JP6614216B2 - Control device for premixed compression ignition engine - Google Patents

Control device for premixed compression ignition engine Download PDF

Info

Publication number
JP6614216B2
JP6614216B2 JP2017160700A JP2017160700A JP6614216B2 JP 6614216 B2 JP6614216 B2 JP 6614216B2 JP 2017160700 A JP2017160700 A JP 2017160700A JP 2017160700 A JP2017160700 A JP 2017160700A JP 6614216 B2 JP6614216 B2 JP 6614216B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
combustion
engine
region
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017160700A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019039326A (en
Inventor
直宏 山口
博貴 森本
亨 宮本
晃 野小生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2017160700A priority Critical patent/JP6614216B2/en
Publication of JP2019039326A publication Critical patent/JP2019039326A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6614216B2 publication Critical patent/JP6614216B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections

Description

ここに開示する技術は、予混合圧縮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 premixed compression ignition engine.

特許文献1には、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記所定領域よりも負荷の高い領域、及び、前記所定領域よりも回転数の高い領域においては、火花点火により混合気を燃焼させる。このエンジンはまた、前記所定領域においても、点火プラグが圧縮上死点付近で火花点火を行うことにより、混合気の圧縮着火を促進する。   Patent Document 1 describes an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber by compression ignition in a predetermined region of low load and low rotation. The engine burns the air-fuel mixture by spark ignition in a region where the load is higher than the predetermined region and a region where the rotational speed is higher than the predetermined region. The engine also promotes compression ignition of the air-fuel mixture by causing the spark plug to perform spark ignition near the compression top dead center even in the predetermined region.

特許文献2には、高負荷領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、高負荷領域における高回転領域においては、CI燃焼用の混合気を形成する前段噴射と後段噴射との間に、着火アシストのための少量の燃料噴射を行う。着火アシスト用に噴射した燃料は、点火プラグの付近にリッチな混合気を形成する。点火プラグがリッチ混合気に点火を行って火炎が形成されることによって、前段噴射によって形成された混合気が圧縮着火すると共に、その圧縮着火と同時に行われる後段噴射によって形成された混合気も、その後、圧縮着火をする。   Patent Document 2 describes an engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber by compression ignition in a high load region. This engine performs a small amount of fuel injection for assisting ignition between a front-stage injection and a rear-stage injection that form an air-fuel mixture for CI combustion in a high rotation range in a high load range. The fuel injected for the ignition assist forms a rich air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug. When the spark plug ignites the rich air-fuel mixture and a flame is formed, the air-fuel mixture formed by the first-stage injection is compressed and ignited, and the air-fuel mixture formed by the second-stage injection performed simultaneously with the compression ignition is also Then, compression ignition is performed.

特許第4082292号公報Japanese Patent No. 4082292 特許第5447435号公報Japanese Patent No. 5447435

ところで、圧縮着火による燃焼は、比較的大きな燃焼騒音を発する。例えば、エンジンが、全開負荷を含むような高負荷領域において運転しているときに、圧縮着火による燃焼を行おうとすると、燃焼騒音が許容値を超えてしまう場合がある。   By the way, combustion by compression ignition generates a relatively large combustion noise. For example, when the engine is operating in a high load region including a fully open load, if combustion is performed by compression ignition, combustion noise may exceed an allowable value.

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、予混合圧縮着火式エンジンにおいて燃焼騒音を許容値以下に抑えながら、圧縮着火を伴う燃焼を行うことにある。   The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and the purpose of the technology is to perform combustion with compression ignition while suppressing the combustion noise to a permissible value or less in a premixed compression ignition type engine. is there.

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

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

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

エンジンが高負荷領域において運転しているときには、燃料噴射量が増えると共に、燃焼室内の温度も高くなるから、SPCCI燃焼をしようとしても、SI燃焼の開始と共に、CI燃焼が発生してしまう恐れがある。SPCCI燃焼において、SI燃焼が十分に行われないと、燃焼騒音が増大したり、燃焼温度が高くなり過ぎてNOxが生成したりする。   When the engine is operating in a high load region, the amount of fuel injection increases and the temperature in the combustion chamber also increases. Therefore, even if SPCCI combustion is attempted, there is a risk that CI combustion will occur with the start of SI combustion. is there. In SPCCI combustion, if SI combustion is not performed sufficiently, combustion noise increases or the combustion temperature becomes too high, and NOx is generated.

そこで、本願発明者らは、エンジンが高負荷領域において運転しているときに、燃焼室内の混合気を成層化することによって、SPCCI燃焼において十分なSI燃焼が行われるようにした。   Accordingly, the inventors of the present application have made it possible to perform sufficient SI combustion in SPCCI combustion by stratifying the air-fuel mixture in the combustion chamber when the engine is operating in a high load region.

また、エンジンの回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室内の混合気を成層化するために、例えば吸気行程又は圧縮行程の前半に、燃焼室内に燃料を供給すると、圧縮行程の間に燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。エンジンが高負荷領域における低回転領域において運転しているときには、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。   Further, when the engine speed is low, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes long. In order to stratify the air-fuel mixture in the combustion chamber, for example, if fuel is supplied into the combustion chamber during the first half of the intake stroke or compression stroke, the reaction of the fuel may progress excessively during the compression stroke, leading to premature ignition. There is. When the engine is operating in the low speed region in the high load region, it becomes difficult to perform the aforementioned SPCCI combustion.

そこで、ここに開示する技術は、高負荷領域における高回転領域においては、燃焼室内の混合気を成層化してSPCCI燃焼を行う一方、低回転領域においては、燃料噴射時期を相対的に遅くしてSI燃焼を行う。   Therefore, in the technology disclosed herein, the SCCCI combustion is performed by stratifying the air-fuel mixture in the combustion chamber in the high rotation region in the high load region, while the fuel injection timing is relatively delayed in the low rotation region. SI combustion is performed.

具体的に、ここに開示する技術は、予混合圧縮着火式エンジンの制御装置に係り、この装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備える。   Specifically, the technology disclosed herein relates to a control device for a premixed compression ignition engine, which includes an engine having a combustion chamber, an ignition unit disposed in a central portion of the combustion chamber, and the combustion A fuel injection unit disposed facing the room, and a control unit connected to the ignition unit and the fuel injection unit and outputting a control signal to each of the ignition unit and the fuel injection unit.

そして、前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記燃料噴射部から噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をする。
Then, the control unit, when operating in the first speed region in the high load region where the engine is set in advance, the fuel concentration of the mixture of the outer peripheral portion which is around the center portion of the front Symbol combustion chamber, A control signal is output to the fuel injection unit so that the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion is higher than the fuel concentration in the central portion and the fuel amount in the air-fuel mixture in the outer peripheral portion is larger than the fuel amount in the air-fuel mixture in the central portion. The engine outputs a control signal to the ignition unit so as to ignite the air-fuel mixture in the central portion after all the fuel to be injected from the fuel injection unit has been injected during one combustion cycle of the engine. is the high when operating in the first speed region in the load region after the air-fuel mixture by the ignition of the igniter starts to SI combustion by flame propagation, CI retardant unburnt gas mixture by compression ignition The to.

前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をし、前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、圧縮行程の期間において前記燃焼室内に複数回の燃料噴射を行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力し、前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火時期の調整により前記SI燃焼の発熱量を調整することによって、前記圧縮着火のタイミングを制御する。
When the engine is operated in a second rotation region having a lower rotational speed than the first rotation region in the high load region, the air-fuel mixture performs SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit, and the control unit When the engine operates in the first rotation region in the high load region, a control signal is output to the fuel injection unit so as to inject fuel into the combustion chamber a plurality of times during a compression stroke period, and the control The control unit also controls the timing of the compression ignition by adjusting the heat generation amount of the SI combustion by adjusting the ignition timing of the ignition unit when the engine operates in the first rotation region in the high load region. To do.

ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する、4ストロークエンジンとすればよい。また、「高負荷領域」は、エンジンの回転数及び負荷によって定まる運転領域において、例えば全開負荷を含む高負荷領域としてもよい。さらに「第2回転領域」は、エンジンの全運転領域を、低回転領域及び高回転領域に分けたときの低回転領域としてもよいし、エンジンの全運転領域を、低回転領域、中回転領域及び高回転領域に分けたときの低回転領域としてもよい。「第1回転領域」は、エンジンの全運転領域を、低回転領域及び高回転領域に分けたときの高回転領域としてもよいし、エンジンの全運転領域を、低回転領域、中回転領域及び高回転領域に分けたときの中回転領域、又は、高回転領域、又は、中回転及び高回転領域としてもよい。   Here, the “engine” may be a four-stroke engine that operates when the combustion chamber repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Further, the “high load region” may be a high load region including a fully open load, for example, in an operation region determined by the engine speed and load. Furthermore, the “second rotation region” may be a low rotation region when the entire operation region of the engine is divided into a low rotation region and a high rotation region, or the entire operation region of the engine may be a low rotation region and a medium rotation region. And it is good also as a low rotation area | region when dividing into a high rotation area | region. The “first rotation region” may be a high rotation region when the entire operation region of the engine is divided into a low rotation region and a high rotation region. The entire operation region of the engine may be a low rotation region, a medium rotation region, and A medium rotation region, a high rotation region, or a medium rotation and high rotation region when divided into high rotation regions may be used.

