JP6583336B2 - Control device for compression self-ignition engine - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、圧縮自己着火式エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a control device for a compression self-ignition engine.
特許文献1には、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼する運転領域において、内部EGRガスを燃焼室内に導入するよう構成されたエンジンが記載されている。このエンジンは、排気弁を開弁する動弁機構が、通常モードと特殊モードとを切り替えて動作するよう構成されている。 Patent Document 1 describes an engine configured to introduce internal EGR gas into a combustion chamber in an operation region in which an air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition. This engine is configured such that a valve operating mechanism that opens an exhaust valve operates by switching between a normal mode and a special mode.
具体的に、通常モードは、排気弁を排気行程において開弁するモードであり、特殊モードは、排気弁を排気行程及び吸気行程において開弁するモードである。動弁機構は、第1カムと第2カムとを有している。第1カムは、通常モードにおいて選択されるカムであり、カム山を一つ有している。第2カムは、特殊モードにおいて選択されるカムであり、カム山を2つ有している。 Specifically, the normal mode is a mode in which the exhaust valve is opened in the exhaust stroke, and the special mode is a mode in which the exhaust valve is opened in the exhaust stroke and the intake stroke. The valve operating mechanism has a first cam and a second cam. The first cam is a cam selected in the normal mode, and has one cam crest. The second cam is a cam selected in the special mode and has two cam peaks.
より詳細に、第2カムのカムプロフィールは、排気弁の開弁後、リフトが徐々に増大し最大リフトに到達した後、リフトが徐々に減少していくが、そのままゼロに至ることなく、最大リフトよりも低い所定リフトを、所定期間維持した後、ゼロに至る。排気弁は、特殊モードにおいては、吸気行程の期間において開弁することになる。特許文献1に記載されているエンジンでは、内部EGRガスを燃焼室内に導入するときに、コントローラーは、排気弁の動弁機構を特殊モードで動作させる。これにより、排気弁は吸気行程において開弁し、排気行程中に排気ポートに排出した既燃ガスの一部が、燃焼室内に再導入される。 More specifically, after the exhaust valve is opened, the cam profile of the second cam increases gradually and reaches the maximum lift, and then the lift gradually decreases. After maintaining a predetermined lift lower than the lift for a predetermined period, it reaches zero. In the special mode, the exhaust valve is opened during the intake stroke. In the engine described in Patent Document 1, when the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber, the controller operates the valve mechanism of the exhaust valve in a special mode. As a result, the exhaust valve is opened during the intake stroke, and part of the burned gas discharged to the exhaust port during the exhaust stroke is reintroduced into the combustion chamber.
特許文献1に記載されているエンジンでは、内部EGR率(燃焼室内に導入した全ガスの重量に対する、内部EGRガスの重量比)を調整することによって、燃焼室内の温度状態を適切に保ち、混合気を、安定的に自己着火により燃焼させるようにしている。 In the engine described in Patent Document 1, by adjusting the internal EGR rate (weight ratio of internal EGR gas to the total weight of gas introduced into the combustion chamber), the temperature state in the combustion chamber is appropriately maintained and mixed. Qi is made to burn stably by self-ignition.
ところで、特許文献1に記載されているエンジンでは、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼する運転領域は、相対的に低負荷の領域に制限されている。これに対し、混合気が自己着火により燃焼する運転領域が高負荷側に拡大すると、エンジンの燃費性能が向上する。 By the way, in the engine described in Patent Document 1, the operating region in which the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition is limited to a relatively low load region. On the other hand, when the operating range in which the air-fuel mixture burns by self-ignition is expanded to the high load side, the fuel efficiency performance of the engine is improved.
そこで、特許文献1に記載されている自然吸気エンジンとは異なり、エンジンが、燃焼室に導入する吸気を過給する過給機を備え、負荷が高い領域において、燃料量が増えることに対応して新気量が増えるように、吸気を過給することが考えられる。これによって、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼する運転領域を高負荷側に拡大することができる。 Therefore, unlike the naturally aspirated engine described in Patent Document 1, the engine includes a supercharger that supercharges the intake air introduced into the combustion chamber, and copes with an increase in the amount of fuel in a high load region. It is conceivable to supercharge the intake air so that the new air volume increases. As a result, the operating range in which the air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition can be expanded to the high load side.
しかしながら、過給機が吸気の過給を行っているときに、前述したように、排気弁を吸気行程の期間において開弁していると、吸気行程において排気弁と吸気弁との両方が開弁しているため、エンジンの吸気側から排気側に吸気の吹き抜けが発生してしまう。これにより、燃焼室内に導入する内部EGRガスの量を精度よく調整することが難しくなる。つまり、内部EGR率の制御性が低下してしまう。 However, as described above, when the supercharger is supercharging the intake air, if the exhaust valve is opened during the intake stroke, both the exhaust valve and the intake valve are opened during the intake stroke. As a result, the intake air is blown from the intake side to the exhaust side of the engine. This makes it difficult to accurately adjust the amount of internal EGR gas introduced into the combustion chamber. That is, the controllability of the internal EGR rate is reduced.
内部EGRガスを燃焼室内に導入する手段は、特許文献1に記載されているように、排気弁を吸気行程において開弁することに限らない。例えば排気弁及び吸気弁を、排気上死点周りにおいて共に閉弁することにより、燃焼室の中に既燃ガスの一部を閉じ込めることが可能である。 The means for introducing the internal EGR gas into the combustion chamber is not limited to opening the exhaust valve in the intake stroke, as described in Patent Document 1. For example, by closing both the exhaust valve and the intake valve around the exhaust top dead center, it is possible to confine a part of the burned gas in the combustion chamber.
そこで、エンジンの運転状態に応じて、内部EGRガスを燃焼室内に導入する手段を切り替えることが考えられる。しかしながら、この場合、手段を切り替えるタイミングで、内部EGR率が大きく変動することは避けなければならない。 Accordingly, it is conceivable to switch the means for introducing the internal EGR gas into the combustion chamber according to the operating state of the engine. However, in this case, it should be avoided that the internal EGR rate greatly fluctuates at the timing of switching means.
また、内部EGR率の変動が抑制できても、安定した燃焼状態が確保できないと、良好なエンジン性能は得られない。 Moreover, even if the fluctuation of the internal EGR rate can be suppressed, good engine performance cannot be obtained unless a stable combustion state can be secured.
ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮自己着火式エンジンにおいて、内部EGRガスを燃焼室の中に導入する手段を切り替えるときに、内部EGR率の変動を抑制するとともに安定した燃焼を実現することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the purpose thereof is to change the internal EGR in a compression self-ignition engine when the means for introducing the internal EGR gas into the combustion chamber is switched. This is to suppress the fluctuation of the rate and realize stable combustion.
具体的に、ここに開示する圧縮自己着火式エンジンの制御装置は、燃焼室の中の混合気を自己着火によって燃焼させるよう構成されたエンジンと、吸気弁及び排気弁の内、少なくとも前記排気弁の開弁動作を変更することによって、前記燃焼室の中に内部EGRガスを導入するよう構成された可変動弁デバイスと、少なくとも前記可変動弁デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラーと、前記コントローラーに接続されかつ、前記エンジンの運転状態に関するパラメータを検知すると共に、前記コントローラーに検知信号を出力するよう構成されたセンサと、を備える。 Specifically, a control device for a compression self-ignition engine disclosed herein includes an engine configured to burn an air-fuel mixture in a combustion chamber by self-ignition, and at least the exhaust valve among an intake valve and an exhaust valve. A variable valve device configured to introduce internal EGR gas into the combustion chamber by changing a valve opening operation of the engine, and outputting a control signal to at least the variable valve device, A controller configured to operate; and a sensor connected to the controller and configured to detect a parameter related to an operating state of the engine and to output a detection signal to the controller.
前記センサは、前記燃焼室での燃焼状態を検知する燃焼状態検知センサを含む。前記可変動弁デバイスは、前記排気弁を、排気上死点前に閉弁することにより、前記燃焼室の中に前記内部EGRガスを閉じ込める第1モードと、前記排気弁を吸気行程において開弁することにより、前記燃焼室の中に前記内部EGRガスを導入する第2モードと、を切り替えるよう構成されており、前記エンジンが自己着火燃焼によって運転する運転領域における前記第1モードと前記第2モードとの切り替えは、当該第1モードで動作するときの前記燃焼室の中の内部EGR率と、当該第2モードで動作するときの前記内部EGR率と、が同じとなるときに実行される。 The sensor includes a combustion state detection sensor that detects a combustion state in the combustion chamber. The variable valve operating device includes a first mode in which the internal EGR gas is confined in the combustion chamber by closing the exhaust valve before exhaust top dead center, and the exhaust valve is opened in an intake stroke. Thus, the second mode in which the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber is switched, and the first mode and the second mode in the operation region in which the engine is operated by self-ignition combustion. Switching to the mode is executed when the internal EGR rate in the combustion chamber when operating in the first mode is the same as the internal EGR rate when operating in the second mode. .
そして、前記切り替えの過渡時に、前記コントローラーは、前記燃焼状態検知センサから出力される検知信号に基づいて、前記燃焼室での燃焼状態が安定しているか否かを判定し、当該燃焼状態が不安定であると判定した場合には、当該燃焼を安定化させる燃焼安定化制御を行う。 Then, during the transition of the switching, the controller determines whether or not the combustion state in the combustion chamber is stable based on the detection signal output from the combustion state detection sensor, and the combustion state is not stable. When it determines with it being stable, the combustion stabilization control which stabilizes the said combustion is performed.
この構成によると、可変動弁システムは、第1モードでは、排気弁を、排気上死点前において閉弁する。このことにより、既燃ガスの一部は燃焼室の中に閉じ込められる。可変動弁システムはまた、第2モードでは、排気弁を吸気行程において開弁する。排気行程中に排気ポートに排出された既燃ガスの一部が、吸気行程中に排気弁が開いたときに、燃焼室の中に再導入される。 According to this configuration, the variable valve system closes the exhaust valve before exhaust top dead center in the first mode. As a result, part of the burned gas is confined in the combustion chamber. The variable valve system also opens the exhaust valve in the intake stroke in the second mode. Part of the burned gas discharged to the exhaust port during the exhaust stroke is reintroduced into the combustion chamber when the exhaust valve is opened during the intake stroke.
そして、これら第1モードと第2モードとの切り替えは、第1モードで動作するときの燃焼室の中の内部EGR率と、第2モードで動作するときの内部EGR率と、が同じ、つまり、内部EGR率を変動させることなく第1モードと第2モードとが連続的に切り替わるタイミングで実行される。従って、第1モードと第2モードとの切り替え時に内部EGR率が大きく変動することは、抑制できる。 The switching between the first mode and the second mode is the same between the internal EGR rate in the combustion chamber when operating in the first mode and the internal EGR rate when operating in the second mode. This is executed at the timing at which the first mode and the second mode are continuously switched without changing the internal EGR rate. Therefore, it is possible to suppress the internal EGR rate from fluctuating greatly when switching between the first mode and the second mode.
