPa or more to the injector 6. The maximum fuel pressure of the fuel supply system 61 may be about 120 MPa, for example. 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、シリンダ11の中心軸Xを挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ25は、2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、図2に示すように、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 air-fuel mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, the spark plug 25 is disposed on the intake side across the center axis X of the cylinder 11. The spark plug 25 is located between the two intake ports 18. The spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 so as to be inclined from the top to the bottom toward the center of the combustion chamber 17. As shown in FIG. 2, 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に導入するガス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、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 gas introduced into the combustion chamber 17 flows. An air cleaner 41 that filters fresh air is disposed at the upstream end of the intake passage 40. A surge tank 42 is disposed near the downstream end of the intake passage 40. Although the detailed illustration is omitted, 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。スロットル弁43は、状態量設定デバイスの一つを構成している。   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 amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 by adjusting the opening of the valve. The throttle valve 43 constitutes one of state quantity setting devices.

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、リショルム式や遠心式であってもよい。   A supercharger 44 is also arranged in the intake passage 40 downstream of the throttle valve 43. The supercharger 44 is configured to supercharge the gas introduced into the combustion chamber 17. In this configuration example, the supercharger 44 is a mechanical supercharger driven by the engine 1. The mechanical supercharger 44 may be, for example, a roots type. The configuration of the mechanical supercharger 44 may be any configuration. The mechanical supercharger 44 may be a Rishorum type or a centrifugal type.

過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45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はオンとオフとが切り替わる。つまり、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することと、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。   An electromagnetic clutch 45 is interposed between the supercharger 44 and the engine 1. The electromagnetic clutch 45 transmits a driving force from the engine 1 to the supercharger 44 between the supercharger 44 and the engine 1 or interrupts the transmission of the driving force. As will be described later, when the ECU 10 switches between disconnection and connection of the electromagnetic clutch 45, the supercharger 44 is switched on and off. That is, in the engine 1, the supercharger 44 can switch between supercharging the gas introduced into the combustion chamber 17 and the supercharger 44 not supercharging the gas introduced into the combustion chamber 17. It is configured to be able to.

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、例えば水冷式に構成すればよい。   An intercooler 46 is disposed downstream of the supercharger 44 in the intake passage 40. The intercooler 46 is configured to cool the gas compressed in the supercharger 44. The intercooler 46 may be configured to be, for example, a water cooling type.

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。   A bypass passage 47 is connected to the intake passage 40. The bypass passage 47 connects the upstream portion of the supercharger 44 and the downstream portion of the intercooler 46 in the intake passage 40 so as to bypass the supercharger 44 and the intercooler 46. An air bypass valve 48 is disposed in the bypass passage 47. The air bypass valve 48 adjusts the flow rate of the gas flowing through the bypass passage 47.

過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を遮断したとき)には、エアバイパス弁48を全開にする。これにより、吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)には、過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機の上流に逆流する。エアバイパス弁48の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室17に導入するガスの過給圧を調整することができる。この構成例においては、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。エアバイパス弁48は、状態量設定デバイスの一つを構成している。
When the supercharger 44 is turned off (that is, when the electromagnetic clutch 45 is disconnected), the air bypass valve 48 is fully opened. As a result, the gas flowing through the intake passage 40 bypasses the supercharger 44 and is introduced into the combustion chamber 17 of the engine 1. The engine 1 is operated in a non-supercharged state, that is, in a natural intake state.
When the supercharger 44 is turned on (that is, when the electromagnetic clutch 45 is connected), part of the gas that has passed through the supercharger 44 flows backward through the bypass passage 47 upstream of the supercharger. . Since the reverse flow rate can be adjusted by adjusting the opening degree of the air bypass valve 48, the supercharging pressure of the gas introduced into the combustion chamber 17 can be adjusted. In this configuration example, the supercharger 44, the bypass passage 47, and the air bypass valve 48 constitute a supercharging system 49. The air bypass valve 48 constitutes one of state quantity setting devices.

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。排気通路50には、1つ以上の触媒コンバーター51を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバーター51は、三元触媒を含んで構成されている。なお、排気ガス浄化システムは、三元触媒のみを含むものに限らない。   An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1. The exhaust passage 50 communicates with the exhaust port 19 of each cylinder 11. The exhaust passage 50 is a passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber 17 flows. Although the detailed illustration is omitted, the upstream portion of the exhaust passage 50 constitutes an independent passage branched for each cylinder 11. The upstream end of the independent passage is connected to the exhaust port 19 of each cylinder 11. An exhaust gas purification system having one or more catalytic converters 51 is disposed in the exhaust passage 50. The catalytic converter 51 includes a three-way catalyst. Note that the exhaust gas purification system is not limited to the one including only the three-way catalyst.

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における触媒コンバーター51の下流に接続されている。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 returning a part of burned gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected downstream of the catalytic converter 51 in the exhaust passage 50. The downstream end of the EGR passage 52 is connected to the upstream side of the supercharger 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 burnt gas flowing through the EGR passage 52. By adjusting the opening degree of the EGR valve 54, the recirculation amount of the cooled burned gas, that is, the external EGR gas can be adjusted.

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VVT23及び排気電動VVT24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。EGR弁54はまた、状態量設定デバイスの一つを構成している。   In this configuration example, the EGR system 55 includes an external EGR system that includes an EGR passage 52 and an EGR valve 54, and an internal EGR system that includes the above-described intake electric VVT 23 and exhaust electric VVT 24. It is configured. The EGR valve 54 also constitutes one of the state quantity setting devices.

圧縮自己着火式エンジンの制御装置は、エンジン1を運転するための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であって、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)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と、電気信号の入出力をする入出力バスと、を備えている。ECU10は、コントローラの一例である。   The control device for the compression self-ignition engine includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the engine 1. The ECU 10 is a controller based on a well-known microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes a program and, for example, a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). A memory for storing programs and data, and an input / output bus for inputting and outputting electrical signals. The ECU 10 is an example of a controller.

ECU10には、図1及び図3に示すように、各種のセンサSW1〜SW16が接続されている。センサSW1〜SW16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 3, various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are connected to the ECU 10. Sensors SW1-SW16 output a detection signal to ECU10. 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(筒内圧)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における触媒コンバーター51の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、排気通路50における触媒コンバーター51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。 That is, the air flow sensor SW1 that is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and detects the flow rate of fresh air flowing through the intake passage 40, the first intake temperature sensor SW2 that detects the temperature of fresh air, and the intake passage 40, the first pressure sensor SW3 that is disposed downstream of the connection position of the EGR passage 52 and upstream of the supercharger 44 and detects the pressure of the gas flowing into the supercharger 44, and supercharging in the intake passage 40 The second intake air temperature sensor SW4, which is disposed downstream of the machine 44 and upstream of the connection position of the bypass passage 47 and detects the temperature of the gas flowing out from the supercharger 44, is attached to the surge tank 42, and A second pressure sensor SW5 for detecting the pressure of the gas downstream of the feeder 44, attached to the cylinder head 13 corresponding to each cylinder 11, and each A finger pressure sensor SW6 that detects the pressure (in-cylinder pressure) in the firing chamber 17, an exhaust temperature sensor SW7 that is disposed in the exhaust passage 50 and detects the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 17, and a catalytic converter 51 in the exhaust passage 50. A linear O 2 sensor SW8 that is disposed upstream of the exhaust gas and detects the oxygen concentration in the exhaust gas, and a lambda O 2 sensor SW9 that is disposed downstream of the catalytic converter 51 in the exhaust passage 50 and detects the oxygen concentration in the exhaust gas. A water temperature sensor SW10 that is attached to the engine 1 and detects the temperature of the cooling water, a crank angle sensor SW11 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the crankshaft 15, an accelerator pedal mechanism, and an accelerator pedal Accelerator opening sensor SW12 for detecting the accelerator opening corresponding to the operation amount An intake cam angle sensor SW13 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the intake camshaft, an exhaust cam angle sensor SW14 that is attached to the engine 1 and detects the rotation angle of the exhaust camshaft, and an EGR passage 52 are arranged. In addition, 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 detects the pressure of the fuel supplied to the injector 6 is there.

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VVT23、排気電動VVT24、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、及び、エアバイパス弁48に出力する。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。ECU10によるエンジン1の制御の詳細は、後述する。   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 sends a control signal related to the calculated control amount to the electromagnetic clutch 45 of the injector 6, spark plug 25, intake electric VVT 23, exhaust electric VVT 24, fuel supply system 61, throttle valve 43, EGR valve 54, and supercharger 44. And output to the air bypass valve 48. For example, the ECU 10 adjusts the boost pressure by adjusting the opening of the air bypass valve 48 based on the differential pressure across the turbocharger 44 obtained from the detection signals of the first pressure sensor SW3 and the second pressure sensor SW5. adjust. Further, 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 is adjusted. Adjust. Details of control of the engine 1 by the ECU 10 will be described later.

<エンジンの運転領域>
図4は、エンジン1の運転領域を例示している。エンジン1の運転領域は、負荷の高低に対し、大きく3つの領域に分けられている。具体的に、3つの領域は、アイドル運転を含む低負荷領域(A)、全開負荷を含む高負荷領域(C)、及び、低負荷領域(A)と高負荷領域(C)との間の中負荷領域(B)である。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、中負荷領域において、圧縮自己着火による燃焼を行う。以下、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域の各領域における燃焼形態について、順に説明をする。
<Engine operating range>
FIG. 4 illustrates an operation region of the engine 1. The operating region of the engine 1 is roughly divided into three regions with respect to the load level. Specifically, the three regions include a low load region (A) including idle operation, a high load region (C) including a fully open load, and a low load region (A) and a high load region (C). It is a medium load region (B). The engine 1 performs combustion by compression self-ignition in an intermediate load region with the main purpose of improving fuel consumption and exhaust gas performance. Hereinafter, combustion modes in each of the low load region, the medium load region, and the high load region will be described in order.

(低負荷領域)
エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときには、燃料の噴射量が少ない。そのため、燃焼室17において混合気が燃焼したときに発生する熱量が少なく、燃焼室17の温度(筒内温度)が低くなる。また、排気ガスの温度も低くなるため、後述するように内部EGRガスを燃焼室17の中に導入しても、筒内温度が、自己着火が安定して可能になる程度まで高まらない。エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときの燃焼形態は、点火プラグ25が燃焼室17の中の混合気に点火を行うことによって混合気を火炎伝播により燃焼させるSI(Spark Ignition)燃焼である。以下、低負荷領域における燃焼形態を、低負荷SI燃焼と呼ぶ場合がある。
(Low load area)
When the operating state of the engine 1 is in the low load region, the fuel injection amount is small. Therefore, the amount of heat generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 17 is small, and the temperature (in-cylinder temperature) of the combustion chamber 17 is lowered. Further, since the temperature of the exhaust gas is lowered, even if the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 as will be described later, the in-cylinder temperature does not rise to such an extent that self-ignition can be stably performed. The combustion mode when the operating state of the engine 1 is in the low load region is SI (Spark Ignition) combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation when the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. is there. Hereinafter, the combustion mode in the low load region may be referred to as low load SI combustion.

エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときには、混合気の空燃比(A/F)は、理論空燃比である(A/F=14.7)。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 operating state of the engine 1 is in the low load region, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7). 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 air-fuel mixture may be set within the purification window of the three-way catalyst. Therefore, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture may be set to 1.0 ± 0.2.

エンジン1の燃費性能を向上させるために、エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときに、EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。混合気のG/F、つまり、燃焼室17の中の全ガスと燃料との質量比は18.5以上30以下に設定される。混合気は、EGRリーンである。混合気の希釈率は高い。混合気のG/Fを、例えば25にすれば、低負荷運転領域において、混合気が自己着火に至ることなく、SI燃焼を安定して行うことができる。低負荷領域において、混合気のG/Fは、エンジン1の負荷の高低に関わらず一定に維持する。こうすることで、低負荷領域の全域において、SI燃焼は、安定化する。また、エンジン1の燃費が向上すると共に、排出ガス性能が良好になる。   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 operating state of the engine 1 is in a low load region. The G / F of the air-fuel mixture, that is, the mass ratio of the total gas and fuel in the combustion chamber 17 is set to 18.5 or more and 30 or less. The mixture is EGR lean. The dilution ratio of the mixture is high. If the G / F of the air-fuel mixture is set to 25, for example, SI combustion can be performed stably in the low load operation region without causing the air-fuel mixture to self-ignite. In the low load region, the G / F of the air-fuel mixture is kept constant regardless of the load level of the engine 1. By doing so, SI combustion is stabilized throughout the low load region. Further, the fuel efficiency of the engine 1 is improved and the exhaust gas performance is improved.

エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときには、燃料量が少ないため、混合気のλを1.0±0.2にしかつ、G/Fを18.5以上30以下にするには、燃焼室17の中に導入するガスの充填量を100%よりも少なくしなければならない。具体的に、エンジン1は、スロットル弁43の開度を調整するスロットリング、及び/又は、吸気弁21の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせるミラーサイクルを実行する。
なお、低負荷領域内における、低負荷低回転領域においては、ガスの充填量をさらに少なくすることによって、混合気の燃焼温度及び排気ガスの温度を高くするようにしてもよい。こうすると、触媒コンバーター51を活性状態に維持する上で有利になる。
When the operating state of the engine 1 is in the low load region, since the amount of fuel is small, in order to set the λ of the air-fuel mixture to 1.0 ± 0.2 and G / F to 18.5 or more and 30 or less, combustion The filling amount of the gas introduced into the chamber 17 must be less than 100%. Specifically, the engine 1 executes throttling for adjusting the opening degree of the throttle valve 43 and / or a mirror cycle for delaying the closing timing of the intake valve 21 after the intake bottom dead center.
In the low-load low-rotation region in the low-load region, the combustion temperature of the air-fuel mixture and the exhaust gas temperature may be increased by further reducing the gas filling amount. This is advantageous in maintaining the catalytic converter 51 in an active state.

(中負荷領域)
エンジン1の運転状態が中負荷領域にあるときには、燃料の噴射量が多くなる。筒内温度が高くなるため、自己着火を安定して行うことが可能にある。燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、エンジン1は、中負荷領域において、CI燃焼を行う。
(Medium load area)
When the operating state of the engine 1 is in the medium load region, the fuel injection amount increases. Since the in-cylinder temperature increases, self-ignition can be performed stably. In order to improve fuel consumption and exhaust gas performance, the engine 1 performs CI combustion in the medium load region.

自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、中負荷領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSI−CI燃焼を行う。SI−CI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燃焼すると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する。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。   In the combustion by self-ignition, when the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the timing of self-ignition greatly changes. Therefore, the engine 1 performs SI-CI combustion combining SI combustion and CI combustion in the medium load region. In the SI-CI combustion, when the spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17, the air-fuel mixture is burned by flame propagation, and the heat generated in the SI combustion causes the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 to burn. As the temperature increases, the unburned mixture burns by self-ignition. By adjusting the calorific value of the SI combustion, the temperature variation in the combustion chamber 17 before the start of compression can be absorbed. Even if the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the self-ignition timing can be controlled by adjusting the SI combustion start timing by adjusting the ignition timing, for example.

SI−CI燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化する感度が高いことが好ましい。   In SI-CI combustion, in order to accurately control the timing of self-ignition, the timing of self-ignition must change in response to changing the ignition timing. It is preferable that the sensitivity at which the self-ignition timing changes is high with respect to the change in the ignition timing.

本願発明者らの検討によると、混合気のλが1.0±0.2でかつ、混合気のG/Fが18.5以上30以下であれば、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化することがわかった。そこで、エンジン1の運転状態が中負荷領域にあるときには、エンジン1は、燃焼室17の中の状態を、混合気のλが1.0±0.2でかつ、混合気のG/Fが18.5以上30以下にする。   According to the study by the present inventors, if the λ of the air-fuel mixture is 1.0 ± 0.2 and the G / F of the air-fuel mixture is 18.5 or more and 30 or less, self- It turns out that the timing of ignition changes. Therefore, when the operating state of the engine 1 is in the medium load region, the engine 1 is in a state in the combustion chamber 17 where the λ of the mixture is 1.0 ± 0.2 and the G / F of the mixture is Set to 18.5 or more and 30 or less.

自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることによって、エンジン1の運転状態が中負荷領域にあるときに、燃焼騒音の増大を回避することができる。また、混合気の希釈率をできるだけ高くしてCI燃焼を行うことにより、エンジン1の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気のλを1.0±0.2に設定することによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン1の排出ガス性能が良好になる。   By accurately controlling the timing of self-ignition, an increase in combustion noise can be avoided when the operating state of the engine 1 is in the middle load region. Further, by performing the CI combustion with the dilution ratio of the air-fuel mixture as high as possible, the fuel efficiency performance of the engine 1 can be enhanced. Furthermore, by setting λ of the air-fuel mixture to 1.0 ± 0.2, it becomes possible to purify the exhaust gas by the three-way catalyst, so that the exhaust gas performance of the engine 1 becomes good.

前述したように、低負荷領域においては、混合気のG/Fを18.5以上30以下(例えば25)にしかつ、混合気のλを1.0±0.2にしている。エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときと、中負荷領域にあるときとの間において、燃焼室17の中の状態量が大きく変動しない。従って、エンジン1の負荷が変更することに対する、エンジン1の制御のロバスト性が高まる。
エンジン1の運転状態が中負荷領域にあるときには、低負荷領域にあるときとは異なり、燃料量が多くなるため、燃焼室17の中に導入するガスの充填量を調整する必要がない。スロットル弁43の開度は全開である。
As described above, in the low load region, the G / F of the mixture is set to 18.5 or more and 30 or less (for example, 25), and λ of the mixture is set to 1.0 ± 0.2. The state quantity in the combustion chamber 17 does not fluctuate greatly between when the operating state of the engine 1 is in the low load region and when it is in the medium load region. Therefore, the robustness of the control of the engine 1 against the change in the load of the engine 1 is enhanced.
When the operating state of the engine 1 is in the medium load region, the amount of fuel increases, unlike in the low load region, so there is no need to adjust the filling amount of the gas introduced into the combustion chamber 17. The opening degree of the throttle valve 43 is fully open.

エンジン1の負荷が高まり、燃料量がさらに増えたときに、混合気のλを1.0±0.2にしかつ、混合気のG/Fを18.5以上30以下にするには、自然吸気の状態であれば、燃焼室17の中に導入するガス量が不足する。そこで、中負荷領域における所定負荷よりも負荷の高い領域においては、過給機44が、燃焼室17の中に導入するガスの過給を行う。中負荷領域(B)は、所定負荷よりも高負荷の領域であって、過給を行う第1中負荷領域(B1)と、所定負荷以下の領域であって、過給を行わない第2中負荷領域(B2)とに分けられる。所定負荷は、例えば1/2負荷である。第2中負荷領域は、第1中負荷領域よりも負荷の低い領域である。以下、第1中負荷領域における燃焼形態を、過給SI−CI燃焼と呼び、第2中負荷領域における燃焼形態を、非過給SI−CI燃焼と呼ぶ場合がある。   When the load on the engine 1 is increased and the fuel amount is further increased, it is natural to set the λ of the mixture to 1.0 ± 0.2 and the G / F of the mixture to 18.5 or more and 30 or less. In the intake state, the amount of gas introduced into the combustion chamber 17 is insufficient. Therefore, the supercharger 44 supercharges the gas introduced into the combustion chamber 17 in a region where the load is higher than the predetermined load in the medium load region. The medium load region (B) is a region that is higher than the predetermined load, and is a first medium load region (B1) that performs supercharging, and a region that is below the predetermined load and that does not perform supercharging. It is divided into a medium load region (B2). The predetermined load is, for example, a ½ load. The second medium load region is a region having a lower load than the first medium load region. Hereinafter, the combustion mode in the first medium load region may be referred to as supercharged SI-CI combustion, and the combustion mode in the second medium load region may be referred to as non-supercharged SI-CI combustion.