この構成によると、エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行う。それによって、燃焼室の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。燃焼室の外周部は、燃料の気化潜熱によって温度が低下する。尚、ここでいう混合気の燃料濃度及び燃料量は、点火時における燃料濃度及び燃料量である。   According to this configuration, when the engine operates in the first rotation region in the preset high load region, fuel injection is performed a plurality of times during the compression stroke period. Accordingly, the fuel concentration of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the combustion chamber is higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion, and the fuel amount of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion is larger than the fuel amount of the air-fuel mixture in the central portion. To be. The temperature of the outer peripheral portion of the combustion chamber decreases due to the latent heat of vaporization of the fuel. Here, the fuel concentration and fuel amount of the air-fuel mixture are the fuel concentration and fuel amount at the time of ignition.

点火部は燃焼室の中央部に配置されているため、点火部は、燃焼室の中央部の混合気に点火をする。点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。   Since the ignition unit is disposed at the center of the combustion chamber, the ignition unit ignites the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber. The air-fuel mixture starts SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit.

SI燃焼の発熱及び圧力上昇によって、燃焼室の外周部の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する。外周部の温度が低下しているから、点火後にCI燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。CI燃焼の開始までにSI燃焼が十分に行われる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてNOxの生成も抑制される。   Due to the heat generated by the SI combustion and the pressure increase, the unburned air-fuel mixture at the outer periphery of the combustion chamber is combusted by compression ignition. Since the temperature of the outer peripheral portion is lowered, it is possible to avoid that CI combustion starts immediately after ignition. SI combustion is sufficiently performed before the start of CI combustion. As a result, the generation of combustion noise can be suppressed, and the generation of NOx is also suppressed without the combustion temperature becoming too high.

外周部の温度が低いため、CI燃焼は緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、CI燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。このエンジンは、高負荷領域において、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。   Since the temperature of the outer peripheral portion is low, CI combustion becomes moderate, and generation of combustion noise can be suppressed. Further, since the combustion period is shortened by CI combustion, it is possible to improve torque and heat efficiency in a high load region. This engine can improve fuel consumption performance while avoiding combustion noise in a high load region.

エンジンが、第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、燃料の噴射を、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において行う。燃料の噴射開始が遅いため、圧縮行程中に過早着火が生じることが回避される。また、エンジンが第2回転領域において運転するときには、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をする。燃焼は膨張行程において開始する。この場合、混合気は圧縮着火せずに、火炎伝播によるSI燃焼のみが行われる。   When the engine operates in the second rotation region where the number of rotations is lower than that in the first rotation region, fuel injection is performed in the period from the latter stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke. Since the start of fuel injection is slow, premature ignition during the compression stroke is avoided. Further, when the engine operates in the second rotation region, ignition is performed after completion of fuel injection and after compression top dead center. Combustion begins in the expansion stroke. In this case, the air-fuel mixture is not subjected to compression ignition, and only SI combustion by flame propagation is performed.

前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記中央部にSI燃焼用の混合気を形成する第1噴射を圧縮行程の前半に行うと共に、前記外周部にCI燃焼用の混合気を形成する第2噴射を圧縮行程の後半に行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する、としてもよい。
When the engine operates in the first rotation region in the high load region , the control unit performs a first injection that forms an air-fuel mixture for SI combustion in the central portion in the first half of the compression stroke, and The control signal may be output to the fuel injection unit so that the second injection that forms the mixture for CI combustion is performed in the latter half of the compression stroke.

ここで、圧縮行程の「前半」及び「後半」は、圧縮行程の期間を、前半と後半とに二等分したときの、前半及び後半とすればよい。   Here, the “first half” and “second half” of the compression stroke may be the first half and the second half when the period of the compression stroke is divided into the first half and the second half.

こうすることで、燃焼室内の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化することができる。   By doing so, the air-fuel mixture can be stratified in the central portion and the outer peripheral portion in the combustion chamber.

ここに開示する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備える。   A control device for a premixed compression ignition engine disclosed herein includes an engine having a combustion chamber, an ignition unit disposed in a central portion of the combustion chamber, a fuel injection unit disposed facing the combustion chamber, A control unit that is connected to the ignition unit and the fuel injection unit and outputs a control signal to each of the ignition unit and the fuel injection unit.

そして、前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記燃料噴射部から噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をする。
Then, the control unit, when operating in the first speed region in the high load region where the engine is set in advance, the fuel concentration of the mixture of the outer peripheral portion which is around the center portion of the front Symbol combustion chamber, A control signal is output to the fuel injection unit so that the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion is higher than the fuel concentration in the central portion and the fuel amount in the air-fuel mixture in the outer peripheral portion is larger than the fuel amount in the air-fuel mixture in the central portion. The engine outputs a control signal to the ignition unit so as to ignite the air-fuel mixture in the central portion after all the fuel to be injected from the fuel injection unit has been injected during one combustion cycle of the engine. is the high when operating in the first speed region in the load region after the air-fuel mixture by the ignition of the igniter starts to SI combustion by flame propagation, CI retardant unburnt gas mixture by compression ignition The to.

前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をし、前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、吸気行程の期間において前記燃焼室内への燃料噴射を開始するよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力し、前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火時期の調整により前記SI燃焼の発熱量を調整することによって、前記圧縮着火のタイミングを制御する。
When the engine is operated in a second rotation region having a lower rotational speed than the first rotation region in the high load region, the air-fuel mixture performs SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit, and the control unit When the engine operates in the first rotation region in the high load region, a control signal is output to the fuel injection unit so as to start fuel injection into the combustion chamber during the intake stroke period, and the control unit Further, when the engine operates in the first rotation region in the high load region , the compression ignition timing is controlled by adjusting the heat generation amount of the SI combustion by adjusting the ignition timing of the ignition unit. .

この構成によると、エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、吸気行程の期間において燃料噴射を行う。それによって、燃焼室の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。   According to this configuration, when the engine operates in the first rotation region in the preset high load region, fuel injection is performed during the intake stroke period. Accordingly, the fuel concentration of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the combustion chamber is higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion, and the fuel amount of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion is larger than the fuel amount of the air-fuel mixture in the central portion. To be.

点火部が点火をすると、燃焼室の中央部の混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。前述したように、燃焼室の外周部は、燃料の気化潜熱によって温度が低下しているから、点火後にCI燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。CI燃焼の開始までにSI燃焼が十分に行われる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてNOxの生成も抑制される。   When the ignition unit ignites, the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber starts SI combustion by flame propagation. As described above, since the temperature of the outer peripheral portion of the combustion chamber is lowered by the latent heat of vaporization of the fuel, it is possible to avoid that CI combustion starts immediately after ignition. SI combustion is sufficiently performed before the start of CI combustion. As a result, the generation of combustion noise can be suppressed, and the generation of NOx is also suppressed without the combustion temperature becoming too high.

また、CI燃焼も緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、CI燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。   In addition, CI combustion is also moderated, generation of combustion noise can be suppressed, and the combustion period is shortened by CI combustion, so that torque and thermal efficiency can be improved in a high load region.

エンジンが、第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、燃料の噴射を、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において行う。圧縮行程中に過早着火が生じることが回避される。燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をすることによって、火炎伝播によるSI燃焼が行われる。   When the engine operates in the second rotation region where the number of rotations is lower than that in the first rotation region, fuel injection is performed in the period from the latter stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke. Premature ignition during the compression stroke is avoided. By performing ignition after the end of fuel injection and after compression top dead center, SI combustion by flame propagation is performed.

前記予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときは、前記高負荷領域における前記第2回転領域において運転するときよりも強いスワール流が発生するよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する、としてもよい。
The control device for the premixed compression ignition type engine includes a swirl generating unit that generates a swirl flow in the combustion chamber, and the control unit operates when the engine operates in the first rotation region in the high load region. The control signal may be output to the swirl generator so that a stronger swirl flow is generated than when operating in the second rotation region in the high load region .