ところが、吸気弁及び排気弁の両方を、排気上死点周りにおいて閉弁する第1モードでは、高温の既燃ガスが燃焼室内に閉じ込められるため、燃焼室内の温度は、主に燃焼室に閉じ込められた既燃ガスの量(詳細には、加熱された燃焼室の内壁温度)によって定まる。一方、内部EGRガスが燃焼室の中に導入される第2モードでは、燃焼室内の温度は、主に内部EGRガスの温度によって定まるが、その内部EGRガスの温度は、エンジンの運転状態によって変化する。 However, in the first mode in which both the intake valve and the exhaust valve are closed around the exhaust top dead center, the high temperature burned gas is confined in the combustion chamber, so the temperature in the combustion chamber is mainly confined in the combustion chamber. It is determined by the amount of burned gas (specifically, the inner wall temperature of the heated combustion chamber). On the other hand, in the second mode in which the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber, the temperature in the combustion chamber is mainly determined by the temperature of the internal EGR gas, but the temperature of the internal EGR gas varies depending on the operating state of the engine. To do.
従って、第1モードと第2モードとの切り替え時に内部EGR率を一定に保持しても、切り替え直後に燃焼室内で温度差が生じることにより、燃焼が不安定になるおそれがある。 Therefore, even if the internal EGR rate is kept constant when switching between the first mode and the second mode, there is a possibility that combustion may become unstable due to a temperature difference in the combustion chamber immediately after switching.
それに対し、この構成によれば、燃焼状態検知センサで燃焼室での燃焼状態を検知し、第1モードと第2モードとの切り替えの過渡時に、コントローラーが、燃焼状態検知センサから出力される検知信号に基づいて、例えば燃焼サイクル毎に、燃焼室での燃焼状態が安定しているか否かを判定する。そうして、例えば切り替え直後の燃焼サイクルで、燃焼状態が不安定であると判定した場合に、その後の燃焼サイクルにおいて、燃焼を安定化させる燃焼安定化制御を行う。 On the other hand, according to this configuration, the combustion state detection sensor detects the combustion state in the combustion chamber, and the controller outputs a detection output from the combustion state detection sensor at the transition between the first mode and the second mode. Based on the signal, for example, for each combustion cycle, it is determined whether the combustion state in the combustion chamber is stable. Thus, for example, when it is determined that the combustion state is unstable in the combustion cycle immediately after switching, combustion stabilization control is performed to stabilize combustion in the subsequent combustion cycle.
従って、第1モードと第2モードとの切り替えの過渡時に、燃焼室内の温度差に起因して、燃焼状態が不安定になった場合でも、直ぐに燃焼を安定化させることができるので、円滑に切り替えることができ、良好なエンジン性能を実現できる。 Therefore, even when the combustion state becomes unstable due to the temperature difference in the combustion chamber during the transition between the first mode and the second mode, the combustion can be stabilized immediately, so that smooth It can be switched, and good engine performance can be realized.
前記燃焼安定化制御には、例えば、前記可変動弁デバイスによって前記内部EGRガスの導入量を増やす、内部EGR増量制御を用いることができる。 For the combustion stabilization control, for example, internal EGR increase control in which the introduction amount of the internal EGR gas is increased by the variable valve operating device can be used.
燃焼状態が不安定とは、通常は、燃焼が弱く、十分な燃焼熱が得られていない状態である。従って、切り替えの過渡時において、一時的に、内部EGRガスの導入量を増やし、燃焼室内の温度を高めれば、燃焼を安定化させることができる。第1モードであれば、燃焼室に閉じ込める既燃ガス量を増やせばよいため、可変動弁デバイスによって排気弁のバルブタイミングを進角させることが考えられる。また、第2モードであれば、内部EGRガスの導入量を増やせばよいため、可変動弁デバイスによって排気弁を吸気行程で大きく閉弁させることが考えられる。 The unstable combustion state is usually a state where combustion is weak and sufficient combustion heat is not obtained. Therefore, combustion can be stabilized by temporarily increasing the introduction amount of the internal EGR gas and increasing the temperature in the combustion chamber during the transition of switching. In the first mode, it is only necessary to increase the amount of burnt gas confined in the combustion chamber, so it is conceivable to advance the valve timing of the exhaust valve by a variable valve operating device. Further, in the second mode, it is only necessary to increase the amount of internal EGR gas introduced. Therefore, it is conceivable that the exhaust valve is largely closed in the intake stroke by the variable valve operating device.
また、燃焼安定化制御には、燃料の噴射制御も利用できる。すなわち、吸気行程から圧縮行程にわたって複数回に分けて燃焼室に燃料を噴射するインジェクタを更に備えるようにし、進角側での燃料の噴射量に対する遅角側での燃料の噴射量の割合からなる分割噴射率を高める、分割噴射率変更制御によっても、燃焼安定化制御は行える。 In addition, fuel injection control can also be used for combustion stabilization control. That is, an injector for injecting fuel into the combustion chamber in a plurality of times from the intake stroke to the compression stroke is further provided, and consists of the ratio of the fuel injection amount on the retard side to the fuel injection amount on the advance side. Combustion stabilization control can also be performed by split injection rate change control that increases the split injection rate.
すなわち、燃料の噴射制御は、応答性に優れるため、タイムラグをほとんど生じることなく制御できる。従って、分割噴射率変更制御は、内部EGR増量制御よりも迅速かつ高精度な燃焼安定化制御が行える。そして、進角側、つまりは吸気行程の側で燃料を噴射するほど、燃料は燃焼室内に拡がるのに対し、遅角側、つまりは圧縮行程の側で燃料を噴射するほど、燃料は燃焼室内に偏在して成層化する。それにより、成層燃焼が促進される。成層燃焼が促進されれば、燃料量が同じで燃焼室内の温度が比較的低くい場合であっても、燃焼を安定化できる。従って、分割噴射率を高めることによっても燃焼を安定化できる。 That is, since the fuel injection control is excellent in responsiveness, it can be controlled with little time lag. Therefore, the split injection rate change control can perform the combustion stabilization control more quickly and with higher accuracy than the internal EGR increase control. As the fuel is injected on the advance side, that is, on the intake stroke side, the fuel spreads into the combustion chamber. On the other hand, the fuel is injected on the retard side, that is, on the compression stroke side, the fuel is injected into the combustion chamber. It is unevenly distributed and stratified. Thereby, stratified combustion is promoted. If stratified combustion is promoted, combustion can be stabilized even when the fuel amount is the same and the temperature in the combustion chamber is relatively low. Therefore, combustion can also be stabilized by increasing the divided injection rate.
特に、前記燃焼安定化制御は、前記内部EGR増量制御及び前記分割噴射率変更制御の双方を含み、前記コントローラーは、これら制御を協調して行うことにより、前記燃焼室での燃焼状態が安定するほど、前記分割噴射率を低下させるようにするのが好ましい。 In particular, the combustion stabilization control includes both the internal EGR increase control and the split injection rate change control, and the controller stabilizes the combustion state in the combustion chamber by performing these controls in cooperation. It is preferable to decrease the split injection rate.
成層燃焼が促進されるほど、未燃燃料の増加を招くことから、燃費や排ガス性能の向上の観点からは、内部EGR増量制御に比べて不利である。従って、内部EGR増量制御及び分割噴射率変更制御の双方を協調して行い、燃焼が安定するほど、分割噴射率を低下させる、つまり成層燃焼を減らすようにすることで、そのような不利も改善できる。 As the stratified combustion is promoted, the unburned fuel is increased, which is disadvantageous compared with the internal EGR increase control from the viewpoint of improving the fuel efficiency and the exhaust gas performance. Therefore, both the internal EGR increase control and the split injection rate change control are performed in a coordinated manner, and as the combustion stabilizes, the split injection rate is decreased, that is, the stratified combustion is reduced, so that such disadvantage is also improved. it can.
開示した圧縮自己着火式エンジンの制御装置によれば、内部EGRガスを燃焼室の中に導入する手段を切り替える過渡時に、内部EGR率の変動と燃焼の不安定化が抑制でき、良好なエンジン性能を実現できる。 According to the disclosed control device for a compression self-ignition engine, it is possible to suppress fluctuations in the internal EGR rate and instability of combustion during a transition in which the means for introducing the internal EGR gas into the combustion chamber is switched. Can be realized.
以下、圧縮自己着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、圧縮自己着火式エンジンの制御装置の一例である。図1は、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、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。 Hereinafter, an embodiment of a control device for a compression self-ignition engine will be described in detail with reference to the drawings. The following description is an example of a control device for a compression self-ignition engine. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a compression self-ignition engine. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the control device for the compression self-ignition engine.
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.
(エンジンの構成)
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。
(Engine configuration)
The engine 1 includes a
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を形成する。尚、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったタイミングで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。詳細な図示は省略するが、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、キャビティが形成されている。シリンダヘッド13の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、二つの傾斜面によって構成されている。燃焼室17は、いわゆるペントルーフ形状である。
A
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(つまり、自己着火燃焼)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 (that is, self-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(尚、図1では一つの吸気ポート18のみ示している)。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。吸気動弁機構は、所定のタイミングで、吸気弁21を開閉する。吸気動弁機構は、この構成例では、図2に示すように、可変動弁システム及びタイミング変更機構としての吸気VVT(Variable Valve Timing)231を有している。吸気VVT231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。吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気VVT231は、例えば電動VVTや、液圧式のVVTとすればよい。
Two
吸気動弁機構はまた、この構成例では、図2に示すように、可変動弁システム及びリフト変更機構としての吸気CVVL(Continuously Variable ValveLift)232を有している。吸気CVVL232は、吸気弁21のリフト量を、所定の範囲内で連続的に変更するよう構成されている。尚、吸気CVVL232の構成は、公知の構成を適宜採用すればよい。吸気CVVL232の構成は、任意である。
In this configuration example, the intake valve mechanism also has an intake CVVL (Continuously Variable Valve Lift) 232 as a variable valve system and a lift changing mechanism, as shown in FIG. The
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(尚、図1では一つの排気ポート19のみ示している)。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。排気動弁機構は、所定のタイミングで、排気弁22を開閉する。排気動弁機構は、この構成例では、図2に示すように、可変動弁システム及びタイミング変更機構としての排気VVT241を有している。排気VVT241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。排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気VVT241は、電動VVTや、液圧式のVVTとすればよい。
The
排気動弁機構はまた、この構成例では、図2に示すように、可変動弁システムとしての排気VVL242を有している。排気VVL242は、詳細は後述するが、排気弁22を、第1のカム部811及び第2のカム部812のいずれか一方によって開弁することにより、排気弁22のリフト量を変更するよう構成されている。
In this configuration example, the exhaust valve mechanism has an
詳細は後述するが、このエンジン1は、吸気動弁機構及び排気動弁機構によって、吸気弁21の開弁時期と排気弁22の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室17の中の既燃ガスを掃気したり、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。また、このエンジン1は、所定の運転状態にあるときに、排気動弁機構によって、排気弁22を吸気行程において開弁する。このことによって、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入する。
Although details will be described later, the engine 1 adjusts the length of the overlap period related to the opening timing of the
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、その中心軸が、シリンダ11の中心軸に沿うように配設されている。インジェクタ6は、キャビティに対向している。尚、インジェクタ6の中心軸は、シリンダ11の中心軸とずれていてもよい。
An
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、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
尚、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。
The
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。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。
A
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の中心軸を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ25は、インジェクタ6に隣接している。点火プラグ25は、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。詳細な図示は省略するが、点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。
A
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
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調整することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。
A
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に導入する吸気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スーパーチャージャーである。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
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
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
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
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、非過給の状態、つまり自然吸気の状態で運転する。
When the
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44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と電磁クラッチ45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。
When the
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。尚、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
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の上流に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40におけるサージタンク42の上流に接続されている。
An
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
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、前述した吸気動弁機構及び排気動弁機構を含んで構成されている内部EGRシステムとによって構成されている。
In this configuration example, the
圧縮自己着火式エンジンの制御装置は、図2に示すように、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ーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、コントローラーの一例である。
As shown in FIG. 2, the control device for the compression self-ignition engine includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the engine 1. The
ECU10には、図1及び図2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 2, various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are connected to the
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における過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を検知する第1圧力センサSW3、吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を検知する第2吸気温度センサSW4、サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を検知する第2圧力センサSW5、各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を検知する指圧センサSW6、排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、排気通路50における触媒コンバーター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
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VVT231、吸気CVVL232、排気VVT241、排気VVL242、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、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
(エンジンの運転領域)
図3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、及び、回転数の高低に対し、大きく四つの領域に分けられている。具体的に、四つの領域は、アイドル運転付近の負荷の低い領域と低負荷でかつ回転数が高い領域とを含む低負荷SI領域、全開負荷を含む高負荷の高負荷SI領域、低負荷SI領域と高負荷SI領域との間の領域であって、相対的に負荷が低くかつ回転数の低い非過給CI領域、及び、相対的に負荷の高い過給CI領域である。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、非過給CI領域及び過給CI領域において、圧縮自己着火による燃焼を行う。また、低負荷SI領域及び高負荷SI領域において、火花点火(つまり、Spark Ignition:SI)による燃焼を行う。以下、低負荷SI領域、非過給CI領域、過給CI領域、及び、高負荷SI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. 3 illustrates an operation region of the engine 1. The operating region of the engine 1 is roughly divided into four regions with respect to the load level and the rotational speed level. Specifically, the four regions are a low load SI region including a low load region near idle operation and a low load and high rotational speed region, a high load high load SI region including a fully open load, and a low load SI. A region between the region and the high load SI region, which is a non-supercharged CI region having a relatively low load and a low rotation speed, and a supercharged CI region having a relatively high load. The engine 1 performs combustion by compression self-ignition in the non-supercharged CI region and the supercharged CI region, mainly for the purpose of improving fuel consumption and exhaust gas performance. Further, in the low load SI region and the high load SI region, combustion is performed by spark ignition (that is, Spark Ignition: SI). Hereinafter, combustion modes in the low load SI region, the non-supercharged CI region, the supercharged CI region, and the high load SI region will be described in order.