過給を行わない第2中負荷領域においては、燃料量が増えるに従い、燃焼室17の中に導入する新気が増える一方、EGRガスは減る。混合気のG/Fは、エンジン1の負荷が高くなると小さくなる。スロットル弁43の開度を全開にしているため、エンジン1は、燃焼室17の中に導入するEGRガスの量を調整することにより、燃焼室17の中に導入する新気の量を調整する。第2中負荷領域において燃焼室17の中の状態量は、例えば混合気のλは1.0で略一定になる一方、混合気のG/Fは25〜28の範囲で変更される。   In the second medium load region where supercharging is not performed, as the amount of fuel increases, fresh air introduced into the combustion chamber 17 increases while EGR gas decreases. The G / F of the air-fuel mixture decreases as the load on the engine 1 increases. Since the opening of the throttle valve 43 is fully opened, the engine 1 adjusts the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 by adjusting the amount of EGR gas introduced into the combustion chamber 17. . In the second medium load region, the state quantity in the combustion chamber 17 is, for example, λ of the air-fuel mixture becomes substantially constant at 1.0, while the G / F of the air-fuel mixture is changed in the range of 25 to 28.

これに対し、過給を行う第1中負荷領域において、エンジン1は、燃料量が増えるに従い、燃焼室17の中に導入する新気及びEGRガスを共に増やす。混合気のG/Fは、エンジン1の負荷が高くなっても一定である。第1中負荷領域において燃焼室17の中の状態量は、例えば混合気のλは1.0で略一定になると共に、混合気のG/Fは25で一定である。   In contrast, in the first medium load region where supercharging is performed, the engine 1 increases both fresh air and EGR gas introduced into the combustion chamber 17 as the amount of fuel increases. The G / F of the air-fuel mixture is constant even when the load on the engine 1 increases. In the first medium load region, the state quantity in the combustion chamber 17 is, for example, λ of the air-fuel mixture becomes substantially constant at 1.0, and G / F of the air-fuel mixture is constant at 25.

(高負荷領域)
エンジン1の運転状態が高負荷領域にあるときには、燃料の噴射量が多い。そのため、SI−CI燃焼を行っても、燃焼騒音を抑制することが困難になる。また、筒内温度が高くなるため、CI燃焼を行おうとしても、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすい。そのため、エンジン1の運転状態が高負荷領域にあるときの燃焼形態は、SI燃焼である。以下、高負荷領域における燃焼形態を、高負荷SI燃焼と呼ぶ場合がある。
(High load area)
When the operating state of the engine 1 is in the high load region, the fuel injection amount is large. Therefore, even if SI-CI combustion is performed, it becomes difficult to suppress combustion noise. In addition, since the in-cylinder temperature becomes high, abnormal combustion such as pre-ignition and knocking is likely to occur even if CI combustion is performed. Therefore, the combustion mode when the operating state of the engine 1 is in the high load region is SI combustion. Hereinafter, the combustion mode in the high load region may be referred to as high load SI combustion.

エンジン1の運転状態が高負荷領域にあるときに、混合気のλは1.0±0.2である。また、混合気のG/Fは、18.5以上30以下に設定される。高負荷領域においては、スロットル弁43の開度は全開であり、過給機44は過給を行う。   When the operating state of the engine 1 is in the high load region, λ of the air-fuel mixture is 1.0 ± 0.2. Further, the G / F of the air-fuel mixture is set to 18.5 or more and 30 or less. In the high load region, the opening degree of the throttle valve 43 is fully open, and the supercharger 44 performs supercharging.

高負荷領域において、エンジン1は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。混合気のG/Fは、エンジン1の負荷が高くなると、小さくなる。EGRガスの量を減らした分、燃焼室17の中に導入する新気の量が増えるから、燃料量を増やすことができる。エンジン1の最高出力を高くする上で有利になる。混合気のG/Fは、高負荷領域において、例えば17〜25の範囲で変更される。   In the high load region, the engine 1 reduces the amount of EGR gas as the load increases. The G / F of the air-fuel mixture decreases as the load on the engine 1 increases. Since the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 is increased by the amount of EGR gas reduced, the amount of fuel can be increased. This is advantageous in increasing the maximum output of the engine 1. The G / F of the air-fuel mixture is changed, for example, in the range of 17 to 25 in the high load region.

エンジン1の運転状態が高負荷領域にあるときと、中負荷領域にあるときとの間において、燃焼室17の中の状態量が大きく変動しない。エンジン1の負荷が変更することに対する、エンジン1の制御のロバスト性が高まる。   The state quantity in the combustion chamber 17 does not fluctuate greatly between when the operating state of the engine 1 is in the high load region and when it is in the medium load region. The robustness of the control of the engine 1 against the change of the load of the engine 1 is increased.

前述の通り、エンジン1は、高負荷領域においては、SI燃焼を行うが、幾何学的圧縮比が高いこと等に起因して、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。
そこで、エンジン1は、高負荷領域において、燃料噴射の形態を工夫することにより異常燃焼を回避するよう構成されている。具体的に、ECU10は、30MPa以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮行程後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)内のタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射するよう、燃料供給システム61及びインジェクタ6に制御信号を出力する。ECU10はまた、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よう、点火プラグ25に制御信号を出力する。なお、以下においては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内のタイミングで、燃焼室17の中に燃料を噴射することを、高圧リタード噴射と呼ぶ。
As described above, the engine 1 performs SI combustion in a high load region, but there is a problem that abnormal combustion such as pre-ignition and knocking is likely to occur due to a high geometric compression ratio and the like. .
Therefore, the engine 1 is configured to avoid abnormal combustion by devising the form of fuel injection in the high load region. Specifically, the ECU 10 injects fuel into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure of 30 MPa or more and at a timing within a period from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke (hereinafter, this period is referred to as a retard period). Thus, a control signal is output to the fuel supply system 61 and the injector 6. The ECU 10 also outputs a control signal to the spark plug 25 so that the air-fuel mixture is ignited at a timing near the compression top dead center after fuel injection. In the following description, injecting fuel into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure and at a timing within the retard period is referred to as high-pressure retarded injection.

高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を短くすることによって、異常燃焼を回避する。すなわち、混合気が反応する時間は、(1)インジェクタ6が燃料を噴射する期間(つまり、噴射期間)と、(2)燃料の噴射が終了した後、点火プラグ25の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間(つまり、混合気形成期間)と、(3)点火によって開始されたSI燃焼が終了するまでの期間((3)燃焼期間)と、を足し合わせた時間である。   High pressure retarded injection avoids abnormal combustion by shortening the time during which the air-fuel mixture reacts. That is, the reaction time of the air-fuel mixture includes (1) a period during which the injector 6 injects fuel (that is, an injection period), and (2) after the fuel injection is completed, This is a time obtained by adding the period until formation (that is, the mixture formation period) and (3) the period until SI combustion started by ignition ends ((3) combustion period).

高い燃料圧力で、燃焼室17の中に燃料を噴射すると、噴射期間及び混合気形成期間は、それぞれ短くなる。噴射期間及び混合気形成期間が短くなると、燃料の噴射を開始するタイミングを点火タイミングに近づけることが可能になる。高圧リタード噴射は、高い圧力でかつ、燃焼室17の中に燃料を噴射するから、圧縮行程後期から膨張行程初期までのリタード期間内のタイミングで、燃料噴射を行う。   When fuel is injected into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure, the injection period and the mixture formation period become shorter. When the injection period and the air-fuel mixture formation period are shortened, the timing for starting fuel injection can be made closer to the ignition timing. In the high pressure retarded injection, since the fuel is injected into the combustion chamber 17 at a high pressure, the fuel is injected at the timing within the retard period from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke.

高い燃料圧力で燃焼室17の中に燃料を噴射すると、燃焼室17の中の乱流エネルギーが高くなる。燃料噴射のタイミングを圧縮上死点に近づけると、燃焼室17の中の乱流エネルギーが高い状態でSI燃焼を開始することができる。その結果、燃焼期間が短くなる。   When fuel is injected into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure, the turbulent energy in the combustion chamber 17 increases. When the fuel injection timing is brought close to the compression top dead center, SI combustion can be started with high turbulent energy in the combustion chamber 17. As a result, the combustion period is shortened.

高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短くすることができる。吸気行程中に燃焼室17の中に燃料を噴射する場合と比較して、高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を大幅に短くすることができる。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間が短くなるから、異常燃焼を回避することが可能になる。   The high pressure retarded injection can shorten the injection period, the mixture formation period, and the combustion period. Compared with the case where fuel is injected into the combustion chamber 17 during the intake stroke, the high-pressure retarded injection can greatly shorten the time for the air-fuel mixture to react. In the high pressure retarded injection, the time for which the air-fuel mixture reacts is shortened, so that abnormal combustion can be avoided.

エンジン制御の技術分野においては、異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角することが、従来から行われている。しかしながら、点火タイミングを遅らせると、燃費性能は低下する。高圧リタード噴射は、点火タイミングを遅角させなくてもよい。高圧リタード噴射を利用することによって、燃費性能は向上する。   In the technical field of engine control, in order to avoid abnormal combustion, the ignition timing is conventionally retarded. However, if the ignition timing is delayed, the fuel consumption performance decreases. The high pressure retarded injection need not retard the ignition timing. By using high-pressure retarded injection, fuel efficiency is improved.

燃料圧力を、例えば30MPa以上にすれば、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間を効果的に短縮することができる。なお、燃料圧力は、燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。燃料圧力の上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。   If the fuel pressure is, for example, 30 MPa or more, the injection period, the mixture formation period, and the combustion period can be effectively shortened. The fuel pressure is preferably set as appropriate according to the properties of the fuel. As an example, the upper limit value of the fuel pressure may be 120 MPa.

ここで、エンジン1の回転数が低いときには、クランク角が同一角度だけ変化するときの時間が長いため、 高圧リタード噴射によって混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、特に有効である。一方、エンジン1の回転数が高くなると、クランク角が同一角度だけ変化するときの時間が短くなる。このため、混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、それほど有効ではない。   Here, when the rotational speed of the engine 1 is low, the time required for the crank angle to change by the same angle is long. Therefore, shortening the reaction time of the air-fuel mixture by high-pressure retarded injection is to avoid abnormal combustion. Is particularly effective. On the other hand, when the rotational speed of the engine 1 is increased, the time when the crank angle changes by the same angle is shortened. For this reason, shortening the reaction time of the air-fuel mixture is not so effective in avoiding abnormal combustion.

高圧リタード噴射はまた、圧縮上死点付近になって初めて、燃焼室17の中に燃料を噴射するため、圧縮行程において、燃焼室17の中では、燃料を含まないガス、言い換えると比熱比の高いガスが圧縮される。エンジン1の回転数が高いときに、高圧リタード噴射を行うと、圧縮上死点における筒内温度、つまり、圧縮端温度が高くなってしまう。圧縮端温度が高くなることによって、ノッキング等の異常燃焼を招く恐れがある。   The high-pressure retarded injection also injects fuel into the combustion chamber 17 only after the compression top dead center is reached. Therefore, in the compression stroke, in the combustion chamber 17, a gas that does not contain fuel, in other words, a specific heat ratio. High gas is compressed. If high pressure retarded injection is performed when the number of revolutions of the engine 1 is high, the in-cylinder temperature at the compression top dead center, that is, the compression end temperature becomes high. An increase in the compression end temperature may cause abnormal combustion such as knocking.

そこで、このエンジン1は、高負荷領域(C)を、低回転側の第1高負荷領域(C1)と、第1高負荷領域(C1)よりも回転数の高い第2高負荷領域(C2)とに分けている。第1高負荷領域は、高負荷領域内を、低回転、中回転及び高回転の3つの領域に三等分したときの低回転及び中回転領域を含むとしてもよい。第2高負荷領域は、高負荷領域内を、低回転、中回転及び高回転の3つの領域に三等分したときの高回転領域を含むとしてもよい。   Therefore, in the engine 1, the high load region (C) is divided into the first high load region (C1) on the low rotation side and the second high load region (C2) having a higher rotational speed than the first high load region (C1). ). The first high load region may include a low rotation region and a medium rotation region when the high load region is divided into three regions of low rotation, medium rotation, and high rotation. The second high load region may include a high rotation region obtained by dividing the inside of the high load region into three regions of low rotation, medium rotation, and high rotation.

第1高負荷領域において、インジェクタ6は、ECU10の制御信号を受けて、前述した高圧リタード噴射を行う。第2高負荷領域において、インジェクタ6は、ECU10の制御信号を受けて、吸気行程中の所定タイミングで燃料噴射を行う。吸気行程中に行う燃料噴射は、高い燃料圧力が不要である。ECU10は、燃料圧力が、高圧リタード噴射の燃料圧力よりも低くなるよう(例えば燃料圧力が40MPa未満となるよう)、燃料供給システム61に制御信号を出力する。燃料圧力を下げることによって、エンジン1の機械抵抗損失が低下するから、燃費の向上に有利になる。
吸気行程中に燃焼室17の中に燃料を噴射することによって、燃焼室17の中のガスの比熱比が下がるから、圧縮端温度が低くなる。圧縮端温度が低くなるから、エンジン1は、異常燃焼を回避することができる。異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角する必要がないため、第2高負荷領域において、点火プラグ25は、第1高負荷領域と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火する。
In the first high load region, the injector 6 receives the control signal from the ECU 10 and performs the above-described high-pressure retarded injection. In the second high load region, the injector 6 receives a control signal from the ECU 10 and injects fuel at a predetermined timing during the intake stroke. The fuel injection performed during the intake stroke does not require high fuel pressure. The ECU 10 outputs a control signal to the fuel supply system 61 so that the fuel pressure is lower than the fuel pressure of the high pressure retarded injection (for example, the fuel pressure is less than 40 MPa). By reducing the fuel pressure, the mechanical resistance loss of the engine 1 is reduced, which is advantageous for improving fuel consumption.
By injecting fuel into the combustion chamber 17 during the intake stroke, the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber 17 is lowered, so that the compression end temperature is lowered. Since the compression end temperature becomes low, the engine 1 can avoid abnormal combustion. Since it is not necessary to retard the ignition timing in order to avoid abnormal combustion, in the second high load region, the spark plug 25 is mixed at the timing near the compression top dead center, as in the first high load region. I ignite my mind.

第1高負荷領域においては、高圧リタード噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン1は、安定したSI燃焼を行うことができる。第2高負荷領域においては、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン1は、安定したSI燃焼を行うことができる。   In the first high load region, the air-fuel mixture does not reach self-ignition due to the high pressure retarded injection, and therefore the engine 1 can perform stable SI combustion. In the second high load region, the air-fuel mixture does not reach self-ignition due to fuel injection during the intake stroke, and therefore the engine 1 can perform stable SI combustion.

<SI−CI燃焼>
次に、図5(a)〜(c)を参照して、前述したSI−CI燃焼について、さらに詳細に説明をする。図5(a)〜(c)は、SI−CI燃焼における、クランク角に対する熱発生率の変化を例示する波形を示している。圧縮上死点付近、正確には、圧縮上死点よりも前の所定タイミングで、点火プラグ25が混合気に点火すると、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、傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、SI燃焼時の、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、CI燃焼時よりも穏やかになる。
<SI-CI combustion>
Next, the above-described SI-CI combustion will be described in more detail with reference to FIGS. FIGS. 5A to 5C show waveforms illustrating the change in the heat generation rate with respect to the crank angle in SI-CI combustion. When the ignition plug 25 ignites the air-fuel mixture in the vicinity of the compression top dead center, more precisely at a predetermined timing before the compression top dead center, combustion by flame propagation starts. Heat generation during SI combustion is milder than heat generation during CI combustion. Therefore, the waveform of the heat generation rate has a relatively small slope. Although not shown, the pressure fluctuation (dp / dθ) in the combustion chamber 17 during SI combustion is also gentler than that during CI combustion.

SI燃焼によって、筒内温度及び筒内圧が高まると、未燃混合気が自己着火する。図5(a)の例では、ほぼ圧縮上死点において、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。   When the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure are increased by SI combustion, the unburned mixture is self-ignited. In the example of FIG. 5A, the inclination of the waveform of the heat generation rate changes from small to large almost at the compression top dead center. That is, the heat generation rate waveform has an inflection point at the timing when 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. Since CI combustion generates more heat than SI combustion, the heat generation rate is relatively large. However, since CI combustion is performed after compression top dead center, the piston 3 is lowered by motoring. It is avoided that the inclination of the waveform of the heat generation rate due to CI combustion becomes too large. Dp / dθ during CI combustion also becomes relatively gentle.

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SI−CI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。   dp / dθ can be used as an index representing combustion noise. As described above, since SI-CI combustion can reduce dp / dθ, it is possible to avoid excessive combustion noise. become. Combustion noise can be suppressed below an acceptable level.

CI燃焼が終了することによって、SI−CI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。SI−CI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、SI−CI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。SI−CI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。
従って、SI−CI燃焼は、燃焼騒音の防止と、燃費性能の向上とを両立することができる。
When CI combustion ends, SI-CI combustion ends. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. In SI-CI combustion, the combustion end time is earlier than SI combustion. In other words, the SI-CI combustion can bring the combustion end time during the expansion stroke closer to the compression top dead center. SI-CI combustion is more advantageous for improving the fuel efficiency of the engine 1 than SI combustion.
Therefore, SI-CI combustion can achieve both prevention of combustion noise and improvement in fuel efficiency.

ここで、SI−CI燃焼の特性を示すパラメータとして、SI率を定義する。SI率は、SI−CI燃焼により発生した全熱量に対し、SI燃焼により発生した熱量の比率と定義する。つまり、図5(a)においてSI率は、SI率=(SI燃焼の面積)/(SI−CI燃焼の面積)である。SI率は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSI−CI燃焼において、SI燃焼とCI燃焼との比である。SI率が高いと、SI燃焼の割合が高く、SI率が低いと、CI燃焼の割合が高い。   Here, the SI rate is defined as a parameter indicating the characteristic of SI-CI combustion. The SI rate is defined as the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated by SI-CI combustion. That is, in FIG. 5A, the SI rate is SI rate = (SI combustion area) / (SI-CI combustion area). The SI rate is a ratio between SI combustion and CI combustion in SI-CI combustion combining SI combustion and CI combustion. When the SI rate is high, the SI combustion rate is high, and when the SI rate is low, the CI combustion rate is high.

SI率は、前述した定義に限定されるものではない。SI率は、様々な定義が考えられる。例えば、SI率は、CI燃焼により発生した熱量に対する、SI燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。つまり、図5(a)においてSI率=(SI燃焼の面積)/(CI燃焼の面積)としてもよい。   The SI rate is not limited to the above-described definition. Various definitions can be considered for the SI rate. For example, the SI rate may be the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the amount of heat generated by CI combustion. That is, in FIG. 5A, SI rate = (SI combustion area) / (CI combustion area) may be used.