燃焼室内に所定強さのスワール流、つまり比較的強いスワール流を発生させると、燃焼室の外周部は、強いスワール流れとなる。一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなるが、中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部の乱流エネルギが高くなる。   When a swirl flow having a predetermined strength, that is, a relatively strong swirl flow, is generated in the combustion chamber, the outer peripheral portion of the combustion chamber becomes a strong swirl flow. On the other hand, the swirl flow at the center is relatively weak, but the turbulent energy at the center is increased by the vortex flow caused by the velocity gradient at the boundary between the center and the outer periphery.

尚、燃焼室の中央部及び外周部の定義として、外周部はスワール流が強い部分であり、燃焼室の中央部はスワール流が弱い部分としてもよい。   As a definition of the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber, the outer peripheral portion may be a portion where the swirl flow is strong, and the central portion of the combustion chamber may be a portion where the swirl flow is weak.

エンジンがSPCCI燃焼を行う第1回転領域において、比較的強いスワール流を発生させると、SI燃焼は高い乱流エネルギによって安定化すると共に、燃焼速度が高まる。   When a relatively strong swirl flow is generated in the first rotation region where the engine performs SPCCI combustion, SI combustion is stabilized by high turbulent energy and the combustion speed is increased.

SI燃焼の火炎は、燃焼室内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。そうして、燃焼室の外周部の、所定の周方向位置において、混合気の温度及び圧力が高まって、未燃混合気が圧縮着火をし、CI燃焼が開始する。SPCCI燃焼を行うときに、強いスワール流を発生させることによって、SI燃焼が安定化すると共に、CI燃焼が適正化する。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   The flame of SI combustion propagates in the circumferential direction on a strong swirl flow in the combustion chamber. Thus, the temperature and pressure of the air-fuel mixture increase at a predetermined circumferential position on the outer peripheral portion of the combustion chamber, the unburned air-fuel mixture undergoes compression ignition, and CI combustion starts. By generating a strong swirl flow when performing SPCCI combustion, SI combustion is stabilized and CI combustion is optimized. Further, torque variation between cycles can be suppressed.

エンジンがSI燃焼を行う第2回転領域においては、燃料の噴射開始から点火までの時間が短いため、噴射した燃料を速やかに点火部付近に輸送しなければならない。スワール流によって、噴射した燃料を速やかに点火部付近に輸送することが可能である一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火部付近から離れてしまう。エンジンがSI燃焼を行う第2回転領域においては、スワール流を相対的に弱くすることによって、燃料を速やかに点火部付近に輸送することができ、着火性の向上と共に、SI燃焼が安定化する。   In the second rotation region in which the engine performs SI combustion, since the time from the start of fuel injection to ignition is short, the injected fuel must be quickly transported to the vicinity of the ignition unit. The injected fuel can be quickly transported to the vicinity of the ignition unit by the swirl flow. On the other hand, if the swirl flow is too strong, the fuel is flowed in the circumferential direction and is separated from the vicinity of the ignition unit. In the second rotation region where the engine performs SI combustion, by relatively weakening the swirl flow, the fuel can be quickly transported to the vicinity of the ignition unit, and the ignitability is improved and the SI combustion is stabilized. .

前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下にすると共に、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第2回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下でかつ、前記高負荷領域の前記第1回転領域における空気過剰率λ以上にする、としてもよい。
When the engine operates in the first rotation region in the high load region , the control unit reduces the fuel concentration of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber to 1 or less in the excess air ratio λ, and the engine When operating in the second rotation region in the high load region, the fuel concentration of the mixture in the entire combustion chamber is 1 or less in the excess air ratio λ, and the air in the first rotation region in the high load region The excess rate may be greater than or equal to λ.

相対的に回転数が高い第1回転領域において、燃焼室全体の混合気の空気過剰率λを1以下にすることにより、伸びのあるトルク感を得ることができる。また、第2回転領域において、燃焼室全体の混合気の空気過剰率λを1以下にすることにより、高負荷領域において十分なトルクを確保することができると共に、第1回転領域における空気過剰率λ以上にすることで、燃費性能の向上にも有利になる。   By setting the excess air ratio λ of the air-fuel mixture in the entire combustion chamber to 1 or less in the first rotation region where the rotational speed is relatively high, it is possible to obtain a feeling of torque with elongation. In the second rotation region, by setting the excess air ratio λ of the air-fuel mixture in the entire combustion chamber to 1 or less, sufficient torque can be secured in the high load region, and the excess air ratio in the first rotation region. By setting it to λ or more, it is advantageous for improving fuel efficiency.

前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上20以下である、としてもよい。   The engine may have a geometric compression ratio of 13 or more and 20 or less.

SPCCI燃焼は、SI燃焼によってCI燃焼をコントロールするため、混合気を圧縮着火させるために高い圧縮端温度を実現する必要がない。そのため、エンジンの幾何学的圧縮比を下げることが可能である。幾何学的圧縮比を下げ、圧縮端温度を下げることによって、冷却損失の低減に有利になると共に、機械損失の低減にも有利になる。エンジンの燃費性能が向上する。   Since SPCCI combustion controls CI combustion by SI combustion, it is not necessary to realize a high compression end temperature in order to compress and ignite the air-fuel mixture. Therefore, the geometric compression ratio of the engine can be lowered. Lowering the geometric compression ratio and lowering the compression end temperature is advantageous for reducing cooling loss and also for reducing mechanical loss. The fuel efficiency of the engine is improved.

前記エンジンの前記高負荷領域は、燃焼圧力が900kPa以上となる領域である、としてもよい。   The high load region of the engine may be a region where the combustion pressure is 900 kPa or more.

以上説明したように、前記の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置によると、高負荷領域において、SPCCI燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。   As described above, according to the control device for a premixed compression ignition engine, combustion noise of SPCCI combustion can be suppressed in a high load region.

図1は、エンジンの構成を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an engine. 図2は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber, in which the upper diagram is a plan view equivalent view of the combustion chamber, and the lower portion is a II-II cross-sectional view. 図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. 図4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the engine control apparatus. 図5は、エンジンの運転領域マップを例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an engine operating region map. 図6は、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating fuel injection timing and ignition timing and combustion waveforms in each operation region. 図7は、スワール比測定のためのリグ試験装置を例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a rig test apparatus for swirl ratio measurement. 図8は、セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を例示する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the opening ratio of the secondary passage and the swirl ratio. 図9は、高負荷中回転領域において、第1噴射を行うときの燃焼室の状態と、第2噴射を行うときの燃焼室の状態とを例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the state of the combustion chamber when performing the first injection and the state of the combustion chamber when performing the second injection in the high load mid-rotation region. 図10は、高負荷中回転領域における、燃焼室内の混合気分布を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an air-fuel mixture distribution in the combustion chamber in the high load mid-rotation region. 図11は、高負荷中回転領域における燃焼コンセプトを例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a combustion concept in a high load mid-rotation region. 図12は、高負荷中回転領域において、スワールコントロール弁の開度を変更したときの、燃焼波形を比較する図である。FIG. 12 is a diagram for comparing combustion waveforms when the opening degree of the swirl control valve is changed in the high load mid-rotation region. 図13は、高負荷低回転領域において、燃料噴射を行うときの燃焼室の状態を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the state of the combustion chamber when fuel injection is performed in the high-load low-rotation region. 図14は、エンジンの制御プロセスを例示するフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating an engine control process. 図15は、図6とは異なる、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating fuel injection timing and ignition timing and combustion waveforms in each operation region, which are different from FIG. 図16は、図15の高負荷中回転領域において、燃料噴射を行うときの燃焼室の状態を例示する図である。FIG. 16 is a diagram illustrating the state of the combustion chamber when fuel injection is performed in the high load mid-rotation region of FIG. 15.

以下、予混合圧縮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、エンジンの制御装置の一例である。図1は、エンジンの構成を例示する図である。図2は、燃焼室の構成を例示する図であり、図2の上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。図3は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、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及び図3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4は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of a control device for a premixed compression ignition engine will be described in detail with reference to the drawings. The following description is an example of an engine control device. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an engine. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber, in which the upper diagram of FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber and the intake system. In FIG. 1, the intake side is the left side of the drawing, and the exhaust side is the right side of the drawing. 2 and 3, the intake side is the right side of the drawing, and the exhaust side is the left side of the drawing. FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the engine control apparatus.

エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載される。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン1の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。   The engine 1 is a four-stroke engine that operates when the combustion chamber 17 repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. 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及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
(Engine configuration)
The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 placed on the cylinder block 12. 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。尚、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。   A piston 3 is slidably inserted in each cylinder 11. The piston 3 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 defines 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 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.