エンジン1の運転状態が低負荷SI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燃焼である。低負荷SI領域において、混合気の空燃比A/F(つまり、燃焼室17の中の新気と燃料との質量比)は、略理論空燃比である(つまり、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。過給機44は、吸気の過給を行わず、スロットル弁43の開度は適宜調整される。燃焼室17に内部EGRガスは導入されない。
The combustion mode when the operating state of the engine 1 is in the low load SI region is SI combustion in which the air-fuel mixture is combusted by flame propagation when the
エンジン1の運転状態が非過給CI領域にあるときには、低負荷SI領域よりも燃料の噴射量が多くなる。燃焼温度が高くなるため、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することによって、燃焼室17の温度が高くなり、自己着火を安定して行うことが可能にある。エンジン1は、非過給CI領域において、CI燃焼を行う。また、エンジン1の運転状態が非過給CI領域にあるときには、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入する一方で、吸気の過給は行わない。混合気のA/Fは、理論空燃比よりもリーンにする。
When the operating state of the engine 1 is in the non-supercharged CI region, the fuel injection amount is larger than that in the low load SI region. Since the combustion temperature becomes high, by introducing the internal EGR gas into the
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、自然吸気の状態であれば、燃焼室17の中に導入する新気量が不足する。そこで、エンジン1の運転状態が過給CI領域にあるときには、過給機44が、燃焼室17の中に導入する吸気の過給を行いながら、エンジン1は、CI燃焼を行う。また、エンジン1の運転状態が過給CI領域にあるときにも、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入する。混合気のA/Fは、理論空燃比よりもリーンにする。過給CI領域は、第1領域に相当し、過給CI領域よりも負荷の低い非過給CI領域は、第2領域に相当する。
If the load on the engine 1 is increased and the amount of fuel is further increased, the amount of fresh air introduced into the
エンジン1の負荷が高いと、燃料の噴射量が多い。そのため、CI燃焼を行うと、燃焼騒音を抑制することが困難になる。また、燃焼室17の中の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の領域(つまり、高負荷SI領域)にあるときの燃焼形態は、SI燃焼である。混合気のA/Fは、略理論空燃比にする。また、エンジン1の運転状態が高負荷SI領域にあるときには、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入しないが、過給機44は過給を行う。高負荷SI領域は、過給CI領域よりも負荷の高い第3領域に相当する。
When the load on the engine 1 is high, the fuel injection amount is large. Therefore, when CI combustion is performed, it becomes difficult to suppress combustion noise. Further, since the temperature in the
(燃料噴射制御)
図4は、所定のエンジン回転数において、エンジン1の負荷の高低に対する燃料の噴射態様の変化を示している。以下、四つの領域のそれぞれにおける燃料噴射態様を順に説明する。
(Fuel injection control)
FIG. 4 shows changes in the fuel injection mode with respect to the load of the engine 1 at a predetermined engine speed. Hereinafter, the fuel injection mode in each of the four regions will be described in order.
(高負荷SI領域)
前述の通り、エンジン1は、高負荷SI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。
(High load SI area)
As described above, the engine 1 performs SI combustion in the high load SI 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. .
そこで、エンジン1は、高負荷SI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。従って、グラフ401に示すように、第1噴射と第2噴射との噴射割合は、10:0である。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する。また、グラフ402に例示するように、第1噴射の噴射開始SOIは、圧縮行程後期である。
Therefore, the engine 1 is configured to avoid abnormal combustion by devising the form of fuel injection in the high load SI region. Specifically, the
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。尚、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。
The
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
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、燃料の圧力を高くすることによって、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ことができる。
When fuel is injected into the
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
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
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。尚、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.
(低負荷SI領域)
低負荷SI領域において、ECU10は、インジェクタ6が吸気行程中に燃料を噴射するよう、インジェクタ6に制御信号を出力する。グラフ401に示すように、インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する。尚、インジェクタ6は、燃料を分割して噴射してもよい。吸気行程中に燃焼室17の中に噴射された燃料は、燃焼室17の中に導入される吸気によって拡散される。混合気の均質性が高まる。その結果、未燃損失が低減することにより、エンジン1の燃費が向上する。また、スモークの発生が回避されることにより、排出ガス性能が向上する。
(Low load SI area)
In the low load SI region, the
(非過給CI領域)
非過給CI領域は、負荷の低い領域と、負荷の低い領域とに分けられる。負荷の低い領域においては、低負荷SI領域と同様に、インジェクタ6は、吸気行程中に燃料を、一括で噴射する。一方、負荷の低い領域においては、インジェクタ6は、第1噴射と第2噴射とを含む分割噴射を行う。第1噴射の噴射開始SOIは、グラフ402に例示するように、圧縮行程前半である。第2噴射の噴射開始SOIは、グラフ403に例示するように、圧縮行程後半である。ここで、圧縮行程前半は、圧縮行程の期間を二等分したときの前半であり、圧縮行程後半は、圧縮行程の期間を二等分したときの後半である。
(Non-supercharged CI area)
The non-supercharged CI area is divided into a low load area and a low load area. In the low load region, as in the low load SI region, the
第1噴射と第2噴射との噴射割合は、グラフ401に例示するように、エンジン1の負荷が高くなるに従い、第2噴射の噴射量を次第に増やしかつ、第1噴射の噴射量を次第に減らす。第1噴射の噴射量と第2噴射の噴射量との大小関係は、所定負荷を境にして逆転する。
As illustrated in the
ECU10は、非過給CI領域において、エンジン1の負荷の高低に応じて、所定のタイミングで、所定量の燃料を噴射するよう、インジェクタ6に制御信号を出力する。
In the non-supercharged CI region, the
(過給CI領域)
過給CI領域においては、エンジン1の負荷の高低に関わらず、インジェクタ6は、第1噴射と第2噴射とを含む分割噴射を行う。第1噴射の噴射開始SOIは、グラフ402に例示するように、圧縮行程前半である。第2噴射の噴射開始SOIは、グラフ403に例示するように、圧縮行程後半である。第1噴射の噴射量と第2噴射の噴射量との割合は一定である。第2噴射の噴射量の方が、第1噴射の噴射量よりも多い。
(Supercharged CI area)
In the supercharging CI region, the
ECU10は、過給CI領域においては、圧縮行程中に第1噴射と第2噴射との二回の燃料噴射を行うよう、インジェクタ6に制御信号を出力する。
In the supercharging CI region, the
(吸気弁及び排気弁の動作)
次に、エンジン1の負荷の高低に対する吸気弁21及び排気弁22の動作の変化について説明をする。
(Operation of intake valve and exhaust valve)
Next, changes in the operation of the
先ず、図5を参照しながら、排気VVL242の構成の詳細を説明する。図5は、エンジン1における特定のシリンダ11のみを示している。エンジン1のシリンダヘッド13には、各シリンダ11について二つずつ、排気弁22と、排気弁22を閉方向に付勢するリターンスプリング84とが設けられている。また、シリンダヘッド13の上部において、ロッカーアーム85を介してリターンスプリング84の付勢力に抗して排気弁22を開弁する排気側のカム軸86を備えている。カム軸86は、シリンダヘッド13に設けられた軸受部80に回転自在に支持されている。カム軸86は、図5では図示を省略するクランクシャフト15により、チェーンを介して回転駆動される。
First, details of the configuration of the
カム軸86には、筒状のカム要素部81がスプライン嵌合されている。カム要素部81は、カム軸86に対して回転方向に結合して一体回転するとともに、軸方向にスライド可能に嵌合されている。カム要素部81は、図示は省略するが、各シリンダ11に対応するように、カム軸86上でカム軸方向に列状に配置されている。カム要素部81は、ロッカーアーム85のカムフォロア851に摺接することで排気弁22を開閉させる、第1のカム部811、及び、第2のカム部812を有している。第1のカム部811は、第1カムに相当し、第2のカム部812は、第2カムに相当する。一つのシリンダ11に対して二つの排気弁22が設けられていることに対応して、第1のカム部811及び第2のカム部812はそれぞれ、一つのシリンダ11に対して二つずつ設けられている。
A cylindrical
第1のカム部811及び第2のカム部812は、互いに隣接して設けられている。第1のカム部811は、後述するように、低負荷SI領域、過給CI領域、及び高負荷SI領域において選択されるカム部であり、第2のカム部812は、非過給CI領域において選択されるカム部である。
The
第1のカム部811及び第2のカム部812は、ベースサークル813が共通で、リフト量が異なるノーズ部がベースサークル813上に位相差をもって設けられている。尚、ベースサークル813が共通であるとは、第1のカム部811と第2のカム部812とのベースサークル813のベース円の径が同じであることを意味する。
The
カム要素部81の軸方向の両端部には、端面カム82がそれぞれ設けられている。端面カム82は、回転方向に対して基準面から軸方向のリフト量が次第に増加し、リフト終了位置で基準面に戻るように形成されている。
カム要素部81の上方でかつ、カム軸方向両側の端面カム82に対応する位置には、電磁式アクチュエータ83が配設されている。電磁式アクチュエータ83は、通電時にカム軸86に向かって突出可能なピン部831を有する。ECU10からの制御信号も応じて、電磁式アクチュエータ83に通電しない状態では、ピン部831は、アクチュエータ内部に設けられた永久磁石によって上方の不作動位置に保持される。一方、電磁式アクチュエータ83に通電されると、ピン部831は、永久磁石に抗して下方へ突出して作動位置に進出する。