また、SI−CI燃焼において、CI燃焼が開始したタイミングで、熱発生率の波形は変曲点を有している。そこで、図5(b)に示すように、熱発生率の波形における変曲点を境界にし、境界よりも進角側の範囲をSI燃焼、遅角側の範囲をCI燃焼としてもよい。この場合において、SI率は、図5(b)にハッチングを付して示すように、境界よりも進角側の範囲の面積QSI、遅角側の範囲の面積QCIから、SI率=QSI/(QSI+QCI)としてもよいし、SI率=QSI/QCIとしてもよい。また、境界よりも進角側の範囲の全面積ではなく一部の面積と、境界よりも遅角側の範囲の一部の面積とに基づいて、SI率を定義してもよい。 In SI-CI combustion, the waveform of the heat generation rate has an inflection point at the timing when CI combustion starts. Therefore, as shown in FIG. 5B, the inflection point in the waveform of the heat release rate may be used as a boundary, and the range on the advance side of the boundary may be SI combustion and the range on the retard side may be CI combustion. In this case, as shown by hatching in FIG. 5B, the SI rate is calculated based on the area Q SI in the range on the advance side from the boundary and the area Q CI in the range on the retard side from the SI rate = Q SI / (Q SI + Q CI ) may be set, or SI rate = Q SI / Q CI may be set. In addition, the SI rate may be defined on the basis of a part of the area rather than the entire area on the advance side from the boundary and a part of the area on the retard side from the boundary.

また、熱発生に基づいてSI率を定義するのではなく、境界よりも進角側の範囲のクランク角ΔθSI、遅角側の範囲のクランク角ΔθCIから、SI率=ΔθSI/(ΔθSI+ΔθCI)としてもよいし、SI率=ΔθSI/ΔθCIとしてもよい。 In addition, the SI rate is not defined based on the heat generation, but the SI rate = Δθ SI / (Δθ from the crank angle Δθ SI in the advance side range and the crank angle Δθ CI in the retard side range from the boundary. SI + Δθ CI ), or SI rate = Δθ SI / Δθ CI .

さらに、境界よりも進角側の範囲の熱発生率のピークΔPSI、遅角側の範囲の熱発生率のピークΔPCIから、SI率=ΔPSI/(ΔPSI+ΔPCI)としてもよいし、SI率=ΔPSI/ΔPCIとしてもよい。 Further, the SI rate = ΔP SI / (ΔP SI + ΔP CI ) may be calculated from the peak ΔP SI of the heat generation rate in the range on the advance side of the boundary and the peak ΔP CI of the heat generation rate in the range on the retard side. , SI rate = ΔP SI / ΔP CI .

加えて、境界よりも進角側の範囲における熱発生率の傾きφSI、遅角側の範囲における熱発生率の傾きφCIから、SI率=φSI/(φSI+φCI)としてもよいし、SI率=φSI/φCIとしてもよい。 In addition, the SI rate = φ SI / (φ SI + φ CI ) may be calculated based on the inclination φ SI of the heat generation rate in the advance angle range from the boundary and the heat generation rate inclination φ CI in the retard angle range. The SI rate may be φ SI / φ CI .

また、ここでは、熱発生率の波形に基づいて、面積(つまり、熱発生量の大きさ)、横軸の長さ(つまり、クランク角の大きさ)、縦軸の長さ(つまり、熱発生率の大きさ)、又は、傾き(つまり、熱発生率の変化率)から、SI率を定義している。図示は省略するが、筒内圧(P)の波形に基づいて、同様に、面積、横軸の長さ、縦軸の長さ、又は、傾きから、SI率を定義してもよい。   Also, here, based on the heat generation rate waveform, the area (that is, the amount of heat generation), the length of the horizontal axis (that is, the size of the crank angle), the length of the vertical axis (that is, the heat generation amount) The SI rate is defined from the magnitude of the generation rate) or the slope (that is, the rate of change of the heat generation rate). Although illustration is omitted, based on the waveform of the in-cylinder pressure (P), the SI rate may be similarly defined from the area, the length of the horizontal axis, the length of the vertical axis, or the slope.

また、SI−CI燃焼において、熱発生率又は圧力に係る燃焼波形の変曲点は、常に明確に現れるとは限らない。変曲点に基づかないSI率の定義として、次のような定義を用いてもよい。つまり、図5(c)に示すように、燃焼波形において、圧縮上死点(TDC)よりも進角側の範囲をSI燃焼とし、圧縮上死点よりも遅角側の範囲をCI燃焼としてもよい。その上で、前記と同様に、面積(QSI、QCI)、横軸の長さ(ΔθSI、ΔθCI)、縦軸の長さ(ΔPSI、ΔPCI)、又は、傾き(φSI、φCI)から、SI率を定義してもよい。 In SI-CI combustion, the inflection point of the combustion waveform related to the heat generation rate or pressure does not always appear clearly. The following definition may be used as the definition of the SI rate that is not based on the inflection point. That is, as shown in FIG. 5C, in the combustion waveform, the range on the advance side from the compression top dead center (TDC) is SI combustion, and the range on the retard side from the compression top dead center is CI combustion. Also good. Then, as described above, the area (Q SI , Q CI ), the horizontal axis length (Δθ SI , Δθ CI ), the vertical axis length (ΔP SI , ΔP CI ), or the slope (φ SI , Φ CI ), the SI rate may be defined.

さらに、SI率は、燃焼室17の中で実際に行われた燃焼波形によって定義するのではなく、燃料量に基づいて定義してもよい。後述するように、SI−CI燃焼を行う中負荷領域においては、前段噴射と後段噴射とを含む分割噴射を行う。後段噴射によって燃焼室17の中に噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、燃焼室17の中で拡散せずに、点火プラグ25の付近に位置するようになる。従って、後段噴射によって燃焼室17の中に噴射された燃料は、主にSI燃焼によって燃焼する。一方、前段噴射によって燃焼室17の中に噴射された燃料は、主にCI燃焼によって燃焼する。従って、前段噴射によって噴射する燃料量(m1)と、後段噴射によって噴射する燃料量(m2)とに基づいて、SI率を定義することが可能である。つまり、SI率=m2/(m1+m2)としてもよいし、SI率=m2/m1としてもよい。 Further, the SI rate may be defined not based on the combustion waveform actually performed in the combustion chamber 17 but based on the fuel amount. As will be described later, in the middle load region where SI-CI combustion is performed, split injection including front-stage injection and rear-stage injection is performed. The fuel injected into the combustion chamber 17 by the post-injection is not diffused in the combustion chamber 17 and is positioned in the vicinity of the spark plug 25 because the time from injection to ignition is short. Therefore, the fuel injected into the combustion chamber 17 by the post-stage injection mainly burns by SI combustion. On the other hand, the fuel injected into the combustion chamber 17 by the pre-stage injection mainly burns by CI combustion. Therefore, the SI rate can be defined based on the fuel amount (m 1 ) injected by the front injection and the fuel amount (m 2 ) injected by the rear injection. That is, the SI rate = m 2 / (m 1 + m 2 ) may be set, or the SI rate = m 2 / m 1 may be set.

<エンジンの基本運転制御>
エンジン1は、前述したように、運転状態に応じてSI燃焼とSI−CI燃焼とを切り替える。エンジン1はまた、エンジン1の運転状態に応じてSI率を変更する。自己着火による燃焼を行う運転領域が拡大するため、エンジン1は、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費の向上を図ることとが両立する。
<Basic engine operation control>
As described above, the engine 1 switches between SI combustion and SI-CI combustion according to the operating state. The engine 1 also changes the SI rate according to the operating state of the engine 1. Since the operating range in which combustion is performed by self-ignition is expanded, the engine 1 is compatible with both suppressing the generation of combustion noise and improving fuel consumption.

図6は、エンジン1の負荷の高低に対する、SI率の変化、燃焼室17の中の状態量の変化、吸気弁の開弁期間及び排気弁の開弁期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を例示している。以下、所定の回転数で、エンジン1の負荷が次第に高くなる想定において、本実施形態によるエンジン1の基本運転制御について説明する。   FIG. 6 shows the change in the SI ratio, the change in the state quantity in the combustion chamber 17 with respect to the load of the engine 1, the change in the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve, and the fuel injection timing. And changes in ignition timing are illustrated. Hereinafter, the basic operation control of the engine 1 according to the present embodiment will be described on the assumption that the load of the engine 1 gradually increases at a predetermined rotational speed.

(低負荷領域(低負荷SI燃焼))
低負荷領域(A)において、エンジン1は、低負荷SI燃焼を行う。エンジン1の運転状態が低負荷領域にあるときに、SI率は100%で一定である。
(Low load area (low load SI combustion))
In the low load region (A), the engine 1 performs low load SI combustion. When the operating state of the engine 1 is in the low load region, the SI rate is constant at 100%.

低負荷領域においては、前述したように、混合気のG/Fを、18.5〜30の間で一定にする。エンジン1は、燃焼室17の中に、燃料量に応じた量の新気及び既燃ガスを導入する。新気の導入量は、前述したように、スロットリング、及び/又は、ミラーサイクルによって調整する。希釈率が高いため、SI燃焼を安定化させるために、筒内温度を高める。エンジン1は、低負荷領域においては、内部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。   In the low load region, as described above, the G / F of the air-fuel mixture is kept constant between 18.5 and 30. The engine 1 introduces fresh air and burned gas in an amount corresponding to the amount of fuel into the combustion chamber 17. As described above, the amount of fresh air introduced is adjusted by throttling and / or mirror cycles. Since the dilution rate is high, the in-cylinder temperature is increased in order to stabilize SI combustion. The engine 1 introduces internal EGR gas into the combustion chamber 17 in a low load region.

内部EGRガスは、排気上死点を挟んで吸気弁21及び排気弁22が共に閉弁したネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室17の中に導入する(つまり、既燃ガスを燃焼室17の中に閉じ込める)。内部EGRガス量の調整は、吸気電動VVT23により吸気弁21の開弁時期を調整することと、排気電動VVT24により排気弁22の開弁時期を調整することと、によって、ネガティブオーバーラップ期間の長さを適宜設定することにより行う。   The internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 by providing a negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed across the exhaust top dead center (that is, the burned gas is introduced into the combustion chamber). 17). The internal EGR gas amount is adjusted by adjusting the opening timing of the intake valve 21 by the intake electric VVT 23 and adjusting the opening timing of the exhaust valve 22 by the exhaust electric VVT 24. This is done by appropriately setting the length.

低負荷領域においては、燃焼室17の中に導入する充填量が100%未満に調整される。燃料量が増大するに従い、燃焼室17の中に導入する新気の量、及び、内部EGRガスの量が次第に増える。低負荷領域におけるEGR率(つまり、燃焼室17の中の全ガスに対するEGRガスの質量比)は、例えば50%である。   In the low load region, the filling amount introduced into the combustion chamber 17 is adjusted to less than 100%. As the amount of fuel increases, the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 and the amount of internal EGR gas gradually increase. The EGR rate in the low load region (that is, the mass ratio of EGR gas to the total gas in the combustion chamber 17) is, for example, 50%.

インジェクタ6は、吸気行程中に、燃焼室17の中に燃料を噴射する。燃焼室17の中には、空気過剰率λが1.0±0.2でかつ、G/Fが18.5〜30になった、均質な混合気が形成される。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ことによって、混合気は、自己着火に至らずに、火炎伝播により燃焼する。   The injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 during the intake stroke. In the combustion chamber 17, a homogeneous air-fuel mixture is formed in which the excess air ratio λ is 1.0 ± 0.2 and G / F is 18.5-30. When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center, the air-fuel mixture burns by flame propagation without reaching self-ignition.

(第2中負荷領域(非過給SI−CI燃焼))
エンジン1の負荷が高くなって、運転状態が第2中負荷領域(B2)に入ると、エンジン1は、低負荷SI燃焼から非過給SI−CI燃焼に切り替える。SI率は、100%未満になる。エンジン1の負荷が高まるに従い燃料量が増える。第2中負荷領域の中において負荷が低いときには、燃料量の増大に従って、CI燃焼の割合を増やす。SI率は、エンジン1の負荷が高くなる従って、次第に小さくなる。SI率は、図6の例では、50%以下の所定値(最小値)にまで減少する。
燃料量が増えるため、第2中負荷領域においては、燃焼温度が高くなる。筒内温度が高くなりすぎると、CI燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。
(Second medium load region (non-supercharged SI-CI combustion))
When the load of the engine 1 becomes high and the operation state enters the second middle load region (B2), the engine 1 switches from the low load SI combustion to the non-supercharged SI-CI combustion. The SI rate is less than 100%. As the load on the engine 1 increases, the amount of fuel increases. When the load is low in the second medium load region, the rate of CI combustion is increased as the fuel amount increases. The SI rate gradually decreases as the load on the engine 1 increases. In the example of FIG. 6, the SI rate decreases to a predetermined value (minimum value) of 50% or less.
Since the amount of fuel increases, the combustion temperature becomes higher in the second medium load region. If the in-cylinder temperature becomes too high, heat generation at the start of CI combustion becomes intense. If it becomes so, combustion noise will increase.

そこで、第2中負荷領域においては、燃焼室17の中の圧縮開始前の温度を調整するために、エンジン1の負荷が変化することに対して、内部EGRガスと、外部EGRガスとの割合を変更する。つまり、エンジン1の負荷が高くなるに従い、熱い内部EGRガスを次第に減らし、冷却した外部EGRガスを次第に増やす。ネガティブオーバーラップ期間は、第2中負荷領域において、負荷が高くなるに従い、最大からゼロになるまで変更される。内部EGRガスは、第2中負荷領域において最も負荷が高くなるとゼロになる。   Therefore, in the second medium load region, the ratio of the internal EGR gas and the external EGR gas to the change in the load of the engine 1 in order to adjust the temperature before the compression start in the combustion chamber 17. To change. That is, as the load on the engine 1 increases, the hot internal EGR gas is gradually reduced and the cooled external EGR gas is gradually increased. The negative overlap period is changed from the maximum to zero as the load increases in the second medium load region. The internal EGR gas becomes zero when the load becomes highest in the second medium load region.

EGR弁54の開度は、第2中負荷領域において、負荷が高くなるに従い、外部EGRガスが増えるよう変更される。燃焼室17の中に導入される外部EGRガスの量は、EGR率で表すと、例えば0〜30%の間において調整される。第2中負荷領域においては、エンジン1の負荷が高くなるに従い、EGRガスが、内部EGRガスから外部EGRガスへと置換される。   The opening degree of the EGR valve 54 is changed in the second medium load region so that the external EGR gas increases as the load increases. The amount of the external EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is adjusted, for example, between 0 to 30% when expressed in terms of the EGR rate. In the second medium load region, the EGR gas is replaced from the internal EGR gas to the external EGR gas as the load on the engine 1 increases.

なお、低負荷領域と第2中負荷領域との間で、燃焼室17の中に導入するEGRガス量は連続している。第2中負荷領域における負荷の低い領域においては、低負荷領域と同じように、内部EGRガスが燃焼室17の中に、大量に導入されている。筒内温度が高くなるため、エンジン1の負荷が低いときに、混合気が確実に自己着火する。第2中負荷領域における負荷の高い領域においては、外部EGRガスが燃焼室17の中に導入されている。筒内温度が低くなるため、エンジン1の負荷が高いときに、CI燃焼に伴う燃焼騒音を抑制することができる。   Note that the amount of EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is continuous between the low load region and the second medium load region. In the low load region in the second medium load region, a large amount of internal EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 as in the low load region. Since the in-cylinder temperature becomes high, the air-fuel mixture reliably ignites when the load on the engine 1 is low. The external EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 in the high load region in the second medium load region. Since the in-cylinder temperature is lowered, combustion noise associated with CI combustion can be suppressed when the load on the engine 1 is high.

第2中負荷領域においては、燃焼室17の中に導入する充填量が100%にされる。スロットル弁43の開度は、全開である。内部EGRガスと外部EGRガスとを合わせたEGRガス量を調整することによって、燃焼室17の中に導入する新気の量を、燃料量に対応する量に調整する。   In the second medium load region, the filling amount introduced into the combustion chamber 17 is made 100%. The opening degree of the throttle valve 43 is fully open. By adjusting the amount of EGR gas that is a combination of the internal EGR gas and the external EGR gas, the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 is adjusted to an amount corresponding to the fuel amount.

非過給SI−CI燃焼においてCI燃焼の割合が大きくなるに従い、自己着火のタイミングが早くなる。自己着火のタイミングが圧縮上死点よりも早くなると、CI燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。そこで、エンジン1は、エンジン1の負荷が所定負荷L1に到達すれば、エンジン1の負荷が高まることに従い、SI率を次第に大きくする。   In the non-supercharged SI-CI combustion, the timing of self-ignition is advanced as the CI combustion ratio increases. If the timing of self-ignition becomes earlier than the compression top dead center, heat generation when CI combustion starts becomes intense. If it becomes so, combustion noise will increase. Therefore, when the load on the engine 1 reaches the predetermined load L1, the engine 1 gradually increases the SI rate as the load on the engine 1 increases.

つまり、エンジン1は、燃料量の増大に従ってSI燃焼の割合を増やす。具体的には、非過給SI−CI燃焼においては、燃料量が増えるに従い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、内部EGRガスの導入量を減らしかつ、外部EGRガスの導入量を増やすことによって、筒内温度の調整を行っているから、燃料量が増えても、SI燃焼による筒内温度上昇を抑制することが可能になる。SI燃焼の熱発生率の変化率は、負荷が高くなっても、ほとんど変わらないようにする。点火タイミングを進角すると、SI燃焼の開始が早まる分、SI燃焼の熱発生量が増える。   That is, the engine 1 increases the rate of SI combustion as the fuel amount increases. Specifically, in non-supercharged SI-CI combustion, the ignition timing is gradually advanced as the fuel amount increases. As described above, the in-cylinder temperature is adjusted by reducing the introduction amount of the internal EGR gas and increasing the introduction amount of the external EGR gas. Therefore, even if the fuel amount increases, the in-cylinder temperature due to SI combustion. It is possible to suppress the rise. The rate of change in the heat generation rate of SI combustion should be almost unchanged even when the load increases. If the ignition timing is advanced, the amount of heat generated by SI combustion increases as the SI combustion starts earlier.

SI燃焼による燃焼室17の中の温度上昇が抑制される結果、未燃混合気は、圧縮上死点以降のタイミングで自己着火する。CI燃焼による熱発生は、SI燃焼の熱発生量が増えているから、エンジン1の負荷が高くなっても、ほぼ同じになる。従って、エンジン1の負荷が高くなることに応じて、SI率を次第に高く設定することにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。なお、非過給SI−CI燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。   As a result of suppressing the temperature rise in the combustion chamber 17 due to SI combustion, the unburned air-fuel mixture self-ignites at a timing after the compression top dead center. The heat generation by the CI combustion is almost the same even if the load of the engine 1 is high because the heat generation amount of the SI combustion is increased. Therefore, it is possible to avoid an increase in combustion noise by setting the SI rate gradually higher in accordance with the load on the engine 1 becoming higher. Note that the combustion center of gravity of non-supercharged SI-CI combustion is retarded as the load increases.