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

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

キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1に対して排気側にずれている。キャビティ31の中心は、インジェクタ6の噴射軸心X2と一致している。キャビティ31は、凸部311を有している。凸部311は、インジェクタ6の噴射軸心X2上に設けられている。凸部311は、略円錐状である。凸部311は、キャビティ31の底部から、燃焼室17の天井面に向かって上向きに伸びている。   The center of the cavity 31 is shifted to the exhaust side with respect to the center axis X <b> 1 of the cylinder 11. The center of the cavity 31 coincides with the injection axis X2 of the injector 6. The cavity 31 has a convex portion 311. The convex portion 311 is provided on the injection axis X <b> 2 of the injector 6. The convex part 311 is substantially conical. The convex portion 311 extends upward from the bottom of the cavity 31 toward the ceiling surface of the combustion chamber 17.

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

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

尚、燃焼室17の形状は、図2に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ31の形状、ピストン3の上面の形状、及び、燃焼室17の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ31は、シリンダ11の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面1311と、傾斜面1312とは、シリンダ11の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。また、キャビティ31において、後述する点火プラグ25に向かい合う箇所に、凹陥部312よりも底の浅い浅底部を設けてもよい、
エンジン1の幾何学的圧縮比は、13以上20以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼を行う。このエンジン1は、混合気の自着火のためにピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。つまり、エンジン1は、CI燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比は、比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度)においては、14〜17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度)においては、15〜18としてもよい。
The 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. For example, the cavity 31 may be symmetric with respect to the central axis X1 of the cylinder 11. The inclined surface 1311 and the inclined surface 1312 may be symmetric with respect to the central axis X <b> 1 of the cylinder 11. Further, in the cavity 31, a shallow bottom portion that is shallower than the recessed portion 312 may be provided at a location facing a spark plug 25 described later.
The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 13 or more and 20 or less. As will be described later, the engine 1 performs SPCCI combustion combining SI combustion and CI combustion in a part of the operation region. SPCCI combustion performs CI combustion using heat generation and pressure increase due to SI combustion. The engine 1 does not need to increase the temperature of the combustion chamber 17 (that is, the compression end temperature) when the piston 3 reaches the compression top dead center due to the self-ignition of the air-fuel mixture. That is, the engine 1 performs CI combustion, but its geometric compression ratio is set to be relatively low. Lowering the geometric compression ratio is advantageous in reducing cooling loss and mechanical loss. The geometric compression ratio of the engine 1 may be 14 to 17 in the regular specification (the fuel octane number is about 91), and may be 15 to 18 in the high-octane specification (the fuel octane number is about 96).

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

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

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

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

シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ6は、吸気側の傾斜面1311と排気側の傾斜面1312とが交差するペントルーフの谷部において、燃焼室17内に臨んで配設されている。インジェクタ6は、図2に示すように、その噴射軸心が、シリンダ11の中心軸X1に平行に配設されている。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1とずれている。インジェクタ6の噴射軸心と、キャビティ31の凸部311の位置とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心は、シリンダ11の中心軸X1と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ6の噴射軸心と、キャビティ31の凸部311の位置とは一致していることが望ましい。   An injector 6 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The injector 6 is configured to inject fuel directly into the combustion chamber 17. The injector 6 is disposed facing the combustion chamber 17 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 has an injection axis disposed in parallel to the central axis X <b> 1 of the cylinder 11. The injection axis X2 of the injector 6 is shifted from the central axis X1. The injection axis of the injector 6 coincides with the position of the convex portion 311 of the cavity 31. The injector 6 faces the cavity 31. The injection axis of the injector 6 may coincide with the central axis X1 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に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がりかつ、燃焼室17の天井部から斜め下向きに広がるように燃料を噴射する。インジェクタ6は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図2の上図に示すように、後述する点火プラグ25に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ25は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ6から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ25に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。   Although not shown in detail, the injector 6 is constituted by a multi-injection type fuel injection valve having a plurality of injection holes. As shown by a two-dot chain line in FIG. 2, the injector 6 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17 and spreads obliquely downward from the ceiling of the combustion chamber 17. In the present configuration example, the injector 6 has ten nozzle holes, and the nozzle holes are arranged at equal angles in the circumferential direction. As shown in the upper diagram of FIG. 2, the axis of the nozzle hole is displaced in the circumferential direction with respect to a spark plug 25 described later. That is, the spark plug 25 is sandwiched between the shafts of two adjacent nozzle holes. Thereby, it is avoided that the spray of the fuel injected from the injector 6 directly hits the spark plug 25 and wets the electrode.

インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室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 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、図2にも示すように、シリンダ11の中心軸X1を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ25は、インジェクタ6に隣接している。点火プラグ25は、二つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。   A spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, the spark plug 25 is disposed on the intake side across the central axis X1 of the cylinder 11 as shown in FIG. The spark plug 25 is adjacent to the injector 6. The spark plug 25 is located between the two intake ports 18. The spark plug 25 is attached to the cylinder head 13 so as to be inclined from the top to the bottom toward the center of the combustion chamber 17. 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、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. The intake passage 40 downstream of the surge tank 42 constitutes an independent passage that branches for each cylinder 11. The downstream end of the independent passage is connected to the intake port 18 of each cylinder 11.

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

吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機44の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機44は、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。   A supercharger 44 is 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, a vane 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。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 between on and off. The engine 1 can switch between the supercharger 44 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.

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。   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.

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 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 back upstream of the supercharger 44 through the bypass passage 47. To do. 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.

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

尚、スワール発生部は、吸気通路40にスワールコントロール弁56を取り付ける代わりに、又は、スワールコントロール弁56を取り付けることに加えて、二つの吸気弁21の開弁期間をずらし、一方の吸気弁21のみから燃焼室17の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁21の内の一方の吸気弁21のみが開弁することによって、燃焼室17の中に吸気が不均等に導入するから、燃焼室17の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート18の形状を工夫することによって、燃焼室17の中にスワール流を発生させように構成してもよい。   The swirl generating unit shifts the valve opening periods of the two intake valves 21 instead of attaching the swirl control valve 56 to the intake passage 40 or in addition to attaching the swirl control valve 56, so that one of the intake valves 21 Alternatively, a configuration in which intake air can be introduced into the combustion chamber 17 from only the above may be employed. Since only one of the two intake valves 21 is opened, intake air is unevenly introduced into the combustion chamber 17, so that a swirl flow can be generated in the combustion chamber 17. . Further, the swirl generator may be configured to generate a swirl flow in the combustion chamber 17 by devising the shape of the intake port 18.

エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。   An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1. The exhaust passage 50 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.

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

吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、既燃ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流に接続されている。   An EGR passage 52 constituting an external EGR system is connected between the intake passage 40 and the exhaust passage 50. The EGR passage 52 is a passage for returning a part of burned gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected between the upstream catalytic converter and the downstream catalytic converter in the exhaust passage 50. The downstream end of the EGR passage 52 is connected to the upstream 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S−VT23及び排気電動S−VT24を含んで構成されている内部EGRシステムとによって構成されている。   In this configuration example, the EGR system 55 includes an external EGR system configured to include an EGR passage 52 and an EGR valve 54, and an internal configuration configured to include the above-described intake electric S-VT 23 and exhaust electric S-VT 24. And an EGR system.

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ーであって、図4に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。   The 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 as shown in FIG. 4, a central processing unit (CPU) 101 for executing a program and, for example, a RAM (Random Access Memory) or ROM A memory 102 configured by (Read Only Memory) and storing programs and data, and an input / output bus 103 for inputting and outputting electrical signals are provided. The ECU 10 is an example of a control unit.

ECU10には、図1及び図4に示すように、各種のセンサSW1〜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 4, 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内の圧力を検知する指圧センサSW6、排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアOセンサSW8、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダO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 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 is upstream of the upstream catalytic converter in the exhaust passage 50. And a linear O 2 sensor SW8 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas, and a lambda O 2 sensor SW9 that is arranged downstream of the three-way catalyst 511 in the upstream catalytic converter 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 SW1 for detecting the accelerator opening corresponding to the operation amount 2. 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 the EGR passage 52 An EGR differential pressure sensor SW15 that is disposed and detects the differential pressure upstream and downstream of the EGR valve 54, and a fuel pressure sensor 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 SW16.