An
電磁式アクチュエータ83のピン部831が作動位置に進出すると、ピン部831の先端部が対応する端面カム82に摺接することとなり、カム要素部81がカム軸方向へスライドされる。
When the
具体的に、カム要素部81の一端側(つまり、図5における右側)の電磁式アクチュエータ83を作動させて、ピン部831をカム要素部81の一端側の端面カム82に摺接させると、カム要素部81は、カム軸方向の他端側(つまり、図5における左側)にスライドして、第2のカム部812がロッカーアーム85のカムフォロア851に摺接するようにシフトする。また、カム要素部81の他端側の電磁式アクチュエータ83を作動させて、ピン部831をカム要素部81の他端側の端面カム82に摺接させると、カム要素部81は、カム軸方向の一端側にスライドして、第1のカム部811がロッカーアーム85のカムフォロア851に摺接するようにシフトする。このように、カム要素部81の軸方向へのシフトによって、第1のカム部811及び第2のカム部812のうちで排気弁22を開閉させるカム部が切り替えられることになる。端面カム82及び電磁式アクチュエータ83によって、第1のカム部811及び第2のカム部812を切り替える切り替え機構が構成されている。
Specifically, when the
次に、図6を参照しながら、吸気弁21及び排気弁22の開弁動作を説明する。吸気弁21のリフト量は、吸気CVVL232によって、図6に示すように、最小リフトから最大リフトの間を連続的に変化する。ここで、吸気CVVL232は、吸気弁21の閉弁時期を一定に維持しつつ、吸気弁21のリフト量を変更するよう構成されている。従って、吸気弁21のリフト量が大きくなると、吸気弁21の開弁時期は進角する。また、図6には示していないが、吸気VVT231によって、吸気弁21のバルブタイミングは、所定の範囲で変更される。
Next, the opening operation of the
排気VVL242における第1のカム部811のカムプロフィールは、図6には示していないが、吸気弁21のカムプロフィールと同様に、クランク角の進行に対して、排気弁22のリフト量が、ゼロから次第に増えて最大リフト量に至ると共に、その後、リフト量が次第に減ってゼロに至るような、一つのカム山を有している。
Although the cam profile of the
これに対し、排気VVL242における第2のカム部812のカムプロフィールは、図6に例示するように、リフトカーブにおける閉弁側に、クランク角の進行に対して、排気弁22のリフトを略一定に維持するリフト棚部222を有している。より詳細に、第2のカム部812のカムプロフィールは、大リフト部221と、リフト棚部222と、小リフト部223とを有している。大リフト部221は、クランク角の進行に対して、排気弁22のリフト量がゼロから次第に増えて最大リフト量に至ると共に、その後、リフト量が次第に減る部分である。大リフト部221は、排気行程において排気弁22を開弁する第1のカム山に相当する。リフト棚部222は、大リフト部221に連続すると共に、排気弁22のリフトを略一定に維持したまま、吸気行程へと至る部分である。小リフト部223は、リフト棚部222に連続すると共に、排気弁22のリフト量を、リフト棚部222よりも大きくした後、リフト量が次第に減ってゼロへと至る部分である。リフト棚部222及び小リフト部223は、第1のカム山に連続すると共に、排気行程から吸気行程まで、排気弁22を開弁したままにする第2のカム山に相当する。
On the other hand, the cam profile of the
ここで、図6における破線は、ピストン3の頂面と、排気弁22の配設箇所における燃焼室17の天井面との隙間の大きさを示しており、リフト棚部222のリフト量は、排気弁22がピストン3の頂面に干渉しない限度において、最大リフト量に設定されている。また、小リフト部223を設けることによって、排気弁22の開弁から閉弁までの期間を短くしながら、吸気行程において排気弁22が開弁している量(つまり、図6に示す排気弁22のリフトカーブが、吸気行程の期間において形成する範囲の面積)を大きくすることができる。吸気行程において排気弁22が開弁している量を大きくすると、燃焼室17の中に導入される内部EGRガスの導入量が増える。尚、リフト棚部222のリフト量は、前記の最大リフト量よりも小さくしてもよい。また、小リフト部223は、なくてもよい。また、排気弁22の第2のカム部812は、排気行程での開弁後、リフト棚部222を通じて開弁状態を維持した上で、吸気行程で閉弁するようなカムプロフィールの代わりに、排気行程での開弁後に一旦閉弁をした後、吸気行程で再び開弁するようなカムプロフィールを採用してもよい。
Here, the broken line in FIG. 6 indicates the size of the gap between the top surface of the
排気弁22のバルブタイミングは、排気VVT241によって、図6に矢印で示すように、所定の範囲で変更される。
The valve timing of the
図7は、各運転領域における吸気弁21及び排気弁22のバルブリフトの関係を例示している。先ず、グラフ701は、エンジン1が高負荷SI領域において運転しているときの、吸気弁21及び排気弁22のバルブリフトの関係の一例である。吸気弁21は、吸気CVVL232によって、リフト量が大に設定される。また、吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期は、エンジン1の運転状態に応じて、吸気VVT231により、適宜調整される。一方、排気弁22は、排気VVL242の第1のカム部811によって開弁する。排気弁22は、排気行程において開弁し、排気上死点の付近において閉弁する。排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、排気VVT241によって、適宜の時期に設定される。エンジン1が高負荷SI領域において運転しているときには、排気上死点の周りにおいて、吸気弁21及び排気弁22が共に開弁する。つまり、可変動弁システムは、高負荷SI領域において、第3モードで動作する。吸気弁21及び排気弁22のポジティブオーバーラップ期間を設けることと、過給機44が過給を行うこととが組み合わさって、燃焼室17の中の既燃ガスの掃気が促進される。エンジン1が高負荷SI領域において運転しているときに、燃焼室17の中に導入される内部EGRガスは、実質的にゼロになる。このことは、高負荷SI領域において、異常燃焼を回避する上で有利になる。
FIG. 7 illustrates the relationship between the valve lifts of the
グラフ704は、エンジン1が低負荷SI領域において運転しているときの、吸気弁21及び排気弁22のバルブリフトの関係の一例である。吸気弁21は、吸気CVVL232によって、リフト量が小に設定される。また、吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期は、エンジン1の運転状態に応じて、吸気VVT231により、適宜調整される。一方、排気弁22は、排気VVL242の第1のカム部811によって開弁する。排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、排気VVT241によって、適宜の時期に設定される。エンジン1が低負荷SI領域において運転しているときにも、燃焼室17の中に導入される内部EGRガスは、実質的にゼロになる。
A
グラフ703は、エンジン1が非過給CI領域において運転しているときの、吸気弁21及び排気弁22のバルブリフトの関係の一例である。排気弁22は、排気VVL242の第2のカム部812によって開弁する。従って、排気弁22の閉弁時期は、吸気行程の期間内になる。また、排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、後述するように、エンジン1の負荷の高低に応じて、排気VVT241により調整される。吸気弁21のリフト量は、後述するように、吸気CVVL232によって、所定の大リフト量に設定される。また、吸気弁21の閉弁時期は、吸気VVT231により所定の時期に設定される一方で、吸気弁の開弁時期は、リフト量に応じて設定される。排気弁22を吸気行程において開弁することにより、排気行程中に排気ポート19に排出された既燃ガスが、燃焼室17の中に再導入される。燃焼室17の中には、所定量の内部EGRガスが導入される。つまり、非過給CI領域において、可変動弁システムは、第2モードで動作する。
A
グラフ702は、エンジン1が過給CI領域において運転しているときの、吸気弁21及び排気弁22のバルブリフトの関係の一例である。排気弁22は、排気VVL242の第1のカム部811によって開弁する。また、排気弁22の開弁時期及び閉弁時期は、後述するように、エンジン1の負荷の高低に応じて、排気VVT241により調整される。排気弁22の閉弁時期は、排気上死点よりも前に設定される。吸気弁21のリフト量は、後述するように、吸気CVVL232によって、エンジン1の負荷の高低に応じて変更される。また、吸気弁21の閉弁時期は、吸気VVT231により所定の時期に設定される一方で、吸気弁21の開弁時期は、リフト量に応じて設定される。排気弁22及び吸気弁21は、排気上死点周りにおいて共に閉弁する。排気弁22及び吸気弁21のネガティブオーバーラップ期間を設けることにより、既燃ガスの一部が、燃焼室17の中に閉じ込められる。燃焼室17の中には、所定量の内部EGRガスが導入される。つまり、過給CI領域において、可変動弁システムは、第1モードで動作する。
A
次に、図8及び図9を参照しながら、エンジン1の負荷の高低に対する吸気弁21及び排気弁22の可変動弁システムの制御、及び、過給システム49の制御について詳細に説明をする。以下においては、エンジン1が、負荷の低い状態から負荷の高い状態へと次第に変化すると仮定して、各運転領域における可変動弁システム、及び、過給システム49の制御について説明をする。尚、エンジン1が、負荷の高い状態から負荷の低い高い状態へと次第に変化するときには、以下の説明とは逆になる。
Next, the control of the variable valve system of the
先ず、図8のグラフ801は、エンジン1の回転数が所定回転数のときの、エンジン1の負荷の高低に対する、内部EGR率の変化を示している。エンジン1の負荷が低い低負荷SI領域においては、前述したように、燃焼室17の中に導入する内部EGRガスの量は、実質的にゼロになる。従って、内部EGR率も、実質的にゼロである。このときに、排気弁22は、第1のカム部811によって開弁する。排気VVT241は、グラフ802に示すように、排気弁22のバルブタイミングを遅角側に設定する。これにより、排気弁22の閉弁時期(EVC)は、グラフ803に示すように、排気上死点付近に設定される。
First, a
吸気CVVL232は、吸気弁21のリフト量を、図9のグラフ901に示すように、所定の小リフト量にする。吸気VVT231は、グラフ902に示すように、吸気弁21の閉弁時期(IVC)を、吸気下死点前にする。これに伴い、吸気弁21の開弁時期(IVO)は、グラフ903に示すように、所定の時期に設定される。
The
低負荷SI領域においては、過給システム49は、吸気の過給を行わない(グラフ904参照)。また、ECU10は、スロットル弁43を適宜の開度に調整し、燃焼室17の中に導入する新気の量を調整する。よって、過給圧(つまり、吸気圧)は、大気圧よりも低くなる。
In the low load SI region, the supercharging
エンジン1の負荷が高くなった非過給CI領域においては、グラフ801に示すように、燃焼室17の中に比較的大量の内部EGRガスの量を導入する。グラフ803に示すように、排気VVL242は、低負荷SI領域と非過給CI領域との境界において、第1のカム部811と第2のカム部812との切り替えを行う。つまり、エンジン1の運転状態が低負荷SI領域から非過給CI領域へと移行するときには、排気VVL242は、第1のカム部811から第2のカム部812に切り替える。排気弁22の閉弁時期(EVC)は、グラフ803に示すように、排気上死点付近から、吸気行程の期間内へと、瞬時に遅角する(図7のグラフ703の実線も参照)。これにより、大量の内部EGRガスを、燃焼室17の中に導入することが可能になる。可変動弁システムが第2モードで動作すると、第1モードで動作するときと比較して、内部EGR率を高くすることが可能になる。非過給CI領域では、エンジン1の負荷が相対的に低いため、内部EGRガスの温度が相対的に低くなるが、可変動弁システムを第2モードで動作させることによって大量の内部EGRガスを燃焼室17の中に導入することができるから、燃焼室17の中の温度を、所望の温度にまで高くすることができる。その結果、非過給CI領域において、CI燃焼を安定化させることができる。
In the non-supercharged CI region where the load of the engine 1 is high, a relatively large amount of internal EGR gas is introduced into the
排気VVT241は、グラフ802に示すように、非過給CI領域において、エンジン1の負荷が高くなるに従い、排気弁22のバルブタイミングを次第に進角させる。これにより、排気弁22の閉弁時期は、グラフ803に示すように、吸気行程の期間内において、排気上死点に向かって次第に進角する。吸気行程の期間内において開弁している排気弁22の開弁量が少なくなる(グラフ703の破線を参照)から、燃焼室17の中に導入される内部EGRガスの量が、次第に減る。よって、グラフ801に示すように、非過給CI領域において、内部EGR率は、エンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に低くなる。エンジン1の負荷が高くなるに従い、燃料量が増えて燃焼室17の中の温度は高くなる。内部EGRガスを減らしても、混合気を安定して自己着火により燃焼させることが可能になる。また、吸気の過給を行わない非過給CI領域では、内部EGRガスを減らす分、新気が増えるため、燃料量の見合った新気を確保することができる。