第2中負荷領域において、インジェクタ6は、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との2回に分けて、燃焼室17の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。燃焼室17の中には、空気過剰率λが1.0±0.2でかつ、G/Fが18.5〜30になった、略均質な混合気が形成される。混合気が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。   In the second medium load region, the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 in two steps of the front injection and the rear injection during the compression stroke. The front-stage injection injects fuel at a timing away from the ignition timing, and the rear-stage injection injects fuel at a timing close to the ignition timing. In the combustion chamber 17, a substantially homogeneous air-fuel mixture with an excess air ratio λ of 1.0 ± 0.2 and a G / F of 18.5-30 is formed. Since the air-fuel mixture is substantially homogeneous, it is possible to improve fuel efficiency by reducing unburned loss and to improve exhaust gas performance by avoiding the generation of smoke.

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ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にSI燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にCI燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。   When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center, the air-fuel mixture burns by flame propagation. Thereafter, the unburned mixture self-ignites and performs CI combustion. The fuel injected by the latter-stage injection mainly undergoes SI combustion. The fuel injected by the pre-stage injection mainly undergoes CI combustion. Since the pre-injection is performed during the compression stroke, it is possible to prevent the fuel injected by the pre-injection from inducing abnormal combustion such as premature ignition. Moreover, the fuel injected by the latter stage injection can be stably burned by flame propagation.

(第1中負荷領域(過給SI−CI燃焼))
エンジン1の負荷がさらに高まり、エンジン1の運転状態が第1中負荷領域(B1)に入ると、過給機44が、新気及び外部EGRガスの過給を行う。燃焼室17の中に導入する新気の量、及び、外部EGRガスの量は共に、エンジン1の負荷が高くなるに従い増える。燃焼室17の中に導入される外部EGRガスの量は、EGR率で表すと、例えば30%である。EGR率は、エンジン1の負荷の高低に関わらず一定である。従って、混合気のG/Fも、エンジン1の負荷の高低に関わらず一定である。なお、第2中負荷領域と第1中負荷領域との間で、燃焼室17の中に導入するEGRガス量は連続している。
(First medium load region (supercharged SI-CI combustion))
When the load on the engine 1 further increases and the operating state of the engine 1 enters the first medium load region (B1), the supercharger 44 supercharges fresh air and external EGR gas. Both the amount of fresh air introduced into the combustion chamber 17 and the amount of external EGR gas increase as the load on the engine 1 increases. The amount of external EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is, for example, 30% in terms of the EGR rate. The EGR rate is constant regardless of the load level of the engine 1. Accordingly, the G / F of the air-fuel mixture is also constant regardless of the load of the engine 1. Note that the amount of EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is continuous between the second medium load region and the first medium load region.

SI率は、100%未満の所定値で、エンジン1の負荷の高低に対して一定にする。第2中負荷領域のSI率、特に所定負荷L1よりも負荷が高く、エンジン1の負荷が高まることに従い次第に大きくなるSI率と、第1中負荷領域のSI率とを比較したときに、エンジン1の負荷が高い第1中負荷領域のSI率の方が、第2中負荷領域のSI率よりも高い。第1中負荷領域と第2中負荷領域との境界において、SI率は連続している。   The SI rate is a predetermined value less than 100%, and is constant with respect to the load of the engine 1. When comparing the SI rate in the second medium load region, particularly the SI rate that is higher than the predetermined load L1 and gradually increases as the load of the engine 1 increases, the SI rate in the first medium load region is The SI rate in the first medium load region with a high load of 1 is higher than the SI rate in the second medium load region. The SI rate is continuous at the boundary between the first medium load region and the second medium load region.

過給SI−CI燃焼においても、燃料量が増えることに伴い、点火タイミングを次第に進角させるようにする。前述したように、過給によって燃焼室17の中に導入する新気及びEGRガス量を増やしているため、熱容量が大きい。燃料量が増えても、SI燃焼による筒内温度上昇を抑制することが可能になる。過給SI−CI燃焼の熱発生率の波形は、負荷が高くなるに従い、相似形で大きくなる。   Also in the supercharged SI-CI combustion, the ignition timing is gradually advanced as the fuel amount increases. As described above, since the amount of fresh air and EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is increased by supercharging, the heat capacity is large. Even if the amount of fuel increases, it is possible to suppress an increase in in-cylinder temperature due to SI combustion. The waveform of the heat generation rate of supercharged SI-CI combustion increases in a similar manner as the load increases.

つまり、SI燃焼の熱発生率の変化率がほとんど変わらずに、SI燃焼の熱発生量が増える。圧縮上死点以降の、ほぼ同じタイミングで、未燃混合気が自己着火をする。CI燃焼による熱発生量は、エンジン1の負荷が高くなると、多くなる。その結果、第1中負荷領域においては、SI燃焼の熱発生量とCI燃焼の熱発生量とが共に増えるから、エンジン1の負荷の高低に対してSI率が一定になる。CI燃焼の熱発生のピークが高くなると、燃焼騒音が大きくなるが、第1中負荷領域は、エンジン1の負荷が比較的高いため、ある程度の大きさの燃焼騒音は許容することができる。なお、過給SI−CI燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。   That is, the rate of change in the heat generation rate of SI combustion hardly changes, and the amount of heat generation in SI combustion increases. The unburned mixture self-ignites at approximately the same timing after compression top dead center. The amount of heat generated by CI combustion increases as the load on the engine 1 increases. As a result, in the first medium load region, both the heat generation amount of SI combustion and the heat generation amount of CI combustion increase, so the SI rate becomes constant with respect to the load of the engine 1. When the peak of heat generation of CI combustion increases, the combustion noise increases. However, since the load of the engine 1 is relatively high in the first medium load region, a certain level of combustion noise can be tolerated. Note that the combustion center of gravity of supercharged SI-CI combustion is retarded as the load increases.

第1中負荷領域においては、排気上死点を挟んで、吸気弁21と排気弁22とが共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。燃焼室17の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、筒内温度が低くなるため、エンジン1の負荷が比較的高いときに、異常燃焼が発生してしまうことを抑制することができる。また、筒内温度を下げることによって、エンジン1の負荷が比較的高い領域において、自己着火のタイミングを適切なタイミングにすることができ、SI率を所定のSI率に維持することが可能になる。さらに、既燃ガスを掃気することによって、燃焼室17の中の新気の充填量を高めることができる。   In the first intermediate load region, an overlap period is provided in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened across the exhaust top dead center. The burned gas remaining in the combustion chamber 17 is scavenged by the supercharging pressure. Thereby, since the in-cylinder temperature is lowered, it is possible to prevent abnormal combustion from occurring when the load on the engine 1 is relatively high. In addition, by reducing the in-cylinder temperature, the self-ignition timing can be set to an appropriate timing in a region where the load of the engine 1 is relatively high, and the SI rate can be maintained at a predetermined SI rate. . Further, the amount of fresh air in the combustion chamber 17 can be increased by scavenging the burned gas.

第1中負荷領域において、インジェクタ6は、第2中負荷領域と同様に、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との2回に分けて、燃焼室17の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。燃焼室17の中には、空気過剰率λが1.0±0.2でかつ、G/Fが18.5〜30になった、略均質な混合気が形成される。混合気が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。   In the first medium load region, the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 in two steps of the pre-stage injection and the post-stage injection during the compression stroke, as in the second medium load region. The front-stage injection injects fuel at a timing away from the ignition timing, and the rear-stage injection injects fuel at a timing close to the ignition timing. In the combustion chamber 17, a substantially homogeneous air-fuel mixture with an excess air ratio λ of 1.0 ± 0.2 and a G / F of 18.5-30 is formed. Since the air-fuel mixture is substantially homogeneous, it is possible to improve fuel efficiency by reducing unburned loss and to improve exhaust gas performance by avoiding the generation of smoke.

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ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にSI燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にCI燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。   When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center, the air-fuel mixture burns by flame propagation. Thereafter, the unburned mixture self-ignites and performs CI combustion. The fuel injected by the latter-stage injection mainly undergoes SI combustion. The fuel injected by the pre-stage injection mainly undergoes CI combustion. Since the pre-injection is performed during the compression stroke, it is possible to prevent the fuel injected by the pre-injection from inducing abnormal combustion such as premature ignition. Moreover, the fuel injected by the latter stage injection can be stably burned by flame propagation.

(高負荷領域(高負荷SI燃焼))
エンジン1の負荷がさらに高まり、エンジン1の運転状態が高負荷領域(C)に入ると、エンジン1は、高負荷SI燃焼を行う。従って、高負荷領域においてSI率は、100%になる。
(High load range (high load SI combustion))
When the load on the engine 1 further increases and the operating state of the engine 1 enters the high load region (C), the engine 1 performs high load SI combustion. Therefore, the SI rate is 100% in the high load region.

スロットル弁43は、全開である。過給機44は、高負荷領域においても、新気及び外部EGRガスの過給を行う。EGR弁54は、開度を調整することによって、エンジン1の負荷が高くなるに従い、外部EGRガスの導入量を次第に減少させる。そうすることによって、燃焼室17の中に導入される新気が、エンジン1の負荷が高くなると増える。新気の量が増えると、燃料量を増やすことができるため、エンジン1の最高出力を高くする上で、有利になる。なお、第1中負荷領域と高負荷領域の間で、燃焼室17の中に導入するEGRガス量は連続している。   The throttle valve 43 is fully open. The supercharger 44 supercharges fresh air and external EGR gas even in a high load region. The EGR valve 54 adjusts the opening to gradually reduce the amount of external EGR gas introduced as the load on the engine 1 increases. By doing so, the fresh air introduced into the combustion chamber 17 increases as the load on the engine 1 increases. As the amount of fresh air increases, the amount of fuel can be increased, which is advantageous in increasing the maximum output of the engine 1. Note that the amount of EGR gas introduced into the combustion chamber 17 is continuous between the first medium load region and the high load region.

高負荷領域においても、第1中負荷領域と同様に、排気上死点を挟んで、吸気弁21と排気弁22とが共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。燃焼室17の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。また、燃焼室17の中の新気の充填量を高めることができる。   Also in the high load region, similarly to the first medium load region, an overlap period is provided in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened with the exhaust top dead center interposed therebetween. The burned gas remaining in the combustion chamber 17 is scavenged by the supercharging pressure. Thereby, generation | occurrence | production of abnormal combustion is suppressed. In addition, the amount of fresh air in the combustion chamber 17 can be increased.

高負荷領域の低回転側の領域(つまり、第1高負荷領域(C1))において、インジェクタ6は、前述したように、リタード期間内に、燃焼室17の中に燃料を噴射する。高負荷領域の高回転側の領域(つまり、第2高負荷領域(C2))においては、インジェクタ6は、吸気行程中に、燃焼室17の中に燃料を噴射する。いずれにおいても、燃焼室17の中には、空気過剰率λが1.0±0.2でかつ、G/Fが18.5〜30になった、略均質な混合気が形成される。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ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。高負荷領域においては、高圧リタード噴射又は吸気行程中の燃料噴射によって、混合気は自己着火に至らずにSI燃焼する。   In the region on the low rotation side of the high load region (that is, the first high load region (C1)), the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 within the retard period as described above. In the region on the high rotation side of the high load region (that is, the second high load region (C2)), the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 during the intake stroke. In any case, in the combustion chamber 17, a substantially homogeneous mixture having an excess air ratio λ of 1.0 ± 0.2 and a G / F of 18.5 to 30 is formed. When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center, the air-fuel mixture burns by flame propagation. In the high load region, the air-fuel mixture undergoes SI combustion without reaching self-ignition by high-pressure retarded injection or fuel injection during the intake stroke.

<エンジン負荷とSI率及び自己着火時期との関係>
次に、本実施形態によるSI率及び自己着火時期の制御について説明する。本実施形態では、ECU10は、SI率及び自己着火時期の各々を制御する手段(第1及び第2制御手段)として機能し、これらの手段によって、エンジン1の1燃焼サイクル中において、SI燃焼及びCI燃焼の両方の燃焼状態をエンジン1の運転状態に応じて変更するようにする。こうすることで、所望のSI−CI燃焼波形が実現されるようにする。具体的には、所望のSI率及び自己着火時期が実現されるようにする。
<Relationship between engine load, SI rate and self-ignition timing>
Next, control of the SI rate and self-ignition timing according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the ECU 10 functions as means (first and second control means) for controlling each of the SI rate and the self-ignition timing, and by these means, during one combustion cycle of the engine 1, SI combustion and Both combustion states of the CI combustion are changed according to the operating state of the engine 1. By doing so, a desired SI-CI combustion waveform is realized. Specifically, a desired SI rate and self-ignition timing are realized.

図7を参照して、本実施形態において、ECU10がエンジン負荷に応じて実行するSI率及び自己着火時期の制御について具体的に説明する。図7は、本実施形態におけるエンジン負荷とSI率及び自己着火時期との関係を説明するための図である。   With reference to FIG. 7, in this embodiment, the control of the SI rate and the self-ignition timing executed by the ECU 10 according to the engine load will be specifically described. FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the engine load, the SI rate, and the self-ignition timing in the present embodiment.

図7では、横軸にクランク角を示し、縦軸に熱発生率(dQ/dθ)を示しており、エンジン負荷に応じて適用する、複数のSI−CI燃焼の燃焼波形(換言すると熱発生形状)を示している。このような図7に示す燃焼波形は、典型的には、上述した過給を行わない第2中負荷領域B2、より詳しくは第2中負荷領域B2における所定負荷L1を超える領域において適用される(図6参照)。なお、本来はエンジン負荷が高くなるほど発生熱量Qが増えるので「dQ/dθ」の面積が大きくなっていくが、図7では、燃焼波形の形状に着目する観点から、「dQ/dθ」の値を正規化して略同一の面積にした燃焼波形を示している。   In FIG. 7, the abscissa indicates the crank angle, and the ordinate indicates the heat generation rate (dQ / dθ), and a plurality of combustion waveforms of SI-CI combustion applied in accordance with the engine load (in other words, heat generation). Shape). Such a combustion waveform shown in FIG. 7 is typically applied in the above-described second medium load region B2 where supercharging is not performed, more specifically, in a region exceeding the predetermined load L1 in the second medium load region B2. (See FIG. 6). Note that, since the amount of generated heat Q increases as the engine load increases, the area of “dQ / dθ” increases. In FIG. 7, from the viewpoint of focusing on the shape of the combustion waveform, the value of “dQ / dθ” Shows a combustion waveform in which is normalized to have approximately the same area.

まず、グラフG11に示すように、エンジン負荷が比較的低い場合には、燃焼騒音があまり問題にならないので、ECU10は、安定した自己着火を実現可能な圧縮上死点(TDC)付近のクランク角(比較的進角側のクランク角)をCI燃焼の自己着火時期に適用する。また、燃焼期間が短いほうが燃費が良いので、ECU10は、SI−CI燃焼におけるSI率を小さくする、つまりSI−CI燃焼におけるCI燃焼の比率を大きくする。次に、グラフG12に示すように、エンジン負荷が高くなるにつれて、ECU10は、燃焼騒音の発生を抑制するために、SI率を増大させると共に(矢印A11、A12)、CI燃焼が行われる期間をできるだけ延ばすようにCI燃焼の自己着火時期を遅角させる(矢印A13)。   First, as shown in the graph G11, when the engine load is relatively low, the combustion noise is not a problem. Therefore, the ECU 10 has a crank angle near the compression top dead center (TDC) that can realize stable self-ignition. (Relatively advanced crank angle) is applied to the self-ignition timing of CI combustion. In addition, since the fuel consumption is better when the combustion period is shorter, the ECU 10 decreases the SI rate in SI-CI combustion, that is, increases the ratio of CI combustion in SI-CI combustion. Next, as shown in the graph G12, as the engine load increases, the ECU 10 increases the SI rate (arrows A11 and A12) and suppresses the period during which CI combustion is performed in order to suppress the generation of combustion noise. The self-ignition timing of CI combustion is retarded so as to extend as much as possible (arrow A13).

次に、ECU10は、グラフG13に示すように、エンジン負荷の上昇に伴ってSI率を増大させると共に自己着火時期を遅角させていった場合において(矢印A14、A15、A16)、自己着火時期が所定の遅角限界θlimに達すると、自己着火時期をこの遅角限界θlimに固定し、自己着火時期を遅角限界θlimよりも遅角させないようにする。この遅角限界θlimは、CI燃焼の自己着火安定性が確保される限界の着火時期に基づき定められており、そのような遅角限界θlimによって自己着火時期の遅角を制限することで、CI燃焼の自己着火安定性を確保するようにしている。なお、遅角限界θlimを固定値に設定することに限定はされず、エンジン1の種々の状態(例えば筒内温度など)に応じて変化させてもよい。 Next, as shown in the graph G13, the ECU 10 increases the SI rate as the engine load increases and retards the self-ignition timing (arrows A14, A15, A16). When reaches a predetermined retardation limit θ lim , the self-ignition timing is fixed to this retardation limit θ lim so that the self-ignition timing is not retarded from the retardation limit θ lim . This retard angle limit θ lim is determined based on the limit ignition timing at which the CI combustion self-ignition stability is ensured, and by limiting the retard angle of the self-ignition timing by such retard angle limit θ lim . , CI combustion self-ignition stability is ensured. The retardation limit θ lim is not limited to being set to a fixed value, and may be changed according to various states of the engine 1 (for example, the in-cylinder temperature).

次に、ECU10は、エンジン負荷がさらに高くなると、グラフG14に示すように、SI燃焼における熱発生率(dQ/dθ)がほぼ最大になるクランク角を(SI燃焼のみを示す破線のグラフG15も合せて参照)、自己着火時期に適用することで、CI燃焼の自己着火安定性を確保するようにする。具体的には、ECU10は、SI燃焼の熱発生ピーク(50%燃焼位置)に対応するクランク角を自己着火時期に適用する。そして、ECU10は、エンジン負荷がさらに高くなると、第2中負荷領域B2から第1中負荷領域B1へと移行することで、過給機44による過給を実行することにより、燃焼騒音を抑制するようにする。この場合に適用する燃焼波形は、グラフG14とほぼ同様のものとなる。   Next, as the engine load further increases, the ECU 10 determines the crank angle at which the heat generation rate (dQ / dθ) in SI combustion becomes almost maximum as shown in the graph G14 (the broken line graph G15 indicating only SI combustion also). In addition, the self-ignition stability of CI combustion is ensured by applying the self-ignition timing. Specifically, the ECU 10 applies the crank angle corresponding to the heat generation peak (50% combustion position) of SI combustion to the self-ignition timing. Then, when the engine load further increases, the ECU 10 shifts from the second middle load region B2 to the first middle load region B1, thereby suppressing combustion noise by executing supercharging by the supercharger 44. Like that. The combustion waveform applied in this case is almost the same as that of the graph G14.