ECU10は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ECU100は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S−VT23、排気電動S−VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。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 control signals relating to the calculated control amount to the injector 6, spark plug 25, intake electric S-VT 23, exhaust electric S-VT 24, fuel supply system 61, throttle valve 43, EGR valve 54, supercharger 44. Output to the electromagnetic clutch 45, the air bypass valve 48, and the swirl control valve 56. 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5は、エンジン1の運転領域マップ501、502を例示している。エンジン1の運転領域マップ501、502は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域(1)−1、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域(1)−2、中負荷領域(1)−2よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域(2)、高負荷領域において中回転領域(2)よりも回転数の低い低回転領域(3)、及び、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、高負荷中回転領域(2)、及び、高負荷低回転領域(3)よりも回転数の高い高回転領域(4)である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図5の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。また、高負荷中回転領域(2)は、燃焼圧力が900kPa以上となる領域としてもよい。図5においては、理解容易のために、エンジン1の運転領域マップ501、502を二つに分けて描いている。マップ501は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ502は、各領域におけるスワールコントロール弁56の開度を示している。尚、図5における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road-Load Line)を示している。
(Engine operating range)
FIG. 5 exemplifies operation region maps 501 and 502 of the engine 1. The operation region maps 501 and 502 of the engine 1 are determined by the load and the rotational speed, and are divided into five regions with respect to the load level and the rotational speed level. Specifically, the five regions include a low load region (1) -1 including idle operation and extending to a low rotation region and a medium rotation region, a region having a higher load than the low load region, and a low rotation region and a medium rotation region. Medium load region (1) -2 spreading in the middle, region having higher load than medium load region (1) -2 and high rotation region including fully open load (2), medium rotation region in high load region Low rotation region (3) with a lower rotational speed than (2), low load region (1) -1, medium load region (1) -2, high load medium rotation region (2), and high load low It is a high rotation area (4) having a higher rotation speed than the rotation area (3). Here, the low rotation region, the medium rotation region, and the high rotation region are each when the entire operation region of the engine 1 is divided into approximately three equal parts of the low rotation region, the medium rotation region, and the high rotation region in the rotation speed direction. The low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region may be used. In the example of FIG. 5, the rotation speed less than N1 is low rotation, the rotation speed N2 or more is high rotation, and the rotation speed N1 or more and less than N2 is medium rotation. For example, the rotational speed N1 may be about 1200 rpm, and the rotational speed N2 may be about 4000 rpm, for example. Further, the high load mid-rotation region (2) may be a region where the combustion pressure is 900 kPa or more. In FIG. 5, for easy understanding, the operation region maps 501 and 502 of the engine 1 are drawn in two parts. A map 501 shows the state of the air-fuel mixture and the combustion mode in each region, and the drive region and non-drive region of the supercharger 44. A map 502 shows the opening degree of the swirl control valve 56 in each region. Note that a two-dot chain line in FIG. 5 indicates a road-load line of the engine 1.

エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域(1)−1、中負荷領域(1)−2、及び、高負荷中回転領域(2)において、圧縮自己着火による燃焼を行う。エンジン1はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域(3)及び高回転領域(4)においては、火花点火による燃焼を行う。以下、各領域におけるエンジン1の運転について、図6に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。   The engine 1 compresses itself in a low load region (1) -1, a medium load region (1) -2, and a high load medium rotation region (2) mainly for improving fuel consumption and exhaust gas performance. Combustion by ignition. The engine 1 also performs combustion by spark ignition in other regions, specifically, in the high load low rotation region (3) and the high rotation region (4). Hereinafter, the operation of the engine 1 in each region will be described in detail with reference to the fuel injection timing and the ignition timing shown in FIG.

(低負荷領域(1)−1)
エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転しているときに、エンジン1は、前述したようにCI燃焼を行う。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、低負荷領域(1)−1において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(Low load area (1) -1)
When the engine 1 is operating in the low load region (1) -1, the engine 1 performs CI combustion as described above. 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 SPCCI combustion combining SI combustion and CI combustion in the low load region (1) -1.

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

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

SI燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってSI燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。   By adjusting the 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.

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

SI燃焼によって、燃焼室17の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図6の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。   When the temperature and pressure in the combustion chamber 17 are increased by SI combustion, the unburned mixture is self-ignited. In the example of FIG. 6, the slope of the heat generation rate waveform changes from small to large at the timing of self-ignition. 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SPCCI燃焼は、dp/dθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。   dp / dθ can be used as an index representing combustion noise. However, since SPCCI combustion can reduce dp / dθ as described above, it is possible to avoid excessive combustion noise. . Combustion noise can be suppressed below an acceptable level.

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

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

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

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、スワール比は4以上になる。ここで、スワール比を定義すると、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。吸気流横方向角速度は、図7に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド13を上下反転して設置して、吸気ポート18を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド13上にシリンダ36を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ37を有するインパルスメータ38を接続して構成されている。インパルスメータ38の下面は、シリンダヘッド13とシリンダブロックとの合わせ面から1.75D(尚、Dはシリンダボア径)の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ36内に生じるスワール(図7の矢印参照)によって、ハニカム状ロータ37に作用するトルクをインパルスメータ38によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the swirl ratio becomes 4 or more. Here, the swirl ratio is defined. The “swirl ratio” is a value obtained by dividing the value obtained by measuring and integrating the intake flow lateral angular velocity for each valve lift by the engine angular velocity. The intake flow lateral angular velocity can be obtained based on the measurement using the rig testing apparatus shown in FIG. That is, in the apparatus shown in the figure, the cylinder head 13 is installed upside down on the base, and the intake port 18 is connected to an intake air supply device (not shown), while the cylinder 36 is installed on the cylinder head 13. At the same time, an impulse meter 38 having a honeycomb rotor 37 is connected to the upper end thereof. The lower surface of the impulse meter 38 is positioned at a position of 1.75 D (D is a cylinder bore diameter) from the mating surface of the cylinder head 13 and the cylinder block. Torque acting on the honeycomb-shaped rotor 37 is measured by an impulse meter 38 by a swirl (see an arrow in FIG. 7) generated in the cylinder 36 in response to intake air supply, and the intake flow lateral angular velocity can be obtained based on the measured torque. .

図8は、このエンジン1におけるスワールコントロール弁56の開度と、スワール比との関係を示している。図8は、スワールコントロール弁56の開度を、セカンダリ通路402の全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロール弁56が全閉のときに、セカンダリ通路402の開口比率は0%となり、スワールコントロール弁56の開度が大きくなると、セカンダリ通路402の開口比率が0%よりも大きくなる。スワールコントロール弁56が全開のときに、セカンダリ通路402の開口比率は100%となる。図8に例示するように、このエンジン1は、スワールコントロール弁56を全閉にすると、スワール比は6程度になる。エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、スワール比は4以上6以下とすればよい。スワールコントロール弁56の開度は、開口比率が0〜15%となる範囲で調整すればよい。   FIG. 8 shows the relationship between the degree of opening of the swirl control valve 56 and the swirl ratio in the engine 1. FIG. 8 shows the opening degree of the swirl control valve 56 by the opening ratio with respect to the fully open section of the secondary passage 402. When the swirl control valve 56 is fully closed, the opening ratio of the secondary passage 402 becomes 0%, and when the opening of the swirl control valve 56 increases, the opening ratio of the secondary passage 402 becomes larger than 0%. When the swirl control valve 56 is fully open, the opening ratio of the secondary passage 402 is 100%. As illustrated in FIG. 8, in the engine 1, the swirl ratio becomes about 6 when the swirl control valve 56 is fully closed. When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the swirl ratio may be 4 or more and 6 or less. What is necessary is just to adjust the opening degree of the swirl control valve 56 in the range from which an opening ratio will be 0 to 15%.

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

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼室17内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。燃焼室17内の中央部は、点火プラグ25が配置されている部分であり、外周部は、中央部の周囲であって、シリンダ11のライナーに接する部分である。燃焼室17内の中央部は、スワール流が弱い部分、外周部は、スワール流が強い部分、と定義してもよい。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the air-fuel mixture is stratified between the central portion and the outer peripheral portion in the combustion chamber 17. A central portion in the combustion chamber 17 is a portion where the spark plug 25 is disposed, and an outer peripheral portion is a portion around the central portion and in contact with the liner of the cylinder 11. You may define the center part in the combustion chamber 17 as a part with a weak swirl flow, and an outer peripheral part as a part with a strong swirl flow.

中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のA/Fは、20以上30以下であり、外周部の混合気のA/Fは、35以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。   The fuel concentration of the air-fuel mixture at the center is higher than the fuel concentration at the outer periphery. Specifically, the A / F of the air-fuel mixture in the central part is 20 or more and 30 or less, and the A / F of the air-fuel mixture in the outer peripheral part is 35 or more. Note that the value of the air-fuel ratio is the value of the air-fuel ratio at the time of ignition and is the same in the following description.