As shown in the
吸気VVT231は、非過給CI領域において、吸気弁21のバルブタイミングを遅角する。吸気弁21のリフト量は、グラフ901に示すように、非過給CI領域においては、所定の大リフト量に変更される。こうすることで、図10に示すように、吸気行程の期間における吸気弁21と排気弁22との開弁量の和が大きくなるから、エンジン1のポンプ損失を低減することが可能になる。所定の大リフト量は、例えば最小リフト量よりも大きくかつ、最大リフト量よりも小さい、としてもよい。吸気CVVL242は、吸気弁21の閉弁時期を変更せずに、リフト量を変更するため、グラフ902に示すように、吸気弁21の閉弁時期は、非過給CI領域において一定であると共に、グラフ903に示すように、吸気弁21の開弁時期は、リフト量が大きくなることに伴い進角する。
The
尚、非過給CI領域において、過給システム49は、吸気の過給を行わない(グラフ904参照)。また、ECU10は、スロットル弁43を全開にする。これにより、過給圧は大気圧になる。
In the non-supercharging CI region, the supercharging
エンジン1の負荷がさらに高くなった過給CI領域においては、グラフ801に示すように、内部EGR率を、エンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に低くする。非過給CI領域と過給CI領域との境界において、内部EGR率は連続している。従って、非過給CI領域と過給CI領域との全体に亘って、エンジンの負荷が高くなるに従い、内部EGR率は連続的に低下する。グラフ801に示すように、内部EGR率は、非過給CI領域から過給CI領域までの間において、エンジン1の負荷が高まるに従い、一次関数的に低下する。
In the supercharging CI region where the load on the engine 1 is further increased, the internal EGR rate is gradually decreased as the load on the engine 1 is increased, as shown in a
前述したように、非過給CI領域では、排気VVL242は、排気弁22を第2のカム部812で開弁し、過給CI領域では、排気VVL242は、排気弁22を第1のカム部811で開弁する(グラフ803も参照)。エンジン1の運転状態が、非過給CI領域から過給CI領域へと移行するタイミングで、ECU10は、排気VVL242に、第2のカム部812から第1のカム部811への切り替えを実行させる。カムの切り替え前後において、内部EGR率が急変してしまうことを防止しなければならない。
As described above, in the non-supercharged CI region, the
第1のカム部811と第2のカム部812との切り替えは、詳細な図示は省略するが、カム要素部81において、第1のカム部811と第2のカム部812との間で段差が無いタイミングで行う。具体的には、図7に白抜きの矢印で示すように、最大リフトを超えた閉弁側において、排気弁22のリフト量が、第1のカム部811と第2のカム部812との間で一致している所定のタイミングで行う。
Although detailed illustration of switching between the
排気弁22のバルブタイミングが、図7のグラフ703の破線で示す所定の進角位置にあるときに、排気VVL242が、第2のカム部812から第1のカム部811への切り替えを行うと、グラフ702に実線で示すように、排気弁22のリフトカーブが瞬時に切り替わる。これにより、排気弁22の閉弁時期は、吸気行程の期間内から、排気行程期間内へと瞬時に変化する。可変動弁システムは、排気弁22を吸気行程において開弁することによって、内部EGRガスを燃焼室17の中に導入していた第2モードから、排気弁22を、排気上死点前に閉弁することによって内部EGRガスを燃焼室17の中に閉じ込める第1モードへと切り替わる。内部EGRガスを燃焼室の中に導入する手段は変わるものの、内部EGRガスを燃焼室の中に導入する状態は継続することができる。
When the
非過給CI領域から過給CI領域へ移行するタイミングで、吸気CVVL232は、グラフ901に示すように、吸気弁21のリフト量を、前記の大リフト量から所定のリフト量まで小さくする。これによってグラフ903に示すように、吸気弁21の開弁時期が遅角側へと変更される。こうすることで、図7のグラフ702に示すように、排気弁22の閉弁時期から排気上死点までの期間と、排気上死点から吸気弁21の開弁時期までの期間が等しくなる。吸気弁21及び排気弁22のネガティブオーバーラップ期間を設けたときに、ポンプ損失を小さくすることが可能になる。
At the timing of transition from the non-supercharged CI region to the supercharged CI region, the
また、過給システム49は、過給CI領域において過給を行う。具体的には、ECU10が、電磁クラッチ45を接続することにより、過給機44が過給を開始する。過給圧は、グラフ904に示すように、エンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に高くなる。過給圧の調整は、ECU10が、エアバイパス弁48の開度を調整することにより行う。
The supercharging
仮に過給CI領域において排気VVL242が第2モードで動作していると、吸気行程において排気弁22及び吸気弁21の両方が開弁しているときに、エンジン1の吸気側から、燃焼室17を通って、排気側へと流れる吸気の吹き抜けが発生してしまう。これにより、燃焼室17の中に導入する内部EGRガスの量を精度よく調整することが難しくなる。つまり、内部EGR率の制御性が低下してしまう。
If the
これに対し、過給CI領域において、排気VVL242を第1モードで動作させることにより、吸気行程において排気弁22及び吸気弁21の両方が開弁することがないから、前述した吸気の吹き抜けを防止することができる。これにより、内部EGR率の制御性が向上する。
On the other hand, by operating the
また、排気VVL242を第1モードで動作させると、燃焼室17の中に、大量の内部EGRガスを導入することが困難になるが、過給CI領域は、エンジン1の負荷が相対的に高い領域であるため、CI燃焼を安定化するために要求される燃焼室17内の温度は、相対的に低い。また、過給CI領域では、燃料量が相対的に多いため、内部EGRガスの温度が相対的に高くなる。従って、燃焼室17の中に導入する内部EGRガスの量が少なくても、燃焼室17の中の温度を所望の温度にまで高めることが可能になる。
Further, when the
過給CI領域において、排気VVT241は、グラフ802に示すように、排気弁22のバルブタイミングをエンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に遅角させる。これにより、排気弁22の閉弁時期は、グラフ803に破線で示すように、排気上死点に近づくから、ネガティブオーバーラップ期間が短くなって、内部EGR率が次第に低下する。
In the supercharging CI region, the
過給CI領域において、吸気CVVL232は、グラフ901に示すように、吸気弁21のリフト量を、エンジン1の負荷が高まるに従い、次第に大きくする。これにより、吸気弁21の閉弁時期は、グラフ902に示すように、一定のままで、吸気弁21の開弁時期は、グラフ903に示すように、次第に進角する(図7のグラフ702の矢印も参照)。
In the supercharging CI region, as shown in the
これにより、燃料量の増量に対応するように、燃焼室17の中に導入する新気量を増やすことができる。図11は、非過給CI領域における、燃焼室17内のガス組成の一例と、過給CI領域における、燃焼室17内のガス組成の一例との比較である。非過給CI領域及び過給CI領域のそれぞれにおいて、エンジン1の負荷の高低に関わらず、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)は一定に維持される一方で、混合気のA/Fは、エンジン1の負荷が高くなると、大きくなる。尚、前述したように、非過給CI領域及び過給CI領域において、混合気のA/Fは、理論空燃比よりもリーンである(つまり、混合気の空気過剰率λは、1を超える)。
Thereby, the amount of fresh air introduced into the
高負荷SI領域においては、前述したように、内部EGR率を実質的にゼロにする(グラフ801参照)。排気VVT241は、グラフ802に示すように、排気弁22のバルブタイミングを最遅角にし、これにより、排気弁22の閉弁時期は、グラフ803に示すように、排気上死点よりも遅角側(つまり、吸気行程内)になる。排気VVT241は、高負荷SI領域においては、エンジン1の負荷の高低に関わらす、排気弁22のバルブタイミングを一定にする(グラフ802、803参照)。
In the high load SI region, as described above, the internal EGR rate is substantially zero (see graph 801). The
高負荷SI領域においては、混合気のA/Fは、略理論空燃比になる。A/Fが理論空燃比よりもリーンである過給CI領域から、高負荷SI領域へと、エンジン1の運転状態が移行するタイミングで、燃焼室17の中に導入する新気量を減らさなければならない。吸気CVVL242は、グラフ901に示すように、吸気弁21のリフト量を一旦、低くする。これに伴い、吸気弁21の開弁時期が、グラフ903に示すように、一旦、遅角する。高負荷SI領域において、吸気CVVL242は、吸気弁21のリフト量を、エンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に大きくする。これに伴い、吸気弁21の開弁時期は、エンジン1の負荷が高くなるに従い、次第に進角する。
In the high load SI region, the A / F of the air-fuel mixture becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio. The amount of fresh air introduced into the
吸気VVT231はまた、高負荷SI領域において、グラフ902に示すように、エンジン1の負荷が高くなるに従い、吸気弁21の閉弁時期を、次第に遅角する。吸気弁21は、圧縮行程において閉弁する遅閉じとなり、吸気弁21の遅閉じ量が次第に増える。
Further, in the high load SI region, the
また、過給システム49は、エンジン1の運転状態が過給CI領域から高負荷SI領域へと移行するタイミングで、新気量の調整のために、過給圧を、一旦、低くする(グラフ904参照)。過給システム49は、高負荷SI領域において、エンジン1の負荷が高くなるに従い、過給圧を次第に高める。
The supercharging
エンジン1の負荷が高くなるほど、吸気弁21の遅閉じ量を増やすことによって、ノッキングの発生を回避することが可能になる。その一方で、吸気弁21を遅閉じにする分、過給圧を高める必要があるため、過給機44の仕事はロスになる。
As the load on the engine 1 increases, the amount of slow closing of the
ここで、変形例として図12のグラフ1201に示すように、吸気VVT231は、吸気弁21の閉弁時期を、高負荷SI領域において一定に維持するようにしてもよい。この場合、ノッキングの発生を回避するために、点火時期をリタードしなければならない場合がある。一方、過給システム49は、グラフ1202に示すように、過給圧を相対的に低くすることが可能になる。尚、グラフ1202における破線は、図9のグラフ904の実線に相当する。
Here, as shown in a
吸気VVT231による吸気弁21の閉弁時期の設定は、過給機44の効率に応じて、図9のグラフ902か、又は、図12のグラフ1201のいずれか一方を、適宜、設定すればよい。また、エンジン1の回転数の高低に応じて、グラフ902か、又は、グラフ1201のいずれか一方を選択してもよい。
The closing timing of the
(非過給CI領域と過給CI領域との境界におけるカムの切り替え制御)
図13は、非過給CI領域及び過給CI領域における、排気VVT241による排気弁22のバルブタイミングと、内部EGR率との関係を示している。図13において「NVOによる内部EGR」と示される線は、排気VVL242が第1モードで動作することにより、吸気弁21及び排気弁22の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の中に内部EGRガスを導入するときの、排気弁22のバルブタイミングと、内部EGR率との関係である。この場合、排気弁22のバルブタイミングを進角すると、ネガティブオーバーラップ期間が長くなるから、内部EGR率が高くなる。よって、「NVOによる内部EGR」と示される線は、図13において右上がりになる。
(Cam switching control at the boundary between the non-supercharged CI region and the supercharged CI region)
FIG. 13 shows the relationship between the valve timing of the