更に、本実施形態では、図7に示すように、ECU10は、ドライバ要求に応じた目標エンジントルクを確実に満たすべく、SI−CI燃焼における燃焼重心位置がエンジン負荷によらずにほぼ一定になるように、SI率及び自己着火時期を設定する。特に、SI−CI燃焼における燃焼重心が圧縮上死点後の2〜6度(ATDC2〜6度)付近にあるときに燃費が向上するので、ECU10は、そのようなSI−CI燃焼における燃焼重心位置が維持されるように、エンジン負荷を考慮しつつ、SI率及び自己着火時期を設定する。このときに、ECU10は、燃焼開始前の筒内温度もさらに調整するようにする。典型的には、ECU10は、エンジン負荷が低くなるほど、燃焼開始前の筒内温度を高める制御を行う(換言すると、エンジン負荷が高くなるほど、燃焼開始前の筒内温度を下げる制御を行う)。例えば、ECU10は、内部EGR率を増やす制御を行って、燃焼開始前の筒内温度を高めるようにする。これにより、SI燃焼の開始を遅らせることができる、つまりSI燃焼の開始が早まらないようにすることができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the ECU 10 makes the combustion gravity center position in the SI-CI combustion almost constant regardless of the engine load so as to reliably satisfy the target engine torque according to the driver request. Thus, the SI rate and the self-ignition timing are set. In particular, since the fuel efficiency improves when the combustion center of gravity in SI-CI combustion is in the vicinity of 2 to 6 degrees (ATDC 2 to 6 degrees) after compression top dead center, the ECU 10 determines the combustion center of gravity in such SI-CI combustion. The SI rate and self-ignition timing are set in consideration of the engine load so that the position is maintained. At this time, the ECU 10 further adjusts the in-cylinder temperature before the start of combustion. Typically, the ECU 10 performs control to increase the in-cylinder temperature before the start of combustion as the engine load decreases (in other words, performs control to decrease the in-cylinder temperature before the start of combustion as the engine load increases). For example, the ECU 10 performs control to increase the internal EGR rate so as to increase the in-cylinder temperature before the start of combustion. Thereby, the start of SI combustion can be delayed, that is, the start of SI combustion can be prevented from being accelerated.

なお、燃焼開始前の筒内温度が比較的低い状態においては、エンジン負荷が高くなるほど、SI率を増大させるように、SI燃焼のための点火時期を進角させてもよい。この場合、火炎伝播確保や冷却損失抑制の観点から(つまりSI燃焼の開始が早くなり過ぎないようにするため)、所定の進角限界を超えない範囲内において、点火時期を進角側に設定するのがよい。
但し、燃焼開始前の筒内温度が比較的高い状態においては、エンジン負荷が高くなるほど、筒内温度をできるだけ低下させるようにして、SI率を増大させるようにするのがよい。燃焼開始前の筒内温度が高いと、SI燃焼後に筒内温度が速やかに着火温度に到達することで、CI燃焼が所望の自己着火時期よりも早く生じてしまうことがあるからである。
In a state where the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively low, the ignition timing for SI combustion may be advanced so that the SI rate increases as the engine load increases. In this case, from the viewpoint of ensuring flame propagation and cooling loss suppression (that is, to prevent SI combustion from starting too early), set the ignition timing to the advance side within a range that does not exceed the predetermined advance limit. It is good to do.
However, in a state where the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively high, it is preferable to increase the SI rate by decreasing the in-cylinder temperature as much as the engine load increases. This is because if the in-cylinder temperature before the start of combustion is high, the in-cylinder temperature quickly reaches the ignition temperature after SI combustion, so that CI combustion may occur earlier than the desired self-ignition timing.

<筒内温度とSI率との関係>
次に、本実施形態によるSI率及び筒内温度の制御について説明する。本実施形態では、ECU10は、SI率及び筒内温度の各々を制御する手段(第1及び第2制御手段)として機能し、これらの手段によって、エンジン1の1燃焼サイクル中において、SI燃焼及びCI燃焼の両方の燃焼状態をエンジン1の運転状態に応じて変更するようにする。こうすることで、所望のSI−CI燃焼波形が実現されるようにする。具体的には、所望のSI率及び自己着火時期が実現されるようにする。
<Relationship between in-cylinder temperature and SI rate>
Next, control of the SI rate and the in-cylinder temperature according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the ECU 10 functions as means (first and second control means) for controlling each of the SI rate and the in-cylinder temperature, and by these means, during one combustion cycle of the engine 1, SI combustion and Both combustion states of the CI combustion are changed according to the operating state of the engine 1. By doing so, a desired SI-CI combustion waveform is realized. Specifically, a desired SI rate and self-ignition timing are realized.

図8及び図9を参照して、本実施形態において、ECU10が燃焼開始前の筒内温度(燃焼室17内の温度)に応じて実行するSI率の制御について具体的に説明する。   With reference to FIG.8 and FIG.9, in this embodiment, control of the SI rate which ECU10 performs according to the in-cylinder temperature (temperature in the combustion chamber 17) before a combustion start is demonstrated concretely.

図8は、本実施形態において、燃焼開始前の筒内温度に応じてSI率を制御する方法についての説明図である。図8は、横軸にクランク角を示し、縦軸に筒内温度を示しており、グラフG21は、燃焼開始前の筒内温度が比較的低いときのピストン3の動作のみ(モータリング時に対応する)による筒内温度の変化を示し、グラフG23は、燃焼開始前の筒内温度が比較的高いときのピストン3の動作のみによる筒内温度の変化を示している。更に、グラフG22は、燃焼開始前の筒内温度が比較的低いときに、ほぼ圧縮上死点(TDC)において自己着火を生じさせるようにSI燃焼を行ったときの筒内温度の変化を示し、グラフG24は、燃焼開始前の筒内温度が比較的高いときに、ほぼ圧縮上死点において自己着火を生じさせるようにSI燃焼を行ったときの筒内温度の変化を示している。   FIG. 8 is an explanatory diagram of a method for controlling the SI rate according to the in-cylinder temperature before the start of combustion in the present embodiment. FIG. 8 shows the crank angle on the horizontal axis and the in-cylinder temperature on the vertical axis. The graph G21 shows only the operation of the piston 3 when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively low (corresponding to motoring). The graph G23 shows the change in the in-cylinder temperature only due to the operation of the piston 3 when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively high. Further, the graph G22 shows the change in the in-cylinder temperature when the SI combustion is performed so that the self-ignition is generated at the compression top dead center (TDC) when the in-cylinder temperature before the start of the combustion is relatively low. Graph G24 shows the change in the in-cylinder temperature when the SI combustion is performed so that self-ignition occurs almost at the compression top dead center when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively high.

グラフG21〜G24より、燃焼開始前の筒内温度が比較的低いときには矢印A21に示すようなSI燃焼による温度上昇量(発生熱量)が必要となり、燃焼開始前の筒内温度が比較的高いときには矢印A22に示すようなSI燃焼による温度上昇量(発生熱量)が必要となる。これより、燃焼開始前の筒内温度が低い場合には、SI燃焼による大きな温度上昇量(発生熱量)が必要となることがわかる。
したがって、本実施形態では、ECU10は、燃焼開始前の筒内温度が低い場合には、燃焼開始前の筒内温度が高い場合よりも、SI率を大きくする。このように燃焼開始前の筒内温度に応じて制御を行うことで、目標SI率を実現できるようにすると共に、結果的に目標自己着火時期を実現できるようにする。
From the graphs G21 to G24, when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively low, a temperature rise amount (generated heat amount) as indicated by arrow A21 is required, and when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively high A temperature increase amount (generated heat amount) due to SI combustion as indicated by an arrow A22 is required. From this, it is understood that when the in-cylinder temperature before the start of combustion is low, a large amount of temperature rise (generated heat amount) due to SI combustion is required.
Therefore, in the present embodiment, the ECU 10 increases the SI rate when the in-cylinder temperature before the start of combustion is low than when the in-cylinder temperature before the start of combustion is high. Thus, by performing control according to the in-cylinder temperature before the start of combustion, the target SI rate can be realized, and the target self-ignition timing can be realized as a result.

次に、図9は、本実施形態において、燃焼開始前の筒内温度に応じて、所望の自己着火時期を実現するようSI率を制御する方法についての説明図である。図9は、横軸にクランク角を示し、縦軸に熱発生率(dQ/dθ)を示している。また、グラフG31は、燃焼開始前の筒内温度が比較的低いときに適用する燃焼波形(換言すると熱発生形状)を示し、グラフG32は、燃焼開始前の筒内温度が比較的高いときに適用する燃焼波形(換言すると熱発生形状)を示している。   Next, FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for controlling the SI rate so as to realize a desired self-ignition timing in accordance with the in-cylinder temperature before the start of combustion in the present embodiment. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the heat generation rate (dQ / dθ). Graph G31 shows a combustion waveform (in other words, heat generation shape) applied when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively low, and graph G32 shows when the in-cylinder temperature before the start of combustion is relatively high. The combustion waveform to be applied (in other words, the heat generation shape) is shown.

本実施形態では、ECU10は、燃焼開始前の筒内温度によらずにCI燃焼の所望の自己着火時期(つまり目標自己着火時期)を実現するようにSI率を制御する。具体的には、前述したように、ECU10は、燃焼開始前の筒内温度が低くなるほどSI率を大きくする(換言すると燃焼開始前の筒内温度が高くなるほどSI率を小さくする)。この場合、ECU10は、同じエンジン負荷において、燃焼開始前の筒内温度が低くなるほどSI率を大きくする。例えば、ECU10は、目標自己着火時期が実現されるように、SI率としての自己着火時期θCLまでの「dQ/dθ」の面積、つまりSI燃焼による発生熱量を制御する。また、ECU10は、例えば点火プラグ25による点火時期を進角させて、SI燃焼の開始を早めることで、SI率を大きくする。 In the present embodiment, the ECU 10 controls the SI rate so as to realize a desired self-ignition timing of CI combustion (that is, target self-ignition timing) regardless of the in-cylinder temperature before the start of combustion. Specifically, as described above, the ECU 10 increases the SI rate as the in-cylinder temperature before the start of combustion decreases (in other words, the SI rate decreases as the in-cylinder temperature before the start of combustion increases). In this case, the ECU 10 increases the SI rate as the in-cylinder temperature before the start of combustion decreases at the same engine load. For example, the ECU 10 controls the area of “dQ / dθ” up to the self-ignition timing θ CL as the SI rate, that is, the amount of heat generated by SI combustion so that the target self-ignition timing is realized. Further, the ECU 10 increases the SI rate by, for example, advancing the ignition timing by the spark plug 25 to accelerate the start of SI combustion.

<SI−CI燃焼制御>
次に、本実施形態において、燃費の改善や燃焼安定性確保や燃焼騒音抑制などを達成可能な所望のSI−CI燃焼(具体的には所望のSI率や自己着火時期など)を実現するために、ECU10が行うSI−CI燃焼制御の詳細について説明する。
<SI-CI combustion control>
Next, in the present embodiment, in order to achieve desired SI-CI combustion (specifically, desired SI rate, self-ignition timing, etc.) that can achieve improvements in fuel efficiency, ensuring combustion stability, suppressing combustion noise, and the like. Next, the details of the SI-CI combustion control performed by the ECU 10 will be described.

(制御の基本構成)
まず、本実施形態によるSI−CI燃焼制御の概要について述べる。本実施形態では、まず、ECU10は、エンジン1の運転状態などに応じた目標SI率及び目標自己着火時期を設定し、これらの目標SI率及び目標自己着火時期に応じて設定すべきSI−CI燃焼開始前の筒内温度、具体的には吸気弁21の閉弁(以下では適宜「IVC」と表記する。)時点での筒内温度を求め、この筒内温度を実現するようにEGR率などを制御する。こうすることで、所望の自己着火時期などを実現させるための制御、換言するとSI−CI燃焼開始前に所望の筒内状態に設定するための制御を事前に行っておく。
(Basic control configuration)
First, an outline of SI-CI combustion control according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, first, the ECU 10 sets a target SI rate and a target self-ignition timing according to the operating state of the engine 1, and SI-CI to be set according to the target SI rate and the target self-ignition timing. The in-cylinder temperature before the start of combustion, specifically, the in-cylinder temperature at the time of closing the intake valve 21 (hereinafter referred to as “IVC” as appropriate) is obtained, and the EGR rate is set so as to realize this in-cylinder temperature. Control etc. In this way, control for realizing a desired self-ignition timing, in other words, control for setting a desired in-cylinder state before the start of SI-CI combustion is performed in advance.

次いで、ECU10は、上記のような制御後にセンサ検出値からIVC時点での筒内温度を求め、この筒内温度に基づき、目標自己着火時期が実現されるように点火時期を制御する。こうすることで、上記したEGR率などの制御よりも応答性の速い制御、すなわち点火制御をSI−CI燃焼直前に行うことにより、目標自己着火時期が適切に実現されるようにする。   Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the IVC time point from the sensor detection value after the control as described above, and controls the ignition timing based on this in-cylinder temperature so that the target self-ignition timing is realized. In this way, the target self-ignition timing is appropriately realized by performing control with quicker response than the above-described control such as the EGR rate, that is, ignition control immediately before SI-CI combustion.

次いで、ECU10は、上記のような制御によりSI−CI燃焼が実際に行われた後、このSI−CI燃焼時に指圧センサSW6によって検知された筒内圧に基づき、当該SI−CI燃焼前のIVC時点での筒内温度を求める。そして、ECU10は、この求めた筒内温度に基づき、次のSI−CI燃焼を行わせるときに算出される2つの筒内温度、具体的には目標自己着火時期を実現するために算出される筒内温度と、この後にセンサ検出値から算出される筒内温度とを補正する。こうすることで、筒内温度の算出(推定)精度を向上させて、SI率及び自己着火時期が的確に制御できるようにする。   Next, after the SI-CI combustion is actually performed by the control as described above, the ECU 10 determines the IVC time point before the SI-CI combustion based on the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6 during the SI-CI combustion. Find the in-cylinder temperature at. Then, the ECU 10 is calculated based on the obtained in-cylinder temperature in order to realize two in-cylinder temperatures calculated when the next SI-CI combustion is performed, specifically, the target self-ignition timing. The in-cylinder temperature and the in-cylinder temperature calculated from the sensor detection value thereafter are corrected. By doing so, the calculation (estimation) accuracy of the in-cylinder temperature is improved, and the SI rate and the self-ignition timing can be accurately controlled.

次に、図10及び図11を参照して、本実施形態によるSI−CI燃焼制御の基本構成について具体的に説明する。図10は、本実施形態によるSI−CI燃焼の基本制御を示すフローチャートであり、図11は、本実施形態による燃焼前の筒内温度の推定方法についての説明図である。なお、図10に示すフローは、SI−CI燃焼を実行するようなエンジン1の運転状態にある場合、典型的にはエンジン負荷が中負荷領域(B1又はB2)にある場合に、ECU10によって繰り返し実行される。   Next, the basic configuration of SI-CI combustion control according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a flowchart showing basic control of SI-CI combustion according to the present embodiment, and FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for estimating the in-cylinder temperature before combustion according to the present embodiment. Note that the flow shown in FIG. 10 is repeated by the ECU 10 when the engine 1 is in an operating state where SI-CI combustion is performed, typically when the engine load is in the medium load region (B1 or B2). Executed.

図10のフローが開始されると、まず、ステップS11において、ECU10は、各センサSW1〜SW16の検知信号を読み込んで、エンジン1の運転状態を判断して、目標SI率及び目標自己着火時期を設定する。具体的には、ECU10は、アクセル開度センサSW12によって検知されたアクセル開度に応じた目標エンジントルクを求め、この目標エンジントルクを実現するのに適した目標SI率及び目標自己着火時期を設定する。   When the flow of FIG. 10 is started, first, in step S11, the ECU 10 reads the detection signals of the sensors SW1 to SW16, determines the operating state of the engine 1, and determines the target SI rate and the target self-ignition timing. Set. Specifically, the ECU 10 obtains a target engine torque corresponding to the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor SW12, and sets a target SI rate and a target self-ignition timing suitable for realizing the target engine torque. To do.

次いで、ステップS12において、ECU10は、所定の燃焼モデル及び筒内状態推定モデルを用いて、目標自己着火時期を実現するために設定されるべき、IVC時点での筒内温度を求める。このIVC時点での筒内温度の求め方について、図11を参照して具体的に説明する。なお、ECU10は、ステップS12において、IVC時点での筒内温度以外にも、エンジン1の運転状態に応じた目標空気量なども求める。   Next, in step S12, the ECU 10 uses the predetermined combustion model and in-cylinder state estimation model to determine the in-cylinder temperature at the IVC time point that should be set to achieve the target self-ignition timing. A method of obtaining the in-cylinder temperature at the time of IVC will be specifically described with reference to FIG. In step S12, the ECU 10 obtains a target air amount corresponding to the operating state of the engine 1 in addition to the in-cylinder temperature at the time of IVC.

図11は、横軸にクランク角を示し、縦軸に筒内温度を示しており、グラフG41は、SI−CI燃焼による筒内温度の変化を示し、グラフG42は、ピストン3の動作のみ(モータリング時に対応する)による筒内温度の変化を示している。   FIG. 11 shows the crank angle on the horizontal axis and the in-cylinder temperature on the vertical axis, the graph G41 shows the change in the in-cylinder temperature due to SI-CI combustion, and the graph G42 shows only the operation of the piston 3 ( It shows the change in the in-cylinder temperature due to the motoring).

まず、ECU10は、上記のように設定した目標自己着火時期(θCL)から(点P11)、圧縮上死点(TDC)での自己着火部分(未燃部分)における筒内温度を求める(点P12)。次いで、ECU10は、この求めた筒内温度から、矢印A3で示すような目標SI率に対応するSI燃焼による自己着火部分の温度上昇分を差し引くことで、モータリング時の圧縮上死点での筒内温度を求める(点P13)。 First, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the self-ignition portion (unburned portion) at the compression top dead center (TDC) from the target self-ignition timing (θ CL ) set as described above (point P11) (point). P12). Next, the ECU 10 subtracts the temperature increase of the self-ignition portion due to SI combustion corresponding to the target SI rate as shown by the arrow A3 from the obtained in-cylinder temperature, so that the compression top dead center at the time of motoring is reduced. The in-cylinder temperature is obtained (point P13).

次いで、ECU10は、この求めた筒内温度から、エンジン1のポリトロープ過程での混合気の圧縮による温度上昇分を差し引くことで、吸気下死点(BDC)での筒内温度を求める(点P14)。次いで、ECU10は、この求めた筒内温度をポリトロープ過程にて変換することで、IVC時点での筒内温度を求める(点P15)。なお、図11において点P16は、点火プラグ25の点火によりSI燃焼が開始したときのクランク角及び筒内温度を示している。   Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the intake bottom dead center (BDC) by subtracting the temperature rise due to the compression of the air-fuel mixture during the polytropic process of the engine 1 from the obtained in-cylinder temperature (point P14). ). Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the time of IVC by converting the obtained in-cylinder temperature in the polytropic process (point P15). In FIG. 11, a point P16 indicates the crank angle and the in-cylinder temperature when SI combustion is started by ignition of the spark plug 25.

図10に戻ると、ステップS13において、ECU10は、現在の吸入空気量を考慮しつつ、所定の筒内状態推定モデルを用いて、ステップS12で求めたIVC時点での筒内温度を実現するために導入するEGRガスの度合い(つまりEGR率)などを求める。典型的には、ECU10は、IVC時点での筒内温度を実現するのに必要な内部EGR率を求める。   Returning to FIG. 10, in step S13, the ECU 10 uses the predetermined in-cylinder state estimation model in consideration of the current intake air amount to realize the in-cylinder temperature at the IVC time obtained in step S12. The degree of EGR gas to be introduced into the gas (that is, the EGR rate) is obtained. Typically, the ECU 10 obtains an internal EGR rate necessary for realizing the in-cylinder temperature at the time of IVC.