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、インジェクタ6は、基本的には、吸気行程中と、圧縮行程中とのそれぞれにおいて燃料を燃焼室17の中に噴射する(符号6011、6012)。吸気行程中に噴射した燃料は、点火時期までの間に燃焼室17の中の全体に拡散をする。吸気行程中に噴射した燃料は、中央部及び外周部の混合気を形成する。圧縮行程中に噴射した燃料は、点火時期までの時間が短いため、あまり拡散せずに、スワール流によって、燃焼室17の中央部の点火プラグ25の付近に輸送される。圧縮行程中に噴射した燃料は、吸気行程中に噴射した燃料の一部と共に、中央部の混合気を形成する。燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the injector 6 basically injects fuel into the combustion chamber 17 during the intake stroke and during the compression stroke (reference number). 6011, 6012). The fuel injected during the intake stroke diffuses throughout the combustion chamber 17 until the ignition timing. The fuel injected during the intake stroke forms an air-fuel mixture at the center and the outer periphery. The fuel injected during the compression stroke is transported to the vicinity of the spark plug 25 at the center of the combustion chamber 17 by the swirl flow without much diffusion because the time until the ignition timing is short. The fuel injected during the compression stroke forms a central air-fuel mixture together with a part of the fuel injected during the intake stroke. The air-fuel mixture is stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17.

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

エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときの、燃料の噴射時期及び噴射回数は、エンジン1の負荷の高低に応じて変更される。具体的には、エンジン1の負荷が低いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数が増えると共に、燃料噴射の完了時期が遅角する。つまり、エンジン1の負荷が低いときには、圧縮行程中に行う燃料噴射の分割数を増やすと共に、最後の燃料噴射の時期を遅角させる。エンジン1の負荷が低いときには燃焼室17内に供給する燃料量が減るが、圧縮行程中に行う燃料噴射の分割数を増やすと共に、最後の燃料噴射の時期を遅角することで、圧縮行程中に噴射した燃料が拡散することが抑制される。その結果、燃焼室17の中央部に形成される、燃料濃度が相対的に高い混合気層の大きさが小さくなる。   When the engine 1 operates in the low load region (1) -1, the fuel injection timing and the number of injections are changed according to the load of the engine 1. Specifically, when the load on the engine 1 is low, the number of fuel injections during the compression stroke increases and the completion timing of fuel injection is retarded. That is, when the load on the engine 1 is low, the number of fuel injection divisions performed during the compression stroke is increased and the timing of the last fuel injection is retarded. When the load on the engine 1 is low, the amount of fuel supplied into the combustion chamber 17 is reduced. However, the number of fuel injections performed during the compression stroke is increased and the timing of the last fuel injection is retarded so that The diffusion of the fuel injected into the fuel is suppressed. As a result, the size of the air-fuel mixture layer formed at the center of the combustion chamber 17 and having a relatively high fuel concentration is reduced.

また、エンジン1の負荷が高いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数を減らすと共に、噴射時期を進角する。燃料噴射の時期を進角した結果として、圧縮行程中の燃料噴射を行わないで、吸気行程中に燃料を分割噴射してもよい。エンジン1の負荷が高いときに、吸気行程中に一括噴射を行ってもよい。エンジン1の負荷が高くなると、燃焼室17内に供給する燃料量が増えると共に、燃料噴射の時期を進角することにより、燃料が拡散しやすくなる。その結果、燃焼室17の中央部に形成される、燃料濃度が相対的に高い混合気層の大きさが大きくなる。   When the load on the engine 1 is high, the number of fuel injections during the compression stroke is reduced and the injection timing is advanced. As a result of advancing the fuel injection timing, fuel may be dividedly injected during the intake stroke without performing fuel injection during the compression stroke. When the load on the engine 1 is high, batch injection may be performed during the intake stroke. When the load on the engine 1 increases, the amount of fuel supplied into the combustion chamber 17 increases, and the fuel is easily diffused by advancing the timing of fuel injection. As a result, the size of the air-fuel mixture layer formed at the center of the combustion chamber 17 and having a relatively high fuel concentration increases.

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

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

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

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

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

エンジン1が中負荷領域(1)−2において運転するときに、混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F=14.7)である。三元触媒が、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。   When the engine 1 operates in the medium load region (1) -2, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) in the entire combustion chamber 17. 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が中負荷領域(1)−2において運転するときに、インジェクタ6は、前段噴射(つまり、第1噴射、符号6021)と後段噴射(つまり、第2噴射、符号6022)との二回に分けて、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。前段噴射は、例えば圧縮行程の前半に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半に行ってもよい。圧縮行程の前半及び後半はそれぞれ、圧縮行程をクランク角度に関して二等分したときの前半及び後半とすればよい。前段噴射は、例えば圧縮上死点前100°CAで開始し、後段噴射は、例えば圧縮上死点前70°CAで開始してもよい。   When the engine 1 is operated in the medium load region (1) -2, the injector 6 performs the first injection (that is, the first injection, reference 6021) and the second injection (that is, the second injection, reference 6022) twice. The fuel is injected into the combustion chamber 17 separately. 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. For example, the first-stage injection may be performed in the first half of the compression stroke, and the second-stage injection may be performed in the second half of the compression stroke, for example. The first half and the second half of the compression stroke may be respectively the first half and the second half when the compression stroke is divided into two equal parts with respect to the crank angle. For example, the front injection may be started at 100 ° CA before compression top dead center, and the rear injection may be started at 70 ° CA before compression top dead center, for example.

インジェクタ6は、シリンダ11の中心軸(つまり、筒軸)X1に対して噴口軸が傾いた複数の噴口を有し、燃焼室17の中央部から径方向外方に向かって、放射状に燃料を噴射する。インジェクタ6が、圧縮行程の前半の期間内において前段噴射を行うと、ピストン3が上死点から離れているため、噴射した燃料噴霧は、上死点に向かって上昇しているピストン3の上面の、キャビティ31の外に到達する。キャビティ31の外の領域は、スキッシュエリア171を形成している(図2参照)。前段噴射によって噴射された燃料は、ピストン3が上昇する間にスキッシュエリア171に留まり、スキッシュエリア171において混合気を形成する。   The injector 6 has a plurality of nozzle holes whose nozzle shafts are inclined with respect to the central axis (that is, the cylinder axis) X1 of the cylinder 11, and radiates fuel radially outward from the center of the combustion chamber 17. Spray. When the injector 6 performs the pre-stage injection within the first half of the compression stroke, the piston 3 is away from the top dead center, so that the injected fuel spray rises toward the top dead center. Reaches the outside of the cavity 31. A region outside the cavity 31 forms a squish area 171 (see FIG. 2). The fuel injected by the pre-stage injection stays in the squish area 171 while the piston 3 ascends, and forms an air-fuel mixture in the squish area 171.

インジェクタ6が、圧縮行程の後半において後段噴射を行うと、ピストン3が上死点に近いため、噴射した燃料噴霧は、キャビティ31の中に入る。後段噴射によって噴射された燃料は、キャビティ31の内の領域において混合気を形成する。ここで、「キャビティ31の内の領域」とは、キャビティ31の開口を燃焼室17のルーフに投影した投影面からキャビティ31の開口までの領域と、キャビティ31の中の領域とを合わせた領域を意味する、としてもよい。キャビティ31の内の領域は、燃焼室17の中においてスキッシュエリア171以外の領域ということもできる。   When the injector 6 performs post-stage injection in the latter half of the compression stroke, the injected fuel spray enters the cavity 31 because the piston 3 is close to top dead center. The fuel injected by the latter-stage injection forms an air-fuel mixture in the region within the cavity 31. Here, the “region in the cavity 31” is a region obtained by combining the region from the projection surface obtained by projecting the opening of the cavity 31 onto the roof of the combustion chamber 17 to the opening of the cavity 31 and the region in the cavity 31. May mean. The region in the cavity 31 can also be referred to as a region other than the squish area 171 in the combustion chamber 17.

後段噴射によってキャビティ31の中に燃料を噴射することに伴い、キャビティ31の内の領域において、ガスの流動が発生する。燃焼室17の中の乱流エネルギは、点火タイミングまでの時間が長いと、圧縮行程の進行に従い減衰してしまう。ところが、後段噴射の噴射タイミングは、前段噴射よりも点火タイミングに近いため、キャビティ31の中の乱流エネルギが高い状態のまま、点火プラグ25は、キャビティ31の内の領域の混合気に点火することができる。これにより、SI燃焼の燃焼速度が高まる。SI燃焼の燃焼速度が高まると、SI燃焼が安定化するから、SI燃焼によるCI燃焼のコントロール性は高まる。   As fuel is injected into the cavity 31 by the post-injection, gas flow occurs in the region within the cavity 31. If the time until the ignition timing is long, the turbulent energy in the combustion chamber 17 is attenuated as the compression stroke proceeds. However, since the injection timing of the second-stage injection is closer to the ignition timing than the first-stage injection, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the region within the cavity 31 while the turbulent energy in the cavity 31 is high. be able to. Thereby, the combustion speed of SI combustion increases. When the combustion speed of SI combustion is increased, SI combustion is stabilized, so that the controllability of CI combustion by SI combustion is enhanced.