排気VVL242が第2モードで動作することにより、排気弁22が、吸気行程において開弁することによって、燃焼室17の中に内部EGRガスを導入するときは、排気弁22のバルブタイミングを進角すると、吸気行程において排気弁22が開弁している期間が短くなるから、内部EGR率が低くなる一方、排気弁22のバルブタイミングを遅角すると、吸気行程において排気弁22が開弁している期間が長くなるから、内部EGR率が高くなる。
When the
ここで、排気VVL242が第2モードで動作しているときは、吸気弁21のリフト量を変更すると、吸気弁21を通じて燃焼室17の中に流入するガス流れに対する抵抗が変化するから、燃焼室17の中に導入される内部EGRの量が変更する。具体的には、吸気弁21のリフト量が小さいと、排気弁22を通じて既燃ガスが相対的に流れやすくなるから内部EGR率が高くなり、吸気弁21のリフト量が大きいと、吸気弁21を通じて新気が相対的に流れやすくなるから内部EGR率が低くなる。図13の、二本の一点鎖線の内「最大リフト」と示す線は、吸気弁21のリフト量を最大リフト量とした上で、排気弁22のバルブタイミングを変更したときの内部EGR率の変化を示す。「最小リフト」と示す線は、吸気弁21のリフト量を最小リフト量とした上で、排気弁22のバルブタイミングを変更したときの内部EGR率の変化を示す。「最大リフト」及び「最小リフト」と示される線はそれぞれ、図13において右下がりになる。
Here, when the
また、図13に縦の矢印で示すように、排気弁22のバルブタイミングが同じであっても、吸気弁21のリフト量を変更することによって、内部EGR率を変更することが可能である。
Further, as indicated by the vertical arrows in FIG. 13, the internal EGR rate can be changed by changing the lift amount of the
前述したように、非過給CI領域と過給CI領域との境界では、第1のカム部811と第2のカム部812との切り替え前後で、内部EGR率が変わらないように、第1のカム部811と、第2のカム部812との切り替えが行われる。具体的には、排気VVT241によって排気弁22のバルブタイミングが所定のタイミングのときに、排気VVL242は、ECU10からの制御信号に基づいて、カムの切り替えを行う。非過給CI領域においては、ポンプ損失を少なくする観点から、前述したように吸気弁21のリフト量は所定の大リフト量にする。エンジン1の負荷が高くなって、排気弁22のバルブタイミングが進角するに従い、内部EGR率は、図13に太矢印で示すように、次第に低下する。そして、太矢印が、「NVOによる内部EGR」の線と交差するバルブタイミングで、排気VVL242が第2モードで動作しているときの内部EGR率と、排気VVL242が第1モードで動作しているときの内部EGR率とが一致する。従って、このバルブタイミングで、第2のカム部812から第1のカム部811への切り替えが行われる。吸気弁21のリフト量を大リフト量にすることで、前述したように、非過給CI領域におけるポンプ損失の低減という作用効果の他に、第2のカム部812から第1のカム部811への切り替えを行うことができるまでの、排気弁22の進角量を少なくすることができるという作用効果を奏する。
As described above, at the boundary between the non-supercharged CI region and the supercharged CI region, the first EGR rate does not change before and after switching between the
例えば、アクセルペダルの踏み込み操作に伴い加速をする状況においては、エンジン1の運転状態が非過給CI領域から過給CI領域へと速やかに移行をして、過給システム49による過給を速やかに開始することが可能になる。運転者の加速要求に対するレスポンスを向上させることが可能になる。
For example, in a situation where acceleration is performed as the accelerator pedal is depressed, the operating state of the engine 1 quickly shifts from the non-supercharged CI region to the supercharged CI region, and the supercharging by the supercharging
また、排気VVL242が第2モードで動作しているときには、吸気弁21のリフト量の調整によって、内部EGR率を調整することができるから、前述したように排気弁22のバルブタイミングを調整することに加えて、吸気弁21のリフト量の調整を行うことにより、第1のカム部811と、第2のカム部812との間の切り替え時に、内部EGR率が変わってしまうことを、確実に防止することができる。また、様々な要因によって排気弁22のバルブタイミングを調整することだけでは、内部EGR率が一致しない状況であっても、吸気弁21のリフト量の調整を行うことにより、内部EGR率が一致するようになり、第1のカム部811と、第2のカム部812との間の切り替えを速やかに行うことができる。
Further, when the
次に、図14に示すフローチャートを参照しながら、非過給CI領域と、過給CI領域との間におけるカムの切り替え制御について説明をする。ステップS1において、ECU10は、各種のセンサSW1〜SW16から入力された検出信号等に基づき、エンジン1の運転状態を読み込む。
Next, cam switching control between the non-supercharged CI region and the supercharged CI region will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In step S1, the
次に、ステップS2において、ECU10は、各種のセンサSW1〜SW16から入力された検出信号等に基づき、エンジン1に要求される運転状態を把握する。また、その運転状態に対応する各デバイス(インジェクタ6、点火プラグ25、燃料供給システム61、スロットル弁43及びEGR弁54)、並びに、各システム(可変動弁システム(吸気VVT231、吸気CVVL232、排気VVT241及び排気VVL242)及び過給システム49(電磁クラッチ45及びエアバイパス弁48)の制御量のベースセットを読み込む。
Next, in step S2, ECU10 grasps | ascertains the driving | running state requested | required of the engine 1 based on the detection signal etc. which were input from various sensors SW1-SW16. Further, each device (
次に、ステップS3において、ECU10は、エンジン1に対する要求運転状態が非過給CI領域と過給CI領域との間で切り替わるか否かを判定する。この判定がYESのときには、プロセスはステップS4に進み、NOのときには、プロセスはステップS1に戻る。
Next, in step S3, the
ステップS4において、ECU10は、非過給CI領域から過給CI領域への切り替えか否かを判定する。この判定がYESのときには、プロセスはステップS5に進み、NOのときには、プロセスはステップS7に戻る。
In step S4, the
非過給CI領域から過給CI領域への切り替えであるステップS5では先ず、ECU10は、排気VVL242が、第2のカム部812から第1のカム部811への切り替えを行うよう制御信号を出力する。これにより、吸気弁21及び排気弁22のネガティブオーバーラップ期間が設けられる。
In step S5, which is switching from the non-supercharged CI region to the supercharged CI region, first, the
前述したように、この非過給CI領域から過給CI領域への切り替え時には、燃焼室17の温度状態が大きく変動しないように、内部EGR率が同一となるタイミングで移行するように制御される。ところが、その過渡時には、内部EGRガスの導入形態の違いに起因して温度差が発生し、その温度差の影響で燃焼状態が不安定になる場合があり得る。そこで、このエンジン1では、そのような場合でも、非過給CI領域から過給CI領域へ円滑に移行できるように、その切り替えの過渡時においても、安定した燃焼状態の確保を可能にする補助制御(燃焼安定化制御)が設定されている(燃焼安定化制御の詳細については後述)。
As described above, at the time of switching from the non-supercharging CI region to the supercharging CI region, control is performed so that the internal EGR rate shifts at the same timing so that the temperature state of the
その後のステップS6において、ECU10は、過給システム49に対し、過給を開始するよう制御信号を出力する。これにより、電磁クラッチ45が接続し、過給機44が過給を開始する。
In subsequent step S6, the
このように、排気VVL242が排気弁22のカムの切り替えを行った後で、過給システム49が過給を開始することにより、過給CI領域において、吸気側から排気側への吸気の吹き抜けを防止することができる。その結果、内部EGR率の調整を、精度よく行うことができる。
In this way, after the
過給CI領域から非過給CI領域への切り替えであるステップS7では、ECU10は、過給システム49に対して、過給を停止するよう制御信号を出力する。そして、ステップS8で、ECU10は、過給圧が所定値以下に低下したか否かを判定する。過給圧が所定値以下に低下していない間は、ステップS8を繰り返す。過給圧が所定値以下に低下すれば、ステップS9に進む。
In step S7, which is switching from the supercharged CI region to the non-supercharged CI region, the
ステップS9において、ECU10は、排気VVL242に対し、第1のカム部811から第2のカム部812への切り替えを行うよう制御信号を出力する。これにより、排気弁22が、吸気行程において開弁する。カムの切り替えを行うときには、過給圧が低下しているため、吸気側から排気側への吸気の吹き抜けを防止することができる。その結果、内部EGR率の調整を、精度よく行うことができる。
In step S9, the
この過給CI領域から非過給CI領域への切り替え時も、内部EGR率が同一となるタイミングで移行するように制御されるが、その過渡時においても、内部EGRガスの導入形態の違いに起因した温度差の影響で燃焼状態が不安定になる場合があり得る。そのため、このエンジン1では、過給CI領域から非過給CI領域への切り替えの過渡時においても、燃焼安定化制御が実行可能に構成されている。 Even when switching from the supercharged CI region to the non-supercharged CI region, control is performed so that the internal EGR rate is shifted at the same timing. However, even during the transition, the difference in the form of internal EGR gas introduction The combustion state may become unstable due to the influence of the resulting temperature difference. Therefore, the engine 1 is configured to be able to execute the combustion stabilization control even during the transition of switching from the supercharged CI region to the non-supercharged CI region.
<燃焼安定化制御>
前述したように、可変動弁システムが第1モードで動作する過給CI領域での内部EGR率と、可変動弁システムが第2モードで動作する非過給CI領域でのEGR率とが一致するタイミングで、可変動弁システムの動作状態の切り替えが行われるため、これら領域間を移行する時の内部EGR率は、変動することなく連続的に切り替わる(グラフ801参照)。
<Combustion stabilization control>
As described above, the internal EGR rate in the supercharged CI region where the variable valve system operates in the first mode matches the EGR rate in the non-supercharged CI region where the variable valve system operates in the second mode. Since the operating state of the variable valve system is switched at the timing, the internal EGR rate when transitioning between these regions is continuously switched without fluctuation (see graph 801).