次いで、ステップS14において、ECU10は、ステップS13で求めたEGR率などを実現すべく、所定の筒内状態制御モデルを用いて、各種のアクチュエータを制御する。典型的には、ECU10は、IVC時点での筒内温度を実現するための内部EGR率に対応する内部EGRガスを導入すべく、吸気電動VVT23及び排気電動VVT24(以下ではこれらを合わせて単に「吸排気VVT23、24」と表記することがある。)の位相角を制御する。また、ECU10は、ステップS12で求めた目標空気量などを実現すべく、スロットル弁43の開度や、エアバイパス弁48の開度や、電磁クラッチ45の遮断/接続や、EGR弁54の開度などを制御する。このようなECU10の制御によって、燃焼室17の中の状態が所望の状態へと変化していく。   Next, in step S14, the ECU 10 controls various actuators using a predetermined in-cylinder state control model in order to realize the EGR rate obtained in step S13. Typically, the ECU 10 simply introduces the intake electric VVT 23 and the exhaust electric VVT 24 (hereinafter referred to as “the combination of these” in order to introduce the internal EGR gas corresponding to the internal EGR rate for realizing the in-cylinder temperature at the time of IVC. The phase angle of the intake / exhaust VVT 23, 24 ”may be controlled. Further, the ECU 10 opens the throttle valve 43, the air bypass valve 48, the electromagnetic clutch 45 shut-off / connection, and the EGR valve 54 open so as to realize the target air amount obtained in step S12. Control the degree. Such a control of the ECU 10 changes the state in the combustion chamber 17 to a desired state.

次いで、ステップS15において、ECU10は、各センサSW1〜SW16の検知信号を読み込んで、所定の筒内状態推定モデルを用いて、実際のIVC時点での筒内温度を求める。具体的には、ECU10は、エアフローセンサSW1によって検知された吸入空気量や、第1吸気温度センサSW2及び第2吸気温度センサSW4によって検知された吸気温度や、吸気カム角センサSW13及び排気カム角センサSW14によって検知された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転角などを取得して、これらに基づきIVC時点での筒内温度を求める。この場合、ECU10は、吸気ガス(新気)及びEGRガスの流量や温度を求めて、筒内状態推定モデルに基づきIVC時点での筒内温度を求める。   Next, in step S15, the ECU 10 reads the detection signals of the sensors SW1 to SW16 and obtains the in-cylinder temperature at the actual IVC time using a predetermined in-cylinder state estimation model. Specifically, the ECU 10 detects the intake air amount detected by the air flow sensor SW1, the intake air temperature detected by the first intake air temperature sensor SW2 and the second intake air temperature sensor SW4, the intake cam angle sensor SW13 and the exhaust cam angle. The intake camshaft and exhaust camshaft rotation angles detected by the sensor SW14 are acquired, and the in-cylinder temperature at the time of IVC is obtained based on these. In this case, ECU10 calculates | requires the flow volume and temperature of intake gas (fresh air) and EGR gas, and calculates | requires the in-cylinder temperature at the time of IVC based on an in-cylinder state estimation model.

なお、ECU10は、ステップS15において、筒内温度以外にも、筒内の状態量として吸気充填量や筒内の酸素濃度などを求めて、燃焼後の排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまりλ=1)となるように、インジェクタ6からの燃料噴射量を決定する。この場合、ECU10は、前段噴射及び後段噴射を含む分割噴射を行うときには、前段噴射及び後段噴射のそれぞれの燃料噴射量を決定する。基本的には、後段噴射によって噴射された燃料はSI燃焼し、前段噴射によって噴射された燃料は主にCI燃焼するので、SI率を制御する観点からは、前段噴射に対する後段噴射の燃料噴射量の割合を調整するのがよい(空燃比をリーンにする場合には、後段噴射の燃料噴射量を単独で調整すればよい)。そして、ECU10は、このようにして決定した燃料噴射量を噴射させるようにインジェクタ6を制御する。また、ECU10は、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで燃料を噴射させるように、インジェクタ6を制御する。   In step S15, the ECU 10 obtains the intake charge amount and the oxygen concentration in the cylinder as the state quantity in the cylinder in addition to the in-cylinder temperature, and the air-fuel ratio of the exhaust gas after combustion is the stoichiometric air-fuel ratio (that is, The fuel injection amount from the injector 6 is determined so that λ = 1). In this case, the ECU 10 determines the fuel injection amounts of the front-stage injection and the rear-stage injection when performing split injection including the front-stage injection and the rear-stage injection. Basically, the fuel injected by the post-stage injection undergoes SI combustion, and the fuel injected by the pre-stage injection mainly undergoes CI combustion. Therefore, from the viewpoint of controlling the SI rate, the fuel injection amount of the post-stage injection with respect to the pre-stage injection It is preferable to adjust the ratio (when the air-fuel ratio is made lean, the fuel injection amount of the post-injection may be adjusted independently). Then, the ECU 10 controls the injector 6 to inject the fuel injection amount determined in this way. Further, the ECU 10 controls the injector 6 so that fuel is injected at an injection timing based on a preset map.

次いで、ステップS16において、ECU10は、所定の筒内状態推定モデルを用いて、ステップS15で求めたIVC時点での筒内温度から、CI燃焼における自己着火時期を求める。具体的には、ECU10は、図11を参照して説明した手順と逆の手順により、詳しくは点P15→点P14→点P13→点P12→点P11といった順で各状態量を求めていくことで、CI燃焼における自己着火時期を求める。   Next, in step S16, the ECU 10 obtains the self-ignition timing in CI combustion from the in-cylinder temperature at the IVC time obtained in step S15, using a predetermined in-cylinder state estimation model. Specifically, the ECU 10 obtains each state quantity in the order of point P15 → point P14 → point P13 → point P12 → point P11 in detail in the reverse order of the procedure described with reference to FIG. Then, the self-ignition time in CI combustion is obtained.

次いで、ステップS17において、ECU10は、ステップS16で求めた自己着火時期に基づき、所定の燃焼モデルを用いて、ステップS11で設定した目標自己着火時期ができるだけ実現されるように、点火プラグ25による点火時期を決定する。つまり、ECU10は、できるだけ目標自己着火時期に近い時期にてCI燃焼が開始するように、SI燃焼を開始させるための点火プラグ25による点火時期を決定する。そして、ECU10は、こうして決定した点火時期にて点火が行われるように点火プラグ25を制御する。   Next, at step S17, the ECU 10 performs ignition by the spark plug 25 so that the target self-ignition timing set at step S11 is realized as much as possible using a predetermined combustion model based on the self-ignition timing obtained at step S16. Decide when. That is, the ECU 10 determines the ignition timing by the spark plug 25 for starting SI combustion so that the CI combustion starts as close to the target self-ignition timing as possible. The ECU 10 controls the spark plug 25 so that ignition is performed at the ignition timing thus determined.

このようなステップS17の後、エンジン1においてSI燃焼及びCI燃焼を含むSI−CI燃焼が行われる。そして、SI−CI燃焼の終了後にステップS18の処理が行われる。ステップS18では、ECU10は、このSI−CI燃焼が行われている間に指圧センサSW6によって検知された筒内圧に基づき、所定の燃焼モデル及び筒内状態推定モデルを用いて、当該SI−CI燃焼前のIVC時点での筒内温度を求める。つまり、ECU10は、前回のSI−CI燃焼の開始前におけるIVC時点での筒内温度を遡って求める。このIVC時点での筒内温度の求め方について、図11を再度参照して具体的に説明する。   After such step S17, SI-CI combustion including SI combustion and CI combustion is performed in the engine 1. And the process of step S18 is performed after completion | finish of SI-CI combustion. In step S18, the ECU 10 uses the predetermined combustion model and the in-cylinder state estimation model on the basis of the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6 during the SI-CI combustion, and performs the SI-CI combustion. The in-cylinder temperature at the previous IVC time is obtained. That is, the ECU 10 retrospectively obtains the in-cylinder temperature at the IVC time before the start of the previous SI-CI combustion. The method for obtaining the in-cylinder temperature at the time of IVC will be specifically described with reference to FIG. 11 again.

図11に示すように、まず、ECU10は、指圧センサSW6によって検知された筒内圧から自己着火時期(θCL)を求める(点P11)。例えば、ECU10は、検知された筒内圧の波形(熱発生率の波形に相当する)における変曲点に対応するクランク角を、自己着火時期として求める。そして、ECU10は、この自己着火時期(θCL)から、圧縮上死点(TDC)での自己着火部分(未燃部分)における筒内温度を求める(P12)。 As shown in FIG. 11, first, the ECU 10 obtains the self-ignition timing (θ CL ) from the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6 (point P11). For example, the ECU 10 determines the crank angle corresponding to the inflection point in the detected in-cylinder pressure waveform (corresponding to the heat generation rate waveform) as the self-ignition timing. Then, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the self-ignition portion (unburned portion) at the compression top dead center (TDC) from the self-ignition timing (θ CL ) (P12).

次いで、ECU10は、この求めた筒内温度から、矢印A3で示すようなSI燃焼による自己着火部分の温度上昇分を差し引くことで、モータリング時の圧縮上死点での筒内温度を求める(点P13)。次いで、ECU10は、この求めた筒内温度から、エンジン1のポリトロープ過程での混合気の圧縮による温度上昇分を差し引くことで、吸気下死点(BDC)での筒内温度を求める(点P14)。次いで、ECU10は、この求めた筒内温度をポリトロープ過程にて変換することで、IVC時点での筒内温度を求める(点P15)。   Next, the ECU 10 determines the in-cylinder temperature at the compression top dead center during motoring by subtracting the temperature increase of the self-ignition part due to SI combustion as indicated by the arrow A3 from the determined in-cylinder temperature ( Point P13). Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the intake bottom dead center (BDC) by subtracting the temperature rise due to the compression of the air-fuel mixture during the polytropic process of the engine 1 from the obtained in-cylinder temperature (point P14). ). Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the time of IVC by converting the obtained in-cylinder temperature in the polytropic process (point P15).

図10に戻ると、ステップS19において、ECU10は、ステップS18で求めた、前回のSI−CI燃焼時におけるIVC時点での筒内温度によって、今回のSI−CI燃焼において算出する筒内温度を補正する。具体的には、ECU10は、今回のSI−CI燃焼のためにステップS12及びステップS15において実行される筒内状態推定モデルによる筒内温度の推定誤差をそれぞれ補正する。つまり、ECU10は、目標自己着火時期を実現するために算出されるIVC時点での筒内温度と(ステップS12)、この後にセンサ検出値から算出されるIVC時点での筒内温度と(ステップS15)を、ステップS18で求めた筒内温度に基づき補正する。この場合、ECU10は、ステップS12及びS15で算出された筒内温度をステップS18の筒内温度に合わせ込むように補正を行うのではなく、SI−CI燃焼制御による実際のSI−CI燃焼後に判明する、当該制御の誤差に対応する筒内状態推定モデルによる推定誤差を是正すべく、ステップS19における補正を行う。   Returning to FIG. 10, in step S19, the ECU 10 corrects the in-cylinder temperature calculated in the current SI-CI combustion based on the in-cylinder temperature at the IVC time in the previous SI-CI combustion obtained in step S18. To do. Specifically, the ECU 10 corrects the in-cylinder temperature estimation error based on the in-cylinder state estimation model executed in step S12 and step S15 for the current SI-CI combustion. That is, the ECU 10 determines the in-cylinder temperature at the IVC time calculated to realize the target self-ignition timing (step S12), and the in-cylinder temperature at the IVC time calculated from the sensor detection value thereafter (step S15). ) Is corrected based on the in-cylinder temperature obtained in step S18. In this case, the ECU 10 does not correct the in-cylinder temperature calculated in steps S12 and S15 so as to match the in-cylinder temperature in step S18, but becomes clear after actual SI-CI combustion by SI-CI combustion control. In step S19, correction is performed in order to correct the estimation error caused by the in-cylinder state estimation model corresponding to the control error.

(制御ブロック)
次に、図12乃至図14を参照して、本実施形態によるSI−CI燃焼制御の詳細な内容について説明する。図12は、本実施形態において、目標自己着火時期を実現するように筒内状態を事前に制御するための第1の制御モデルを示すブロック図である。図13は、本実施形態において、第1の制御モデルにおける制御後にセンサ検出値に基づき目標自己着火時期を実現するよう応答性の速い制御を行うための第2の制御モデルを示すブロック図である。図14は、本実施形態において、SI−CI燃焼時に検出された筒内圧に基づき筒内温度を推定して、この後のSI−CI燃焼において第1及び第2の制御モデルにより推定される筒内温度を補正するための第3の制御モデルを示すブロック図である。なお、ECU10は、これらの第1乃至第3の制御モデルにおける制御を実行するように構成されている。
(Control block)
Next, the detailed contents of the SI-CI combustion control according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a block diagram showing a first control model for controlling the in-cylinder state in advance so as to realize the target self-ignition timing in the present embodiment. FIG. 13 is a block diagram showing a second control model for performing quick control of responsiveness so as to realize the target self-ignition timing based on the sensor detection value after the control in the first control model in the present embodiment. . FIG. 14 shows a cylinder estimated in the present embodiment based on the in-cylinder pressure detected during SI-CI combustion, and estimated by the first and second control models in the subsequent SI-CI combustion. It is a block diagram which shows the 3rd control model for correct | amending internal temperature. The ECU 10 is configured to execute control in the first to third control models.

図12に示す第1の制御モデルでは、まず、ECU10は、事前に設定されたマップなどを参照して、アクセル開度センサSW12によって検知されたアクセル開度に応じた目標エンジントルクを求め、この目標エンジントルクに対応する目標燃焼圧を求める。次いで、ECU10は、現在のエンジン1の運転状態に基づき、最終的に適用する目標燃焼圧を求めると共に、目標燃焼モードを求める。この目標燃焼モードには、基本的には、SI燃焼のみを行う燃焼モード、及び、SI燃焼及びCI燃焼を含むSI−CI燃焼を行う燃焼モードのうちのいずれかが適用される。   In the first control model shown in FIG. 12, first, the ECU 10 refers to a map set in advance and obtains a target engine torque corresponding to the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor SW12. A target combustion pressure corresponding to the target engine torque is obtained. Next, the ECU 10 obtains a target combustion pressure to be finally applied and a target combustion mode based on the current operating state of the engine 1. Basically, one of a combustion mode in which only SI combustion is performed and a combustion mode in which SI-CI combustion including SI combustion and CI combustion is performed is applied to the target combustion mode.

次いで、ECU10は、最終的な目標燃焼圧及び目標燃焼モードに基づき、目標燃焼状態として、目標空気量、目標自己着火時期及び目標SI率を求める。次いで、ECU10は、所定の燃焼モデルを用いて、目標SI率に対応するSI燃焼による自己着火部分の温度上昇分を差し引いた、目標自己着火時期での筒内温度を求め(TDCでの筒内温度を求めてもよい)、そして、所定の筒内状態推定モデルを用いて、この筒内温度からIVC時点での筒内温度を求める。IVC時点での筒内温度の求め方は、図10及び図11において説明した通りであるので、ここではその説明を省略する。また、ECU10は、このようにIVC時点での筒内温度を求めるときに、第3の制御モデルにおいて推定された前回のSI−CI燃焼での筒内温度に基づき(図14参照)、筒内状態推定モデルによる筒内温度の推定誤差を補正する。   Next, the ECU 10 obtains a target air amount, a target self-ignition timing, and a target SI rate as the target combustion state based on the final target combustion pressure and the target combustion mode. Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the target self-ignition timing by subtracting the temperature increase of the self-ignition part due to SI combustion corresponding to the target SI rate using a predetermined combustion model (in-cylinder at TDC). The temperature may be obtained), and the in-cylinder temperature at the time of IVC is obtained from this in-cylinder temperature using a predetermined in-cylinder state estimation model. Since the method of obtaining the in-cylinder temperature at the time of IVC is as described in FIGS. 10 and 11, the description thereof is omitted here. Further, the ECU 10 determines the in-cylinder temperature at the time of IVC in this way, based on the in-cylinder temperature in the previous SI-CI combustion estimated in the third control model (see FIG. 14). The estimation error of the in-cylinder temperature due to the state estimation model is corrected.

次いで、ECU10は、事前に設定されたマップなどを参照して、目標空気量及びIVC時点での筒内温度に基づき、燃焼室17内に導入すべきEGRガスの度合いを示す目標EGR率、特に目標内部EGR率を求める。そして、ECU10は、この目標内部EGR率を実現するための目標の吸気弁21の閉弁時期(目標IVC)及び目標の排気弁22の閉弁時期(目標EVC)を求める。次いで、ECU10は、所定の筒内状態制御モデルを用いて、目標IVC及び目標EVCに対応する吸排気VVT23、24のそれぞれの目標位相角(目標吸排気VVT)を決定し、この目標位相角に設定されるように吸排気VVT23、24をそれぞれ制御する。   Next, the ECU 10 refers to a preset map or the like, and based on the target air amount and the in-cylinder temperature at the time of IVC, the target EGR rate indicating the degree of EGR gas to be introduced into the combustion chamber 17, particularly A target internal EGR rate is obtained. Then, the ECU 10 obtains a target valve closing timing (target IVC) of the target intake valve 21 and a target valve closing timing (target EVC) of the target exhaust valve 22 for realizing the target internal EGR rate. Next, the ECU 10 determines a target phase angle (target intake / exhaust VVT) of each of the intake / exhaust VVTs 23 and 24 corresponding to the target IVC and the target EVC using a predetermined in-cylinder state control model, and sets the target phase angle to the target phase angle. The intake and exhaust VVTs 23 and 24 are controlled so as to be set.

このような吸排気VVT23、24の制御とほぼ並行して、ECU10は、上記した目標空気量が実現されるように、所定の筒内状態制御モデルを用いて、目標スロットル開度、目標外部EGR率、目標エアバイパス開度及び目標クラッチ開度(電磁クラッチ45の遮断/接続に対応する)を決定する。そして、ECU10は、目標スロットル開度に応じたスロットル弁43の制御、目標外部EGR率に応じたEGR弁54の制御、目標エアバイパス開度に応じたエアバイパス弁48の制御、及び目標クラッチ開度に応じた電磁クラッチ45の制御を行う。この後、エンジン1においてSI−CI燃焼が行われる。   Almost in parallel with the control of the intake and exhaust VVTs 23 and 24, the ECU 10 uses a predetermined in-cylinder state control model to achieve the target air amount described above, and uses the predetermined throttle position and target external EGR. A rate, a target air bypass opening, and a target clutch opening (corresponding to disconnection / connection of the electromagnetic clutch 45) are determined. Then, the ECU 10 controls the throttle valve 43 according to the target throttle opening, controls the EGR valve 54 according to the target external EGR rate, controls the air bypass valve 48 according to the target air bypass opening, and opens the target clutch. The electromagnetic clutch 45 is controlled according to the degree. Thereafter, SI-CI combustion is performed in the engine 1.