インジェクタ6が、前段噴射と後段噴射とを行うことによって、燃焼室17の中には、全体として、空気過剰率λが1.0±0.2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。空気過剰率λは、好ましくは、1.0〜1.2である。   When the injector 6 performs the front-stage injection and the rear-stage injection, a substantially homogeneous mixture having an excess air ratio λ of 1.0 ± 0.2 is formed in the combustion chamber 17 as a whole. The 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. The excess air ratio λ is preferably 1.0 to 1.2.

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ25が混合気に点火をする(符号6023)ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。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と、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 (reference numeral 6023), the air-fuel mixture burns by flame propagation. After the start of combustion by flame propagation, the unburned mixture self-ignites and CI burns. The fuel injected by the latter-stage injection mainly undergoes SI combustion. The fuel injected by the pre-stage injection mainly undergoes CI combustion. When 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.

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

ここで、図5に示すように、低負荷領域(1)−1の一部、及び、中負荷領域(1)−2の一部においては、過給機44がオフにされる(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域(1)−1における低回転側の領域においては、過給機44がオフにされる。低負荷領域(1)−1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域(1)−2における低負荷低回転側の領域においては、過給機44がオフにされ、中負荷領域(1)−2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44がオンになる。   Here, as shown in FIG. 5, the turbocharger 44 is turned off in a part of the low load region (1) -1 and a part of the medium load region (1) -2 (S / (See C OFF). Specifically, the supercharger 44 is turned off in the low rotation side region in the low load region (1) -1. In the region on the high rotation side in the low load region (1) -1, the supercharger 44 is turned on in order to ensure a necessary intake charge amount corresponding to the increase in the rotational speed of the engine 1. Increase the boost pressure. Further, the supercharger 44 is turned off in the low load / low rotation side region in the medium load region (1) -2, and the fuel injection amount in the high load side region in the medium load region (1) -2. The turbocharger 44 is turned on in order to ensure the necessary intake charge amount corresponding to the increase in the engine speed, and is necessary in response to the increase in the rotational speed of the engine 1 in the high speed region. In order to ensure the intake charge amount, the supercharger 44 is turned on.

尚、高負荷中回転領域(2)、高負荷低回転領域(3)、及び、高回転領域(4)の各領域においては、その全域に亘って過給機44がオンになる(S/C ON参照)。   Note that, in each of the high-load medium rotation region (2), the high-load low-rotation region (3), and the high-rotation region (4), the supercharger 44 is turned on over the entire region (S / (See CON).

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

図6の符号603は、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において、運転状態603にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6031、6032)及び点火時期(符号6033)、並びに、燃焼波形(符号6034)それぞれの一例を示している。   Reference numeral 603 in FIG. 6 denotes a fuel injection timing (reference numerals 6031 and 6032) and an ignition timing (reference numeral 6033) when the engine 1 is operating in the operating state 603 in the high load mid-rotation region (2), and An example of each combustion waveform (reference numeral 6034) is shown.

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

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

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

エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときに、インジェクタ6は、圧縮行程において、前段噴射(つまり、第1噴射、符号6031)と後段噴射(つまり、第2噴射、符号6032)との二回に分けて、燃焼室17の中に燃料を噴射する。前段噴射は、例えば圧縮行程の前半に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半に行ってもよい。具体的に前段噴射は、例えば圧縮上死点前125°CAに、燃料噴射を開始し、後段噴射は、例えば圧縮上死点前85°CAに、開始してもよい。   When the engine 1 is operated in the high load mid-rotation region (2), the injector 6 performs the first stage injection (that is, the first injection, reference numeral 6031) and the second stage injection (that is, the second injection, reference numeral 6032) in the compression stroke. The fuel is injected into the combustion chamber 17 in two steps. For example, the first-stage injection may be performed in the first half of the compression stroke, and the second-stage injection may be performed in the second half of the compression stroke, for example. Specifically, the front stage injection may start fuel injection, for example, at 125 ° CA before compression top dead center, and the rear stage injection may start, for example, at 85 ° CA before compression top dead center.

燃焼室17に強いスワール流を発生させていると、圧縮行程の前半に前段噴射を行ったときに、燃焼室17の中に噴射された燃料は、図9の左図に示すように、スワール流に曲げられてペネトレーションが低下する。前段噴射の燃料は、燃焼室17の中央部に留まり、主に、燃焼室17の中央部において混合気を形成する。中央部の混合気は、後述するように、主にSI燃焼によって燃焼する。   When a strong swirl flow is generated in the combustion chamber 17, the fuel injected into the combustion chamber 17 when the first stage injection is performed in the first half of the compression stroke is performed as shown in the left diagram of FIG. 9. It is bent by the flow and the penetration decreases. The fuel of the pre-stage injection stays in the central portion of the combustion chamber 17 and mainly forms an air-fuel mixture in the central portion of the combustion chamber 17. As will be described later, the air-fuel mixture in the center portion is mainly burned by SI combustion.

これに対し、図9の右図に示すように、圧縮行程の後半に後段噴射を行ったときに、圧縮行程の後半にはピストンが上昇していると共に、スワール流も減衰しているため、燃焼室17の中に噴射された燃料は、燃焼室17の外周部に到達する。後段噴射の燃料は主に、燃焼室17の外周部において混合気を形成する。外周部の混合気は、後述するように、主にCI燃焼によって燃焼する。   On the other hand, as shown in the right diagram of FIG. 9, when post-stage injection is performed in the second half of the compression stroke, the piston is raised in the second half of the compression stroke, and the swirl flow is also attenuated. The fuel injected into the combustion chamber 17 reaches the outer periphery of the combustion chamber 17. The fuel of the post-injection mainly forms an air-fuel mixture at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17. The air-fuel mixture at the outer peripheral portion is mainly burned by CI combustion, as will be described later.

そして、前段噴射と後段噴射とを行う燃料噴射によって、燃焼室17の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。前段噴射の噴射量を、後段噴射の噴射量よりも多くすればよい。前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との割合は、一例として、7:3としてもよい。   Then, by the fuel injection that performs the front stage injection and the rear stage injection, the fuel concentration of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture in the central portion, and the fuel amount of the air-fuel mixture in the outer peripheral portion The fuel amount of the air-fuel mixture in the center is set to be larger. What is necessary is just to make the injection quantity of front | former stage injection larger than the injection quantity of back | latter stage injection. As an example, the ratio between the injection amount of the upstream injection and the injection amount of the subsequent injection may be 7: 3.

エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転するときには、例えば図10に示すように、点火プラグ25が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが1以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが1以下、好ましくは1未満である。中央部の混合気の空燃比(A/F)は、例えば13以上、理論空燃比(14.7)以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば11以上、理論空燃比以下、好ましくは11以上、12以下としてもよい。燃焼室17の外周部の空気過剰率λを1未満にすると、外周部は混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度を低下させることができる。燃焼室17の全体の混合気の空燃比は、12.5以上、理論空燃比以下、好ましくは12.5以上、13以下としてもよい。   When the engine 1 is operated in the high load mid-rotation region (2), for example, as shown in FIG. 10, the air-fuel ratio in the center portion where the spark plug 25 is disposed preferably has an excess air ratio λ of 1 or less. The air-fuel mixture at the outer peripheral portion has an excess air ratio λ of 1 or less, preferably less than 1. The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the center may be, for example, 13 or more and the theoretical air-fuel ratio (14.7) or less. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the center may be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion may be, for example, 11 or more and the stoichiometric air-fuel ratio or less, preferably 11 or more and 12 or less. When the excess air ratio λ at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is less than 1, the amount of fuel in the air-fuel mixture increases at the outer peripheral portion, so that the temperature can be lowered by the latent heat of vaporization of the fuel. The air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber 17 may be 12.5 or more and the stoichiometric air-fuel ratio or less, preferably 12.5 or more and 13 or less.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6033)。点火プラグ25は燃焼室17の中央部に配置されているため、点火プラグ25の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the center of the combustion chamber 17 in the vicinity of the compression top dead center (reference numeral 6033). Since the spark plug 25 is disposed at the center of the combustion chamber 17, the air-fuel mixture at the center starts SI combustion by flame propagation by the ignition of the spark plug 25.