ところが、排気弁22を排気上死点前に閉弁する第1モードでは、高温の既燃ガスが燃焼室17に閉じ込められるため、燃焼室17の温度は、燃焼室17に閉じ込められた既燃ガスの量、詳細には、その既燃ガスによって加熱された燃焼室17の内壁温度によって定まる。従って、大きく変動することはない。
However, in the first mode in which the
一方、内部EGRガスが燃焼室17の中に導入される第2モードでは、燃焼室17の温度は、主に導入される内部EGRガスの温度によって定まるが、その内部EGRガスの温度は、エンジン1の運転状態によって変化する。
On the other hand, in the second mode in which the internal EGR gas is introduced into the
従って、切り替えの過渡時に、内部EGR率を一定に保持しても、内部EGRガスの導入形態の違いに起因して、第1モードと第2モードとで燃焼室17の温度に差が発生し得る。燃焼室17の温度に差が発生した場合、燃焼が不安定になるおそれがある。
Therefore, even if the internal EGR rate is kept constant during the transition of switching, a difference occurs in the temperature of the
そこで、このエンジン1では、そのような第1モードと第2モードとの切り替えの過渡時に発生し得る燃焼の不安定な状態を改善するために、切り替えの過渡時に、燃焼安定化制御が実行可能に構成されている。具体的には、ECU10が、排気弁22のカム(第1のカム部811及び第2のカム部812)を切り替えた直後の、例えば燃焼の数サイクルの間の過渡時に、前段の燃焼サイクルでの燃焼室17の燃焼状態に基づいてそれに続く後段の燃焼サイクルでの燃焼室17の燃焼状態を安定化させる燃焼安定化制御を実行する。
Therefore, in this engine 1, in order to improve the unstable combustion state that can occur at the time of transition between the first mode and the second mode, combustion stabilization control can be executed at the time of transition. It is configured. Specifically, immediately after the
第1モードと第2モードとの切り替えは、非過給CI領域から過給CI領域へ切り替える場合と、過給CI領域から非過給CI領域へ切り替える場合とがある(図14に示すステップS5とステップS9)。前者は、第2モードから第1モードへの切り替えであり、後者は、第1モードから第2モードへの切り替えである。前者の切り替え後は、ネガティブオーバーラップ期間の設定によって既燃ガス(内部EGRガス)が燃焼室17の閉じ込められた状態になるのに対し、後者の切り替え後は、吸気行程での排気弁22の開弁によって内部EGRガスが燃焼室17の中に導入される状態になる。
The switching between the first mode and the second mode may be performed when the non-supercharged CI region is switched to the supercharged CI region or when the supercharged CI region is switched to the non-supercharged CI region (step S5 shown in FIG. 14). And step S9). The former is switching from the second mode to the first mode, and the latter is switching from the first mode to the second mode. After the former switching, burned gas (internal EGR gas) is confined in the
すなわち、切り替え後の燃焼室17への内部EGRガスの導入形態が、切り替える方向によって異なるため、各々の場合に応じて燃焼安定化制御が実行されるようになっている。
That is, since the introduction form of the internal EGR gas into the
先ず、図15に、後者である過給CI領域から非過給CI領域へ切り替える場合での燃焼安定化制御の流れを示す。図14のステップS9に示す排気弁22のカムの切り替えが行われることにより、サブルーチンとして、図15に示す燃焼安定化制御が実行される。
First, FIG. 15 shows the flow of combustion stabilization control in the case of switching from the supercharged CI region, which is the latter, to the non-supercharged CI region. By switching the cam of the
ステップS9において、排気VVL242が、第1のカム部811から第2のカム部812へ切り替えると、ECU10は、クランク角センサSW11から入力される検出信号と、指圧センサSW6から入力される検出信号の読み込みを開始する(ステップS10)。なお、この実施形態では、クランク角センサSW11及び指圧センサSW6によって燃焼室17での燃焼状態を検知する燃焼状態検知センサが構成されている。
In step S9, when the
そして、ECU10は、これら検出信号に基づき、燃焼サイクル毎に、燃焼室17での燃焼状態を把握し、燃焼状態が安定しているか、すなわち、燃焼室17の温度が十分で、自己着火による燃焼が、実際に、安定して生じているか否かを判断する(ステップS11)。
Then, the
その結果、ECU10により、切り替え直後の燃焼サイクルにおいて、燃焼が安定していると判断された場合には(ステップS11でYes)、燃焼安定化制御は行わず、図14に示す、メインルーチンとしての制御に戻る(ベースセットに基づいた本来の制御に戻る)。
As a result, when the
一方、燃焼が安定していないと判断された場合には(ステップS11でNo)、燃焼安定化制御が実行される。 On the other hand, when it is determined that the combustion is not stable (No in step S11), the combustion stabilization control is executed.
この実施形態では、燃焼安定化制御として、吸気弁21及び排気弁22の制御を利用して内部EGRガスの導入量を増やす、内部EGR増量制御と、燃料の分割噴射を利用した分割噴射率変更制御とが併用されている。そして、これら制御を協調して行うことにより、適切かつ安定した燃焼安定化制御が行えるようにしている。
In this embodiment, as combustion stabilization control, control of
切り替え後の非過給CI領域では、吸気行程で排気弁22が開かれて、燃焼室17に内部EGRガスが導入される状態になっているので、ECU10は、内部EGRガスの導入量を増やすために、内部EGR増量制御として、排気弁22の閉弁時期が遅角するように、排気VVT241の制御を開始する(ステップS12)。排気弁22の閉弁時期が遅角するほど、吸気行程で排気弁22が大きく開かれるので、燃焼室17により多くの内部EGRを導入できるようになる。その結果、燃焼室17の温度が高まって燃焼状態を安定化できる。
In the non-supercharged CI region after switching, the
それと同時(多少のタイムラグは含み得る)に、分割噴射率を高める分割噴射率変更制御も開始される(ステップS13)。燃料の噴射制御は、排気VVT241の制御よりも応答性に優れるため、タイムラグをほとんど生じることなく制御できる。従って、分割噴射率変更制御によれば、内部EGR増量制御よりも迅速かつ高精度な燃焼安定化制御が行える。
At the same time (some time lag may be included), split injection rate change control for increasing the split injection rate is also started (step S13). Since the fuel injection control is more responsive than the control of the
分割噴射率は、進角側での燃料の噴射量に対する遅角側での燃料の噴射量の割合からなる。詳細には、燃料の噴射期間(最進角側の噴射から最遅角側の噴射までの期間)を二等分した進角側の部分での燃料の噴射量に対する遅角側の部分での燃料の噴射量の割合からなる。 The split injection rate is composed of the ratio of the fuel injection amount on the retard side to the fuel injection amount on the advance side. More specifically, the fuel injection period (the period from the most advanced angle side injection to the most retarded angle side injection) is divided into two equal parts, and the retarded side portion with respect to the fuel injection amount at the advanced angle side portion. It consists of the ratio of fuel injection amount.
燃料の噴射回数は、2回以上であればよく、それらの噴射タイミングは、吸気行程から圧縮行程にわたる範囲のいずれかであればよい。本実施形態のベースセットに基づく噴射パターンでは、図4に示したように、圧縮行程の前半及び後半で、第1噴射と第2噴射の2回に分けて燃料が噴射されるように設定されている。従って、それに従えば、第1噴射での燃料の噴射量に対する第2噴射での燃料の噴射量の割合が、分割噴射率に相当する。なお、燃焼安定化制御での燃料噴射は、必ずしもベースセットに従う必要はない。第1噴射は吸気行程で噴射してもよく、圧縮行程前半に限るものではない。 The number of fuel injections may be two or more, and the injection timing may be in any range from the intake stroke to the compression stroke. In the injection pattern based on the base set of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the fuel is injected in two parts of the first injection and the second injection in the first half and the second half of the compression stroke. ing. Therefore, according to this, the ratio of the fuel injection amount in the second injection to the fuel injection amount in the first injection corresponds to the split injection rate. The fuel injection in the combustion stabilization control does not necessarily follow the base set. The first injection may be performed in the intake stroke, and is not limited to the first half of the compression stroke.
例示として、ベースセットに基づく噴射パターンに従うとすると、分割噴射率を高めるとは、前段の第1噴射での燃料の噴射量を減らすとともに、それに応じて後段の第2噴射での燃料の噴射量を増やすことを意味する(燃料の噴射総量は一定)。吸気行程側で燃料を噴射するほど、燃料は燃焼室17内に拡がるのに対し、圧縮行程側で燃料を噴射するほど、燃料は燃焼室17内に偏在して成層化する。従って、分割噴射率を高めるほど、燃焼形態は、成層燃焼へと移行する。成層燃焼が強化されれば、燃料量が同じで燃焼室17の温度が比較的低くい場合であっても、燃焼を安定化できる。従って、分割噴射率を高めることによっても燃焼を安定化できる。
As an example, assuming that the injection pattern based on the base set is followed, increasing the divided injection rate means reducing the fuel injection amount in the first injection at the front stage and the fuel injection amount in the second injection at the rear stage accordingly. (The total fuel injection amount is constant). The fuel is injected into the
ところが、成層燃焼へ移行するほど、未燃燃料の増加を招く。そのため、燃費や排ガス性能の向上の観点からは、分割噴射率変更制御は、内部EGR増量制御に比べて不利である。そこで、ECU10は、内部EGR増量制御及び分割噴射率変更制御の双方を協調して行う。そして、排気VVT241の制御によって排気弁22の閉弁時期の遅角が進めば、それだけ燃焼状態は安定化するので、ECU10は、排気弁22の閉弁時期の遅角の進行に合わせて、分割噴射率を徐々に低下させていく(ステップS14)。
However, the shift to stratified combustion leads to an increase in unburned fuel. Therefore, from the viewpoint of improving fuel consumption and exhaust gas performance, split injection rate change control is disadvantageous compared to internal EGR increase control. Therefore, the
そうすることで、燃焼安定化制御の安定性を確保しながら、未燃燃料の増加を抑制することができる。 By doing so, an increase in unburned fuel can be suppressed while ensuring the stability of the combustion stabilization control.
そうして、ECU10により、燃焼サイクル毎に、燃焼の安定性が確保されたか否かが判断され(ステップS15)。ECU10によって燃焼の安定性が確保されると(ステップS15でYes)、燃焼安定化制御は終了し、図14に示す、メインルーチンとしての制御に戻る。
Then,
次に、図16に、前者である非過給CI領域から過給CI領域へ切り替える場合での燃焼安定化制御の流れを示す。この場合の基本的な制御は、図15に示した制御と同じであるので、同じ制御については同一の符号を用いることで、その詳細な説明は省略する。 Next, FIG. 16 shows the flow of combustion stabilization control in the case of switching from the non-supercharged CI region, which is the former, to the supercharged CI region. Since the basic control in this case is the same as the control shown in FIG. 15, the same reference numerals are used for the same control, and detailed description thereof is omitted.