次に、図13に示す第2の制御モデルでは、まず、ECU10は、エアフローセンサSW1によって検知された吸入空気量や、第1吸気温度センサSW2及び第2吸気温度センサSW4によって検知された吸気温度や、吸気カム角センサSW13及び排気カム角センサSW14によって検知された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれの回転角などを取得する。次いで、ECU10は、これらのセンサ検出値に対応する吸入空気量や外気EGR率などに基づき、実際の吸気ガス(新気)の状態量、典型的には温度や圧力を求める。加えて、ECU10は、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転角に対応する吸排気VVT23、24のそれぞれの位相角(基本的には進角側の位相角となる)に基づき、実際の内部EGRガスの状態量、典型的には温度や圧力を求める。   Next, in the second control model shown in FIG. 13, first, the ECU 10 detects the intake air amount detected by the airflow sensor SW1 and the intake air temperature detected by the first intake air temperature sensor SW2 and the second intake air temperature sensor SW4. Further, the rotation angles of the intake camshaft and the exhaust camshaft detected by the intake cam angle sensor SW13 and the exhaust cam angle sensor SW14 are acquired. Next, the ECU 10 obtains the actual intake gas (fresh air) state quantity, typically temperature and pressure, based on the intake air quantity and the outside air EGR rate corresponding to these sensor detection values. In addition, the ECU 10 determines the actual internal EGR based on the phase angles of the intake and exhaust VVTs 23 and 24 corresponding to the rotation angles of the intake camshaft and the exhaust camshaft (basically, the phase angle is on the advance side). The state quantity of gas, typically temperature and pressure, is determined.

次いで、ECU10は、上記した吸気ガスの状態量及び内部EGRガスの状態量から、所定の筒内状態推定モデルを用いて、実際のIVC時点での筒内温度を求める。この場合、ECU10は、第3の制御モデルにおいて推定された前回のSI−CI燃焼での筒内温度に基づき(図14参照)、筒内状態推定モデルによる推定誤差を補正して、IVC時点での筒内温度を求める。ECU10は、このような筒内温度以外にも、筒内の状態量として吸気充填量や筒内の酸素濃度なども求める。   Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the actual IVC time point from the above-described intake gas state quantity and internal EGR gas state quantity using a predetermined in-cylinder state estimation model. In this case, the ECU 10 corrects the estimation error due to the in-cylinder state estimation model based on the in-cylinder temperature in the previous SI-CI combustion estimated in the third control model (see FIG. 14), and at the time of IVC. Obtain the in-cylinder temperature. In addition to the in-cylinder temperature, the ECU 10 obtains an intake charge amount, an in-cylinder oxygen concentration, and the like as state quantities in the cylinder.

次いで、ECU10は、筒内の状態量としての吸気充填量や筒内の酸素濃度などに基づき、燃焼後の排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまりλ=1)となるように、インジェクタ6からの燃料噴射量を決定する。この場合、ECU10は、前段噴射及び後段噴射を含む分割噴射を行うときには、前段噴射及び後段噴射のそれぞれの燃料噴射量を決定する。そして、ECU10は、このようにして決定した燃料噴射量を噴射させるようにインジェクタ6を制御する。また、ECU10は、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで燃料を噴射させるように、インジェクタ6を制御する。   Next, the ECU 10 controls the injector 6 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas after combustion becomes the stoichiometric air-fuel ratio (that is, λ = 1) based on the intake charge amount as the state quantity in the cylinder and the oxygen concentration in the cylinder. The fuel injection amount from is determined. In this case, the ECU 10 determines the fuel injection amounts of the front-stage injection and the rear-stage injection when performing split injection including the front-stage injection and the rear-stage injection. Then, the ECU 10 controls the injector 6 to inject the fuel injection amount determined in this way. Further, the ECU 10 controls the injector 6 so that fuel is injected at an injection timing based on a preset map.

また、ECU10は、上記のインジェクタ6の制御とほぼ並行して、求めたIVC時点での筒内温度から、自己着火が生じるときの筒内温度を求めて、この自己着火時期を求める。自己着火時期の求め方は、図10及び図11において説明した通りであるので、ここではその説明を省略する。次いで、ECU10は、求めた自己着火時期に基づき、所定の燃焼モデルを用いて、当初設定した目標自己着火時期が実現されるように、点火プラグ25による目標点火時期を決定する。そして、ECU10は、こうして決定した目標点火時期にて点火が行われるように点火プラグ25を制御する。この後、エンジン1においてSI−CI燃焼が行われる。   Further, the ECU 10 obtains the self-ignition timing by obtaining the in-cylinder temperature at which self-ignition occurs from the obtained in-cylinder temperature at substantially the same time as the control of the injector 6. Since the method for obtaining the self-ignition timing is as described in FIGS. 10 and 11, the description thereof is omitted here. Next, the ECU 10 determines a target ignition timing by the spark plug 25 so as to realize the initially set target self-ignition timing based on the determined self-ignition timing using a predetermined combustion model. Then, the ECU 10 controls the spark plug 25 so that ignition is performed at the target ignition timing thus determined. Thereafter, SI-CI combustion is performed in the engine 1.

なお、第2の制御モデルを第1の制御モデルの後に行うことに限定はされず、第2の制御モデルを第1の制御モデルと実質的に並行して行ってもよい。同様に、図10のフローについても、第2の制御モデルに対応するステップS15〜S17の処理を、第1の制御モデルに対応するステップS11〜S14の処理と実質的に並行して行ってもよい。1つの例では、ECU10は、IVCに対応するクランク角に到達する前においては、第1の制御モデルにより、IVC時点での筒内温度を求めて内部EGR率などを繰り返し制御し、この制御の最中に、第2の制御モデルにより、センサ検出値に基づきIVC時点での筒内温度を求めて目標自己着火時期を実現するための点火時期を求める処理を繰り返し行う。そして、この例では、ECU10は、IVCに対応するクランク角に到達後は、第1の制御モデルの実行を中断し、IVCに到達時にセンサ検出値に応じた筒内温度から求められた点火時期を用いて点火制御を行う。   Note that the second control model is not limited to being performed after the first control model, and the second control model may be performed substantially in parallel with the first control model. Similarly, in the flow of FIG. 10, the processes in steps S15 to S17 corresponding to the second control model may be performed substantially in parallel with the processes in steps S11 to S14 corresponding to the first control model. Good. In one example, before reaching the crank angle corresponding to IVC, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the time of IVC and repeatedly controls the internal EGR rate and the like using the first control model. In the middle, the process for obtaining the ignition timing for realizing the target self-ignition timing by obtaining the in-cylinder temperature at the time of IVC based on the sensor detection value by the second control model is repeatedly performed. In this example, the ECU 10 interrupts execution of the first control model after reaching the crank angle corresponding to IVC, and the ignition timing obtained from the in-cylinder temperature corresponding to the sensor detection value when reaching the IVC. Ignition control is performed using.

次に、図14に示す第3の制御モデルでは、まず、ECU10は、エンジン1でのSI−CI燃焼後において、このSI−CI燃焼が行われている間に指圧センサSW6によって検知された筒内圧を取得する。次いで、ECU10は、所定の燃料検出モデルを用いて、SI−CI燃焼の燃焼状態を求める。例えば、ECU10は、取得した筒内圧の波形(熱発生率の波形に相当する)における変曲点などを、燃焼状態として求める。   Next, in the third control model shown in FIG. 14, first, the ECU 10 detects the cylinder detected by the finger pressure sensor SW <b> 6 during the SI-CI combustion after the SI-CI combustion in the engine 1. Get internal pressure. Next, the ECU 10 obtains the combustion state of SI-CI combustion using a predetermined fuel detection model. For example, the ECU 10 determines an inflection point or the like in the acquired in-cylinder pressure waveform (corresponding to the heat generation rate waveform) as the combustion state.

次いで、ECU10は、所定の筒内状態推定モデルを用いて、SI−CI燃焼の燃焼状態から自己着火時期での筒内温度を求め、この筒内温度からIVC時点での筒内温度を求める。IVC時点での筒内温度の求め方は、図10及び図11において説明した通りであるので、ここではその説明を省略する。次いで、ECU10は、求めたIVC時点での筒内温度によって、今回のSI−CI燃焼において算出する筒内温度を補正する。つまり、ECU10は、今回のSI−CI燃焼において実行される筒内状態推定モデルによる筒内温度の推定誤差を補正する。具体的には、ECU10は、第1の制御モデルにおいて目標自己着火時期を実現するために算出されるIVC時点での筒内温度(図12参照)と、第2の制御モデルにおいてセンサ検出値から算出されるIVC時点での筒内温度(図13参照)とを補正する。基本的には、第3の制御モデルから得られる筒内温度を実際値(基準値)とし、この実際値としての筒内温度に対して第1及び第2の制御モデルから得られる筒内温度が誤差を含むものとして取り扱うことで、上記のような補正を行っている。   Next, the ECU 10 obtains the in-cylinder temperature at the self-ignition timing from the combustion state of SI-CI combustion using a predetermined in-cylinder state estimation model, and obtains the in-cylinder temperature at the time of IVC from this in-cylinder temperature. Since the method of obtaining the in-cylinder temperature at the time of IVC is as described in FIGS. 10 and 11, the description thereof is omitted here. Next, the ECU 10 corrects the in-cylinder temperature calculated in the current SI-CI combustion based on the obtained in-cylinder temperature at the IVC time point. That is, the ECU 10 corrects the estimation error of the in-cylinder temperature by the in-cylinder state estimation model executed in the current SI-CI combustion. Specifically, the ECU 10 determines the in-cylinder temperature at the IVC time point (see FIG. 12) calculated to realize the target self-ignition timing in the first control model, and the sensor detection value in the second control model. The calculated in-cylinder temperature at the time of IVC (see FIG. 13) is corrected. Basically, the in-cylinder temperature obtained from the third control model is set as an actual value (reference value), and the in-cylinder temperature obtained from the first and second control models with respect to the in-cylinder temperature as the actual value. Is treated as including an error, and the above correction is performed.

(タイムチャート)
次に、図15を参照して、本実施形態によるSI−CI燃焼制御を行った場合のタイムチャートについて説明する。
(Time chart)
Next, with reference to FIG. 15, the time chart at the time of performing SI-CI combustion control by this embodiment is demonstrated.

図15は、上から順に、熱発生率(dQ/dθ)、吸気弁21の閉弁時期(実IVC及び目標IVC)、第2の制御モデルにおいて推定されたIVC時点での筒内温度(以下では適宜「吸排気モデルによる温度推定値」と呼ぶ)、第3の制御モデルにおいて推定されたIVC時点での筒内温度(以下では適宜「燃焼モデルによる温度推定値」と呼ぶ)、燃焼モデルによる温度推定値に対する吸排気モデルによる温度推定値の誤差の補正量、補正後の推定温度、点火時期、自己着火時期、SI率を示している。また、図15は、横軸にクランク角を示しており、クランク角に対する各パラメータの変化を示している。なお、図15では、吸気弁21の閉弁時期(IVC)のみを示しているが、排気弁22の閉弁時期(EVC)もIVCと同様に変化するものである。   FIG. 15 shows, in order from the top, the heat generation rate (dQ / dθ), the closing timing of the intake valve 21 (actual IVC and target IVC), and the in-cylinder temperature at the IVC time point estimated in the second control model (hereinafter referred to as “in-cylinder temperature”). Is called “temperature estimated value based on intake / exhaust model” as appropriate), the in-cylinder temperature at the time of IVC estimated in the third control model (hereinafter referred to as “temperature estimated value based on combustion model”), and combustion model The correction amount of the error of the temperature estimated value by the intake / exhaust model with respect to the temperature estimated value, the estimated temperature after correction, the ignition timing, the self-ignition timing, and the SI rate are shown. FIG. 15 shows the crank angle on the horizontal axis, and shows changes in parameters with respect to the crank angle. FIG. 15 shows only the closing timing (IVC) of the intake valve 21, but the closing timing (EVC) of the exhaust valve 22 also changes in the same way as IVC.

図15では、nサイクル目の開始直後に、外乱によって、燃焼モデルによる温度推定値に対する吸排気モデルによる温度推定値の誤差(真値)が50[K]程度変化した場合を例に挙げる。まず、ECU10は、第2の制御モデルによりIVC時点での筒内温度を推定し、吸排気モデルによる温度推定値として400[K]を得る(矢印A41)。そして、エンジン1においてSI−CI燃焼が行われ、この燃焼後に、ECU10は、第3の制御モデルにより、指圧センサSW6によって検知された筒内圧に基づき、当該SI−CI燃焼における自己着火時期θCLでの筒内温度からIVC時点での筒内温度を推定し(矢印A42)、燃焼モデルによる温度推定値として450[K]を得る。この場合、燃焼モデルによる温度推定値に対する吸排気モデルによる温度推定値の誤差はΔ50[K]となる(矢印A43)。そのため、ECU10は、燃焼モデルによる温度推定値に対する吸排気モデルによる温度推定値の誤差の補正量を50[K]とし(矢印A44)、この補正量より吸排気モデルによる推定温度を450[K]に補正する(矢印A45、A46)。この推定温度は目標温度480[K]からずれている。したがって、nサイクル目では、吸排気モデルによる温度推定誤差補正がずれていたため、自己着火時期が目標自己着火時期からずれると共に、SI率も目標SI率からずれる。 FIG. 15 shows an example in which the error (true value) of the temperature estimated value by the intake / exhaust model with respect to the temperature estimated value by the combustion model changes by about 50 [K] due to disturbance immediately after the start of the nth cycle. First, the ECU 10 estimates the in-cylinder temperature at the IVC time point using the second control model, and obtains 400 [K] as the estimated temperature value based on the intake / exhaust model (arrow A41). Then, SI-CI combustion is performed in the engine 1, and after this combustion, the ECU 10 performs self-ignition timing θ CL in the SI-CI combustion based on the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6 according to the third control model. The in-cylinder temperature at the IVC time is estimated from the in-cylinder temperature at (IV A), and 450 [K] is obtained as the estimated temperature value by the combustion model. In this case, the error of the temperature estimated value by the intake / exhaust model with respect to the temperature estimated value by the combustion model is Δ50 [K] (arrow A43). Therefore, the ECU 10 sets the correction amount of the error of the temperature estimated value by the intake / exhaust model to 50 [K] with respect to the temperature estimated value by the combustion model (arrow A44), and the estimated temperature by the intake / exhaust model is 450 [K] from this correction amount. (Arrows A45 and A46). This estimated temperature is deviated from the target temperature 480 [K]. Therefore, in the nth cycle, since the temperature estimation error correction by the intake / exhaust model has shifted, the self-ignition timing deviates from the target self-ignition timing, and the SI rate also deviates from the target SI rate.

次いで、ECU10は、上記した補正後の推定温度が480[K]となるように、第1の制御モデルにより、吸気弁21の目標IVCを補正する(矢印A47)。これにより、nサイクル目の温度推定誤差(変化分)が反映されることとなる。次いで、ECU10は、第2の制御モデルによりIVC時点での筒内温度を推定し、吸排気モデルによる温度推定値として420[K]を得て(矢印A48)、この420[K]を上記した補正量50[K]によって470[K]に補正する(矢印A49、A50)。また、ECU10は、この補正後の推定温度470[K]に基づき、点火時期を補正する(矢印A51)。これにより、今回のn+1サイクル目における吸気状態及び前回のnサイクル目における燃焼結果の両方が反映された点火時期が適用されることとなる。   Next, the ECU 10 corrects the target IVC of the intake valve 21 by the first control model so that the estimated temperature after correction becomes 480 [K] (arrow A47). As a result, the temperature estimation error (change) in the nth cycle is reflected. Next, the ECU 10 estimates the in-cylinder temperature at the IVC time point using the second control model, obtains 420 [K] as an estimated temperature value based on the intake / exhaust model (arrow A48), and the 420 [K] is described above. Correction is made to 470 [K] by the correction amount 50 [K] (arrows A49 and A50). Further, the ECU 10 corrects the ignition timing based on the corrected estimated temperature 470 [K] (arrow A51). As a result, the ignition timing reflecting both the intake state in the current (n + 1) th cycle and the combustion result in the previous nth cycle is applied.

次いで、エンジン1においてSI−CI燃焼が行われ、この燃焼後に、ECU10は、第3の制御モデルにより、指圧センサSW6によって検知された筒内圧に基づき、当該SI−CI燃焼での自己着火時期θCLでの筒内温度からIVC時点での筒内温度を推定し、燃焼モデルによる温度推定値として470[K]を得る。この場合、吸排気モデルの推定のずれ方は大きく変化しないため、温度推定値の誤差はΔ50[K]のままである(矢印A52)。このようなことから、今回のn+1サイクルでは、正しく温度推定ができていたことになる(矢印A53)。よって、今回のn+1サイクルでは、自己着火時期が目標自己着火時期にほぼ一致することとなる。他方で、今回のn+1サイクルでは、吸気弁21の実IVCが未だ目標IVCからずれているため、SI率は目標SI率から若干ずれたままである。この後、n+2サイクル目において、吸排気モデルによる温度推定誤差が正しく補正されており、補正後の推定温度が目標温度480[K]となるので、吸気弁21の実IVCが目標IVCに達し、SI率が目標SI率にほぼ一致することとなる。 Next, SI-CI combustion is performed in the engine 1, and after this combustion, the ECU 10 performs self-ignition timing θ in the SI-CI combustion based on the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6 according to the third control model. The in-cylinder temperature at the time of IVC is estimated from the in-cylinder temperature at CL , and 470 [K] is obtained as the estimated temperature value by the combustion model. In this case, since the deviation of the estimation of the intake / exhaust model does not change greatly, the error of the temperature estimated value remains Δ50 [K] (arrow A52). For this reason, the temperature was correctly estimated in this n + 1 cycle (arrow A53). Therefore, in the current n + 1 cycle, the self-ignition timing almost coincides with the target self-ignition timing. On the other hand, in the current n + 1 cycle, the actual IVC of the intake valve 21 is still deviated from the target IVC, so that the SI rate remains slightly deviated from the target SI rate. Thereafter, in the n + 2 cycle, the temperature estimation error by the intake / exhaust model is correctly corrected, and the estimated temperature after correction becomes the target temperature 480 [K], so the actual IVC of the intake valve 21 reaches the target IVC, The SI rate almost coincides with the target SI rate.

なお、上記したような吸排気モデルによる温度推定誤差の補正のずれは、筒内状態を調整するデバイス(内部EGRを調整する吸排気VVT23、24など)の動作の遅れや、このデバイスが狙い通りに動作していないことが原因で生じ得る。   Note that the deviation in the correction of the temperature estimation error due to the intake / exhaust model as described above is caused by a delay in the operation of a device that adjusts the in-cylinder state (intake / exhaust VVT23, 24 that adjusts the internal EGR, etc.) This can be caused by not operating properly.

<作用効果>
次に、上述した実施形態による圧縮自己着火式エンジンの制御装置の主な作用効果について説明する。
<Effect>
Next, main effects of the control device for the compression self-ignition engine according to the above-described embodiment will be described.

本実施形態によれば、エンジン1の運転状態(エンジン負荷など)に基づき、SI率を調整する制御と、自己着火時期及び/又は筒内温度を調整する制御とを行い、SI燃焼及びCI燃焼を含むSI−CI燃焼における燃焼状態を制御する。これにより、所望のSI−CI燃焼を適切に実現することができる。具体的には、SI−CI燃焼でのSI率及び自己着火時期のそれぞれを適切に目標値に設定することができる。その結果、燃費の改善、燃焼安定性確保及び燃焼騒音抑制などを達成することが可能となる。   According to this embodiment, based on the operating state of the engine 1 (engine load or the like), the control for adjusting the SI rate and the control for adjusting the self-ignition timing and / or the in-cylinder temperature are performed, and SI combustion and CI combustion are performed. The combustion state in the SI-CI combustion including is controlled. Thereby, desired SI-CI combustion can be realized appropriately. Specifically, each of the SI rate and self-ignition timing in SI-CI combustion can be appropriately set to the target value. As a result, it becomes possible to achieve improvements in fuel consumption, combustion stability and combustion noise suppression.

また、本実施形態によれば、SI−CI燃焼の開始前に筒内温度を調整する制御(内部EGRガスの制御など)を行い、この制御後に燃焼開始前の実際の筒内温度を求めて、当該筒内温度に基づき点火時期を制御することで、SI率を調整する。これにより、各種の状態量設定デバイスの制御ずれ等を考慮してSI率を適切に制御できるようになる。   Further, according to the present embodiment, control (such as control of internal EGR gas) is performed to adjust the in-cylinder temperature before the start of SI-CI combustion, and after this control, the actual in-cylinder temperature before the start of combustion is obtained. The SI rate is adjusted by controlling the ignition timing based on the in-cylinder temperature. As a result, the SI rate can be appropriately controlled in consideration of control deviations of various state quantity setting devices.

また、本実施形態によれば、今回の燃焼サイクルにおいてSI率を調整するための各種制御値を、前回の燃焼サイクルにおいて取得した筒内温度に基づき補正するので、SI−CI燃焼における目標SI率を効果的に実現することができ、また、目標自己着火時期にて確実に着火させることができる。具体的には、SI−CI燃焼における過渡的な燃焼状態及び定常的な燃焼状態の両方について、所望の燃焼状態を適切に実現することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, various control values for adjusting the SI rate in the current combustion cycle are corrected based on the in-cylinder temperature acquired in the previous combustion cycle, so the target SI rate in SI-CI combustion Can be effectively realized, and can be reliably ignited at the target self-ignition time. Specifically, it is possible to appropriately realize a desired combustion state for both a transient combustion state and a steady combustion state in SI-CI combustion.

<変形例>
以下では、上記した実施形態の変形例について説明する。
<Modification>
Below, the modification of above-described embodiment is demonstrated.

上記した実施形態では、吸気弁21の閉弁時期(IVC時点)での筒内温度を用いていたが、この代わりに吸気下死点(BDC時点)での筒内温度を用いて、各種の制御を行ってもよい。   In the above-described embodiment, the in-cylinder temperature at the closing timing (IVC time) of the intake valve 21 is used, but instead of this, various cylinder temperatures are used by using the in-cylinder temperature at the intake bottom dead center (BDC time). Control may be performed.

上記した実施形態では、第2の制御モデルにおいて、エアフローセンサSW1によって検知された吸入空気量などから筒内温度を求めていたが、他の例では、指圧センサSW6によって検知された筒内圧から筒内温度を求めてもよい。また、第3の制御モデルにおいて、指圧センサSW6によって検知された筒内圧から筒内温度を求めていたが、他の例では、エアフローセンサSW1によって検知された吸入空気量などから筒内温度を求めてもよい。   In the above-described embodiment, the in-cylinder temperature is obtained from the intake air amount detected by the airflow sensor SW1 in the second control model. However, in another example, the in-cylinder pressure is detected from the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6. The internal temperature may be obtained. In the third control model, the in-cylinder temperature is obtained from the in-cylinder pressure detected by the finger pressure sensor SW6. In another example, the in-cylinder temperature is obtained from the intake air amount detected by the airflow sensor SW1. May be.

1 エンジン
10 ECU(コントローラ)
17 燃焼室
23 吸気電動VVT(状態量設定デバイス、可変動弁機構)
24 排気電動VVT(状態量設定デバイス、可変動弁機構)
25 点火プラグ
49 過給システム(状態量設定デバイス)
44 過給機
43 スロットル弁(状態量設定デバイス)
48 エアバイパス弁(状態量設定デバイス)
54 EGR弁(状態量設定デバイス)
55 EGRシステム(状態量設定デバイス)
6 インジェクタ
1 engine 10 ECU (controller)
17 Combustion chamber 23 Intake motor VVT (state quantity setting device, variable valve mechanism)
24 Exhaust electric VVT (state quantity setting device, variable valve mechanism)
25 Spark plug 49 Supercharging system (state quantity setting device)
44 Turbocharger 43 Throttle valve (state quantity setting device)
48 Air bypass valve (state quantity setting device)
54 EGR valve (state quantity setting device)
55 EGR system (state quantity setting device)
6 Injector

Claims (18)

燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、前記燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成された前記エンジンと、
前記エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、前記燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、
前記エンジンのインジェクタ及び点火プラグと前記状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、
を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、
前記エンジンにおいては、前記点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、
前記コントローラは、前記エンジンの運転状態に基づき、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は前記第2燃焼において発生する熱量に対して前記第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、前記自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、
前記第1及び第2制御手段の両方によって、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態を前記エンジンの運転状態に応じて変更
前記第1燃焼及び前記第2燃焼を実現するために前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記インジェクタから噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、点火を行うように前記点火プラグを制御する、
ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
An engine comprising at least a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber. The engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber;
A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine;
A controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device;
A control device for a compression self-ignition engine having
In the engine, a first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug and a second combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition due to the flame propagation are performed,
The controller performs the first combustion on the total amount of heat generated in the first and second combustion or the amount of heat generated in the second combustion in one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. First control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated, and second control means for controlling the self-ignition timing, which is the time when the self-ignition occurs,
By both the first and second control means, during one combustion cycle of the engine, and changed in accordance with the combustion state of both said first and second combustion to the operating state of the engine,
Controlling the spark plug to ignite after completing the injection of all the fuel to be injected from the injector during one combustion cycle of the engine to realize the first combustion and the second combustion;
A control device for a compression self-ignition engine characterized by that.
前記コントローラの前記第1制御手段は、前記エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、前記SI率を大きくする制御を行う、
請求項1に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The first control means of the controller performs control to increase the SI rate as the engine load as the operating state of the engine increases.
The control device for a compression self-ignition engine according to claim 1.
前記コントローラの前記第2制御手段は、前記エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、前記自己着火時期を遅角側に設定する制御を行う、
請求項1又は2に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The second control means of the controller performs control to set the self-ignition timing to the retard side as the engine load as the operating state of the engine increases.
The control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 or 2.
前記コントローラの前記第2制御手段は、所定の遅角限界を超えない範囲内において、前記自己着火時期を遅角側に設定する、
請求項3に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The second control means of the controller sets the self-ignition timing to the retard side within a range not exceeding a predetermined retard limit.
A control device for a compression self-ignition engine according to claim 3.
前記コントローラの前記第1及び第2制御手段は、前記エンジンの運転状態としてのエンジン負荷によらずに、前記第1及び第2燃焼を合わせた燃焼における燃焼重心位置をほぼ一定に維持するように、前記SI率及び前記自己着火時期を制御する、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The first and second control means of the controller maintain the position of the center of gravity of combustion in the combined combustion of the first and second combustion substantially constant regardless of the engine load as the operating state of the engine. Controlling the SI rate and the self-ignition timing;
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 4.
前記コントローラの前記第1制御手段は、前記点火プラグによる点火時期を制御して、前記SI率を調整する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The first control means of the controller controls the ignition timing by the spark plug to adjust the SI rate;
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 5.
前記コントローラの前記第1制御手段は、前記燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整するよう前記状態量設定デバイスを制御して、前記SI率を調整する、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The first control means of the controller adjusts the SI rate by controlling the state quantity setting device so as to adjust the ratio of fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber.
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 6.
前記コントローラは、前記燃焼室内に略均質な混合気を形成するよう、前記点火プラグによる点火時期の前で且つ当該点火時期に近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、この後段噴射よりも前で且つ前記点火時期から離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行するよう前記インジェクタを制御し、
前記第1制御手段は、前記後段噴射における前記インジェクタからの燃料噴射量を制御して、前記SI率を調整する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The controller includes a post-injection in which fuel is injected before and after the ignition timing by the spark plug so as to form a substantially homogeneous mixture in the combustion chamber, and before the post-injection. And controlling the injector to perform pre-stage injection that injects fuel at a timing away from the ignition timing,
The first control means adjusts the SI rate by controlling a fuel injection amount from the injector in the post-stage injection.
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 7.
前記コントローラの前記第2制御手段は、前記点火プラグによる点火時期を制御して、前記自己着火時期を調整する、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The second control means of the controller controls the ignition timing by the spark plug to adjust the self-ignition timing;
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 8.
前記コントローラは、前記エンジンの運転状態に応じた目標SI率及び目標自己着火時期を設定し、前記第1及び第2制御手段の両方によって、これらの目標SI率及び目標自己着火時期が実現されるように前記SI率及び前記自己着火時期を調整する制御を行う、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The controller sets a target SI rate and a target self-ignition timing according to the operating state of the engine, and these target SI rate and target self-ignition timing are realized by both the first and second control means. So as to control the SI rate and the self-ignition timing,
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 9.
前記コントローラは、
前記目標SI率及び前記目標自己着火時期に応じて設定すべき前記第1燃焼の開始前の前記燃焼室内の状態を求め、この状態を実現すべく、前記燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を調整するよう前記状態量設定デバイスを制御し、また、
前記第1燃焼の開始前の実際の前記燃焼室内の状態を取得して、この状態に基づき、前記目標自己着火時期が実現されるように前記点火プラグによる点火時期を制御する、
請求項10に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The controller is
The state in the combustion chamber before the start of the first combustion to be set according to the target SI rate and the target self-ignition timing is obtained, and fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber to realize this state Controlling the state quantity setting device to adjust the ratio with gas,
Acquiring an actual state in the combustion chamber before the start of the first combustion, and controlling an ignition timing by the spark plug so as to realize the target self-ignition timing based on the state;
The control device for a compression self-ignition engine according to claim 10.
燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、前記燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成された前記エンジンと、
前記エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、前記燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、
前記エンジンのインジェクタ及び点火プラグと前記状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、
を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、
前記エンジンにおいては、前記点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、
前記コントローラは、
エンジン負荷に基づき、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は前記第2燃焼において発生する熱量に対して前記第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を調整する制御と、前記自己着火が生じる時期である自己着火時期を調整する制御とを行い、
前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記点火プラグによる点火時期と、前記インジェクタによる燃料噴射量及び/又は燃料噴射時期と、前記状態量設定デバイスにより前記燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合と、のうちの少なくともいずれかを調整して、前記SI率及び前記自己着火時期の両方を制御することで、前記第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態を前記エンジンの運転状態に応じて変更
前記第1燃焼及び前記第2燃焼を実現するために前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記インジェクタから噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、点火を行うように前記点火プラグを制御する、
ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
An engine comprising at least a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber. The engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber;
A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine;
A controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device;
A control device for a compression self-ignition engine having
In the engine, a first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug and a second combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition due to the flame propagation are performed,
The controller is
Based on the engine load, in one combustion cycle of the engine, related to the total amount of heat generated in the first and second combustion or the ratio of the amount of heat generated by the first combustion to the amount of heat generated in the second combustion Performing control to adjust the SI rate as an index to perform and control to adjust the self-ignition timing, which is the time when the self-ignition occurs,
In one combustion cycle of the engine, ignition timing by the spark plug, fuel injection amount and / or fuel injection timing by the injector, fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber by the state quantity setting device, And adjusting both the SI rate and the self-ignition timing to change the combustion state of both the first and second combustion to the operating state of the engine. depending change it,
Controlling the spark plug to ignite after completing the injection of all the fuel to be injected from the injector during one combustion cycle of the engine to realize the first combustion and the second combustion;
A control device for a compression self-ignition engine characterized by that.
前記コントローラは、前記エンジン負荷が高くなるほど、前記SI率を大きくする制御と前記自己着火時期を遅角側に設定する制御とを行う、
請求項12に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The controller performs control to increase the SI rate and control to set the self-ignition timing to the retard side as the engine load increases.
The control device for a compression self-ignition engine according to claim 12.
前記コントローラは、前記状態量設定デバイスにより前記燃焼室内に導入する新気と既燃ガスとの割合を制御して前記SI率を調整すると共に、前記点火プラグによる点火時期を制御して前記自己着火時期を調整する、
請求項12又は13に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The controller adjusts the SI rate by controlling a ratio of fresh air and burned gas introduced into the combustion chamber by the state quantity setting device, and controls ignition timing by the spark plug to control the self-ignition. Adjust the time,
The control device for a compression self-ignition engine according to claim 12 or 13.
前記状態量設定デバイスは、前記エンジンに設けられた吸気弁及び/又は排気弁のバルブタイミングを可変に構成された可変動弁機構であり、
前記コントローラは、前記エンジンの排気ポートから既燃ガスを内部EGRガスとして前記燃焼室に引き戻すべく、前記吸気弁及び/又は前記排気弁のバルブタイミングを調整するよう前記可変動弁機構を制御して、前記燃焼室内に導入する新気と内部EGRガスとの割合を調整する、
請求項1乃至14のいずれか一項に記載の圧縮自己着火式エンジンの制御装置。
The state quantity setting device is a variable valve mechanism configured to vary the valve timing of an intake valve and / or an exhaust valve provided in the engine,
The controller controls the variable valve mechanism to adjust the valve timing of the intake valve and / or the exhaust valve so as to return burned gas from the exhaust port of the engine as internal EGR gas to the combustion chamber. Adjusting the ratio of fresh air and internal EGR gas introduced into the combustion chamber;
The control device for a compression self-ignition engine according to any one of claims 1 to 14.
燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、前記燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成された前記エンジンと、An engine comprising at least a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber. The engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber;
前記エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、前記燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine;
前記エンジンのインジェクタ及び点火プラグと前記状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、A controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device;
を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、A control device for a compression self-ignition engine having
前記エンジンにおいては、前記点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、In the engine, a first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug and a second combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition due to the flame propagation are performed,
前記コントローラは、前記エンジンの運転状態に基づき、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は前記第2燃焼において発生する熱量に対して前記第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、前記自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、The controller performs the first combustion on the total amount of heat generated in the first and second combustion or the amount of heat generated in the second combustion in one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. First control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated, and second control means for controlling the self-ignition timing, which is the time when the self-ignition occurs,
前記第1及び第2制御手段の両方によって、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態を前記エンジンの運転状態に応じて変更し、Both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustions in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine,
前記コントローラの前記第1制御手段は、前記エンジンの運転状態としてのエンジン負荷が高くなるほど、前記SI率を大きくする制御を行う、The first control means of the controller performs control to increase the SI rate as the engine load as the operating state of the engine increases.
ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。A control device for a compression self-ignition engine characterized by that.
燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、前記燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成された前記エンジンと、An engine comprising at least a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber. The engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber;
前記エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、前記燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine;
前記エンジンのインジェクタ及び点火プラグと前記状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、A controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device;
を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、A control device for a compression self-ignition engine having
前記エンジンにおいては、前記点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、In the engine, a first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug and a second combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition due to the flame propagation are performed,
前記コントローラは、前記エンジンの運転状態に基づき、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は前記第2燃焼において発生する熱量に対して前記第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、前記自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、The controller performs the first combustion on the total amount of heat generated in the first and second combustion or the amount of heat generated in the second combustion in one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. First control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated, and second control means for controlling the self-ignition timing, which is the time when the self-ignition occurs,
前記第1及び第2制御手段の両方によって、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態を前記エンジンの運転状態に応じて変更し、Both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustions in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine,
前記コントローラの前記第1及び第2制御手段は、前記エンジンの運転状態としてのエンジン負荷によらずに、前記第1及び第2燃焼を合わせた燃焼における燃焼重心位置をほぼ一定に維持するように、前記SI率及び前記自己着火時期を制御する、The first and second control means of the controller maintain the position of the center of gravity of combustion in the combined combustion of the first and second combustion substantially constant regardless of the engine load as the operating state of the engine. Controlling the SI rate and the self-ignition timing;
ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの制御装置。A control device for a compression self-ignition engine characterized by that.
燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に燃料を供給するよう燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、を少なくとも備えたエンジンであって、前記燃焼室内において混合気を自己着火させるよう構成された前記エンジンと、An engine comprising at least a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, an injector for injecting fuel to supply fuel into the combustion chamber, and an ignition plug for igniting the mixture in the combustion chamber. The engine configured to self-ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber;
前記エンジンの燃焼室への新気及び既燃ガスの導入を調整することによって、前記燃焼室内を所望の状態に設定するよう構成された状態量設定デバイスと、A state quantity setting device configured to set the combustion chamber to a desired state by adjusting the introduction of fresh air and burned gas into the combustion chamber of the engine;
前記エンジンのインジェクタ及び点火プラグと前記状態量設定デバイスとを少なくとも制御して、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラと、A controller configured to operate the engine by at least controlling the injector and spark plug of the engine and the state quantity setting device;
を有する圧縮自己着火式エンジンの制御装置であって、A control device for a compression self-ignition engine having
前記エンジンにおいては、前記点火プラグの点火により混合気が火炎伝播により燃焼する第1燃焼と、この火炎伝播に起因して混合気が自己着火により燃焼する第2燃焼とが行われ、In the engine, a first combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation by ignition of the spark plug and a second combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition due to the flame propagation are performed,
前記コントローラは、前記エンジンの運転状態に基づき、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼において発生する全熱量又は前記第2燃焼において発生する熱量に対して前記第1燃焼により発生する熱量の割合に関連する指標としてのSI率を制御する第1制御手段と、前記自己着火が生じる時期である自己着火時期を制御する第2制御手段と、を備え、The controller performs the first combustion on the total amount of heat generated in the first and second combustion or the amount of heat generated in the second combustion in one combustion cycle of the engine based on the operating state of the engine. First control means for controlling the SI rate as an index related to the ratio of the amount of heat generated, and second control means for controlling the self-ignition timing, which is the time when the self-ignition occurs,
前記第1及び第2制御手段の両方によって、前記エンジンの1燃焼サイクル中において、前記第1及び第2燃焼の両方の燃焼状態を前記エンジンの運転状態に応じて変更し、Both the first and second control means change the combustion state of both the first and second combustions in accordance with the operating state of the engine during one combustion cycle of the engine,
前記コントローラは、前記燃焼室内に略均質な混合気を形成するよう、前記点火プラグによる点火時期の前で且つ当該点火時期に近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、この後段噴射よりも前で且つ前記点火時期から離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行するよう前記インジェクタを制御し、The controller includes a post-injection in which fuel is injected before and after the ignition timing by the spark plug so as to form a substantially homogeneous mixture in the combustion chamber, and before the post-injection. And controlling the injector to perform pre-stage injection that injects fuel at a timing away from the ignition timing,
前記第1制御手段は、前記後段噴射における前記インジェクタからの燃料噴射量を制御して、前記SI率を調整する、The first control means adjusts the SI rate by controlling a fuel injection amount from the injector in the post-stage injection.
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