図14のステップS5における排気弁22のカムの切り替えが行われることにより、サブルーチンとして、図16に示す燃焼安定化制御が実行される。
By switching the cam of the
具体的には、ステップS5において、排気VVL242が、第2のカム部812から第1のカム部811へ切り替えると、ECU10は、クランク角センサSW11から入力される検出信号と、指圧センサSW6から入力される検出信号の読み込みを開始する(ステップS10)。
Specifically, in step S5, when the
そして、ECU10は、これら検出信号に基づき、燃焼サイクル毎に、燃焼室17の実際の燃焼状態を把握し、燃焼状態が安定しているか否かを判断する(ステップS11)。その結果、ECU10により、切り替え直後の燃焼サイクルにおいて、燃焼が安定していると判断された場合には(ステップS11でYes)、図14に示す、メインルーチンとしての制御に戻る。
Then, the
一方、燃焼が安定していないと判断された場合には(ステップS11でNo)、燃焼安定化制御が実行される。 On the other hand, when it is determined that the combustion is not stable (No in step S11), the combustion stabilization control is executed.
切り替え後の過給CI領域では、既燃ガスが燃焼室17の閉じ込められた状態になっている。従って、ECU10は、内部EGRガスの導入量を増やすために、内部EGR増量制御として、排気弁22の閉弁時期が進角するように、排気VVT241の制御を開始する。また、吸気弁21の開弁時期が遅角するように、吸気VVT231の制御も開始する(ステップS16)。
In the supercharged CI region after switching, the burned gas is confined in the
排気弁22の閉弁時期が進角し、また、吸気弁21の開弁時期が遅角するほど、ネガティブオーバーラップ期間が大きくなる。すなわち、燃焼室17に閉じ込められる既燃ガス量(内部EGRガス量)が増加する。その結果、燃焼室17の温度が高まって燃焼状態を安定化できる。なお、排気VVT241及び吸気VVT231の双方を制御するのが好ましいが、いずれか一方だけであってもよい。
As the closing timing of the
それと同時に、分割噴射率を高める分割噴射率変更制御も開始される(ステップS13)。ECU10は、内部EGR増量制御及び分割噴射率変更制御の双方を協調して行い、排気VVT241及び吸気VVT231の制御により、排気弁22の閉弁時期の進角及び吸気弁21の開弁時期の遅角が進めば、それだけ燃焼状態は安定化するので、これらの進行に合わせて分割噴射率を徐々に低下させていく(ステップS14)。
At the same time, split injection rate change control for increasing the split injection rate is also started (step S13). The
そうして、ECU10により、燃焼サイクル毎に、燃焼の安定性が確保されたか否かが判断され(ステップS15)、燃焼の安定性が確保されると(ステップS15でYes)、燃焼安定化制御は終了し、図14に示す、メインルーチンとしての制御に戻る。
Thus, the
従って、このエンジン1によれば、第1モードと第2モードとを切り替える過渡時においても、内部EGR率の変動と燃焼の不安定化が抑制できるので、良好なエンジン性能を実現できる。 Therefore, according to the engine 1, even during the transition between the first mode and the second mode, fluctuations in the internal EGR rate and instability of combustion can be suppressed, so that good engine performance can be realized.
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。例えば、前記の構成では、エンジン1は、機械式のスーパーチャージャーを備えているが、これに代えて、排気エネルギによって駆動するターボ過給機を備えるようにしてもよい。燃焼安定化制御において、燃焼室17の温度が高過ぎて燃焼状態が不安定になる場合には、逆の制御を行えばよい。
The technique disclosed here is not limited to being applied to the engine 1 having the above-described configuration. As the configuration of the engine 1, various configurations can be adopted. For example, in the above-described configuration, the engine 1 includes a mechanical supercharger, but instead of this, a turbocharger that is driven by exhaust energy may be included. In the combustion stabilization control, when the temperature of the
1 エンジン
10 ECU(コントローラー)
17 燃焼室
21 吸気弁
22 排気弁
221 大リフト部(第1のカム山)
222 リフト棚部(第2のカム山)
223 小リフト部(第2のカム山)
231 吸気VVT(可変動弁システム、タイミング変更機構)
232 吸気CVVL(可変動弁システム、リフト変更機構)
241 排気VVT(可変動弁システム、タイミング変更機構)
242 排気VVL(可変動弁システム)
44 過給機(機械式スーパーチャージャー)
45 電磁クラッチ
811 第1のカム部(第1カム)
812 第2のカム部(第2カム)
82 端面カム(切り替え機構)
83 電磁式アクチュエータ(切り替え機構)
49 過給システム
SW1 エアフローセンサ
SW2 第1吸気温度センサ
SW3 第1圧力センサ
SW4 第2吸気温度センサ
SW5 第2圧力センサ
SW6 指圧センサ(燃焼状態検知センサ)
SW7 排気温度センサ
SW8 リニアO2センサ
SW9 ラムダO2センサ
SW10 水温センサ
SW11 クランク角センサ(燃焼状態検知センサ)
SW12 アクセル開度センサ
SW13 吸気カム角センサ
SW14 排気カム角センサ
SW15 EGR差圧センサ
SW16 燃圧センサ
1
17
222 Lift shelf (second cam mount)
223 Small lift (second cam mountain)
231 Intake VVT (variable valve system, timing change mechanism)
232 Intake CVVL (Variable valve system, lift change mechanism)
241 Exhaust VVT (Variable valve system, timing change mechanism)
242 Exhaust VVL (Variable valve system)
44 Supercharger (mechanical supercharger)
45
812 Second cam portion (second cam)
82 End cam (switching mechanism)
83 Electromagnetic actuator (switching mechanism)
49 Supercharging system SW1 Airflow sensor SW2 First intake temperature sensor SW3 First pressure sensor SW4 Second intake temperature sensor SW5 Second pressure sensor SW6 Finger pressure sensor (combustion state detection sensor)
SW7 Exhaust temperature sensor SW8 Linear O2 sensor SW9 Lambda O2 sensor SW10 Water temperature sensor SW11 Crank angle sensor (combustion state detection sensor)
SW12 Accelerator opening sensor SW13 Intake cam angle sensor SW14 Exhaust cam angle sensor SW15 EGR differential pressure sensor SW16 Fuel pressure sensor
Claims (4)
前記燃焼室に導入する吸気を過給する過給システムと、
吸気弁及び排気弁の内、少なくとも前記排気弁の開弁動作を変更することによって、前記燃焼室の中に内部EGRガスを導入するよう構成された可変動弁デバイスと、
少なくとも前記可変動弁デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラーと、
前記コントローラーに接続されかつ、前記エンジンの運転状態に関するパラメータを検知すると共に、前記コントローラーに検知信号を出力するよう構成されたセンサと、を備え、
前記センサは、前記燃焼室での燃焼状態を検知する燃焼状態検知センサを含み、
前記可変動弁デバイスは、前記排気弁を、排気上死点前に閉弁することにより、前記燃焼室の中に前記内部EGRガスを閉じ込める第1モードと、前記排気弁を吸気行程において開弁することにより、前記燃焼室の中に前記内部EGRガスを導入する第2モードと、を切り替えるよう構成され、
前記エンジンが自己着火燃焼によって運転する運転領域において、前記第1モードは、前記過給システムが給気を過給する領域で行われ、かつ、前記第2モードは、前記過給システムが給気を過給しない領域で行われ、
前記第1モードと前記第2モードとの切り替えは、当該第1モードで動作するときの前記燃焼室の中の内部EGR率と、当該第2モードで動作するときの前記内部EGR率と、が同じとなるときに実行され、
前記切り替えの過渡時に、前記コントローラーは、前記燃焼状態検知センサから出力される検知信号に基づいて、前記燃焼室での燃焼状態が安定しているか否かを判定し、当該燃焼状態が不安定であると判定した場合には、当該燃焼を安定化させる燃焼安定化制御を行う、圧縮自己着火式エンジンの制御装置。 An engine configured to burn the air-fuel mixture in the combustion chamber by self-ignition;
A supercharging system for supercharging intake air introduced into the combustion chamber;
A variable valve operating device configured to introduce internal EGR gas into the combustion chamber by changing at least an opening operation of the exhaust valve among the intake valve and the exhaust valve;
A controller configured to operate the engine by outputting a control signal to at least the variable valve device;
A sensor connected to the controller and configured to detect a parameter relating to an operating state of the engine and to output a detection signal to the controller;
The sensor includes a combustion state detection sensor for detecting a combustion state in the combustion chamber,
The variable valve operating device includes a first mode in which the internal EGR gas is confined in the combustion chamber by closing the exhaust valve before exhaust top dead center, and the exhaust valve is opened in an intake stroke. By doing so, it is configured to switch between the second mode in which the internal EGR gas is introduced into the combustion chamber,
The engine is have you the operating region for operating the self-ignition combustion, the first mode, the supercharging system is performed in the region for supercharging charge air, and the second mode, the supercharging system Performed in an area where the air supply is not supercharged,
The switching between the first mode and the second mode is made up of an internal EGR rate in the combustion chamber when operating in the first mode and an internal EGR rate when operating in the second mode. Executed when the same,
During the switching transition, the controller determines whether the combustion state in the combustion chamber is stable based on a detection signal output from the combustion state detection sensor, and the combustion state is unstable. A control device for a compression self-ignition engine that performs combustion stabilization control to stabilize the combustion when it is determined that there is.
前記燃焼安定化制御は、前記可変動弁デバイスによって前記内部EGRガスの導入量を増やす、内部EGR増量制御を含む、圧縮自己着火式エンジンの制御装置。 The control device for a compression self-ignition engine according to claim 1,
The combustion stabilization control includes a control unit for a compression self-ignition engine, including an internal EGR increase control for increasing an introduction amount of the internal EGR gas by the variable valve operating device.
吸気行程から圧縮行程にわたって複数回に分けて前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタを更に備え、
前記燃焼安定化制御は、進角側での燃料の噴射量に対する遅角側での燃料の噴射量の割合からなる分割噴射率を高める、分割噴射率変更制御を含む、圧縮自己着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the compression self-ignition engine according to claim 1 or 2,
An injector for injecting fuel into the combustion chamber divided into a plurality of times from the intake stroke to the compression stroke;
The combustion stabilization control includes a split injection rate change control for increasing a split injection rate that is a ratio of a fuel injection amount on the retard side to a fuel injection amount on the advance side. Control device.
吸気行程から圧縮行程にわたって複数回に分けて前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタを更に備え、
前記燃焼安定化制御は、前記第1モードから前記第2モードへ切り替える場合および前記第2モードから前記第1モードへ切り替える場合の双方において、
前記可変動弁デバイスによって前記内部EGRガスの導入量を増やす内部EGR増量制御と、
進角側での燃料の噴射量に対する遅角側での燃料の噴射量の割合からなる分割噴射率を高める分割噴射率変更制御と、の双方を実行し、
前記コントローラーは、これら制御を協調して行うことにより、前記燃焼室での燃焼状態が安定するほど、前記分割噴射率を低下させる、圧縮自己着火式エンジンの制御装置。 The control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 ,
An injector for injecting fuel into the combustion chamber divided into a plurality of times from the intake stroke to the compression stroke;
The combustion stabilization control is performed both when switching from the first mode to the second mode and when switching from the second mode to the first mode.
Internal EGR increase control for increasing the introduction amount of the internal EGR gas by the variable valve operating device ;
Susumu and split injection rate change control for increasing the split injection ratio consisting of the ratio of the amount of fuel injected at the retard side with respect to the amount of fuel injected at the corner side, both executed,
The controller is a control device for a compression self-ignition engine that reduces the split injection rate as the combustion state in the combustion chamber is stabilized by performing these controls in a coordinated manner.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017067948A JP6583336B2 (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Control device for compression self-ignition engine |
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