高負荷領域においては、燃料噴射量が多くなると共に、燃焼室17の温度も高くなるため、CI燃焼が早期に開始しやすい状況になる。言い換えると、高負荷領域においては、混合気の過早着火が発生しやすい。しかしながら、前述の通り、燃焼室17の外周部の温度が、燃料の気化潜熱によって低下しているから、混合気に火花点火をした後、CI燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。   In the high load region, the fuel injection amount increases and the temperature of the combustion chamber 17 also increases, so that the CI combustion is likely to start early. In other words, pre-ignition of the air-fuel mixture tends to occur in the high load region. However, as described above, since the temperature of the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is lowered by the latent heat of vaporization of the fuel, it is avoided that the CI combustion starts immediately after the mixture is sparked. Can do.

図11は、高負荷中回転領域(2)における燃焼のコンセプトを示している。燃焼室17内に強いスワール流を発生させると、図11に白抜きの矢印で示すように、燃焼室17の外周部は強いスワール流れとなる。一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなるが、中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部は、乱流エネルギが高くなる。   FIG. 11 shows the concept of combustion in the high load mid-rotation region (2). When a strong swirl flow is generated in the combustion chamber 17, the outer periphery of the combustion chamber 17 has a strong swirl flow, as indicated by the white arrow in FIG. 11. On the other hand, the swirl flow in the central part is relatively weak, but the turbulent energy is increased in the central part due to the eddy current caused by the velocity gradient at the boundary between the central part and the outer peripheral part.

前述したように、点火プラグ25が中央部の混合気に点火をすると、SI燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなって安定化すると共に、SI燃焼の火炎は、図11に黒矢印で示すように、燃焼室17内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室17の中を、吸気−リヤ側部分、排気−リヤ側部分、排気−フロント側部分、及び、吸気−フロント側部分の、四つの部分に区分けすると、点火プラグ25は、吸気−排気方向については、吸気側に配置されていると共に、スワール流は、図11における反時計回り方向であるから、SI燃焼の火炎は、吸気−リヤ側部分から、排気−リヤ側部分及び排気−フロント側部分を介して、吸気−フロント側部分へと至る。SI燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇により、図11に破線の矢印で示すように、吸気−フロント側部分の外周部において未燃混合気が圧縮着火をし、CI燃焼が開始する。   As described above, when the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at the center, the SI combustion is stabilized by increasing the combustion speed due to the high turbulent energy, and the SI combustion flame is shown by the black arrow in FIG. As shown in Fig. 2, it rides on the strong swirl flow in the combustion chamber 17 and propagates in the circumferential direction. When the combustion chamber 17 is divided into four parts, that is, an intake-rear side part, an exhaust-rear side part, an exhaust-front side part, and an intake-front side part, the spark plug 25 has an intake-exhaust direction. Is arranged on the intake side and the swirl flow is in the counterclockwise direction in FIG. 11, the SI combustion flame flows from the intake-rear side portion to the exhaust-rear side portion and the exhaust-front side. It leads to the intake-front side part through the part. Due to the heat generated by the SI combustion and the pressure increase due to flame propagation, the unburned mixture undergoes compression ignition at the outer peripheral portion of the intake-front side portion and CI combustion starts as shown by the broken arrow in FIG.

このSPCCI燃焼のコンセプトでは、燃焼室17の中において混合気を成層化することと、燃焼室17の中に強いスワール流を発生させることとによって、CI燃焼の開始までにSI燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてNOxの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   In this SPCCI combustion concept, SI combustion is sufficiently performed before the start of CI combustion by stratifying the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 and generating a strong swirl flow in the combustion chamber 17. be able to. As a result, the generation of combustion noise can be suppressed, and the generation of NOx is also suppressed without the combustion temperature becoming too high. Further, torque variation between cycles can be suppressed.

また、外周部の温度が低いため、CI燃焼が緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。さらに、CI燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。よって、このエンジン1は、負荷が高い領域においてSPCCI燃焼を行うことにより、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。   Moreover, since the temperature of the outer peripheral portion is low, CI combustion becomes moderate, and the generation of combustion noise can be suppressed. Furthermore, since the combustion period is shortened by CI combustion, torque can be improved and thermal efficiency can be improved in a high load region. Therefore, the engine 1 can improve fuel efficiency while avoiding combustion noise by performing SPCCI combustion in a high load region.

ここで、図12は、高負荷中回転領域(2)において、スワールコントロール弁(SCV)の開度を変更したときの、SPCCI燃焼の燃焼波形を比較している。燃焼波形は、クランク角に対する熱発生率の変化を示している。スワールコントロール弁56の開度は、図8と同様に、セカンダリ通路402の全開断面に対する開口比率によって表している。   Here, FIG. 12 compares the combustion waveforms of SPCCI combustion when the opening degree of the swirl control valve (SCV) is changed in the high load mid-rotation region (2). The combustion waveform shows the change in the heat generation rate with respect to the crank angle. The opening degree of the swirl control valve 56 is represented by the opening ratio with respect to the fully open section of the secondary passage 402, as in FIG.

先ず、図12に破線で示すように、スワールコントロール弁56の開度を全開にすると(つまり、開口比率が100%)、燃焼室17内においてスワール流が発生しない。点火プラグ25が混合気に点火した後、火炎伝播による燃焼が開始するが、SI燃焼の立ち上がりは緩やかになる。スワール流が発生しないとCI燃焼が発生せず、SI燃焼のみになる。その結果、燃焼重心が圧縮上死点から離れてしまうと共に、燃焼期間が長くなる。   First, as shown by a broken line in FIG. 12, when the opening of the swirl control valve 56 is fully opened (that is, the opening ratio is 100%), no swirl flow is generated in the combustion chamber 17. After the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture, combustion by flame propagation starts, but the rise of SI combustion becomes gradual. If swirl flow does not occur, CI combustion does not occur and only SI combustion occurs. As a result, the combustion center of gravity is separated from the compression top dead center, and the combustion period is lengthened.

スワールコントロール弁56の開度を、全閉(つまり、開口比率が0%)、5%、10%としたときには、燃焼波形において、SI燃焼の立ち上がりが、スワールコントロール弁56の全開時よりも急峻になる。SI燃焼の燃焼速度が高くなる。また、スワール流を発生させると、SI燃焼の開始後、CI燃焼が発生する。SPCCI燃焼を行うことによって、燃焼重心が圧縮上死点から近づくと共に、燃焼期間が短くなる。   When the opening of the swirl control valve 56 is fully closed (that is, the opening ratio is 0%), 5%, and 10%, the rise of SI combustion is steeper in the combustion waveform than when the swirl control valve 56 is fully opened. become. The combustion rate of SI combustion increases. When the swirl flow is generated, CI combustion occurs after the start of SI combustion. By performing SPCCI combustion, the combustion center of gravity approaches from the compression top dead center, and the combustion period is shortened.

スワールコントロール弁56の開度を15%としたときには、燃焼波形において、SI燃焼の立ち上がりが緩やかになる。その後、CI燃焼が発生するものの、燃焼期間は、比較的長くなってしまう。   When the opening of the swirl control valve 56 is set to 15%, the rise of SI combustion becomes gentle in the combustion waveform. Thereafter, although CI combustion occurs, the combustion period becomes relatively long.

図12から、スワールコントロール弁56の開度は15%未満にすることが、燃焼重心を圧縮上死点に近づけかつ、燃焼期間を短くする上で有効である。また、図8に示すように、スワールコントロール弁56の開度を15%未満にすれば、スワール比は4以上になる。よって、エンジン1が高負荷中回転領域(2)において運転しているときに、スワールコントロール弁56の開度を15%未満(つまり、0〜15%)にし、スワール比を4以上(つまり、4〜6程度)にすることによって、SPCCI燃焼を適切に行うことができる。   From FIG. 12, it is effective to make the opening degree of the swirl control valve 56 less than 15% in order to bring the combustion center of gravity closer to the compression top dead center and shorten the combustion period. Moreover, as shown in FIG. 8, if the opening degree of the swirl control valve 56 is less than 15%, the swirl ratio becomes 4 or more. Therefore, when the engine 1 is operating in the high load mid-rotation region (2), the opening degree of the swirl control valve 56 is less than 15% (that is, 0 to 15%), and the swirl ratio is 4 or more (that is, SPCCI combustion can be performed appropriately by setting the pressure to about 4-6.

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

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

そこで、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。   Therefore, when the engine 1 is operating in the high load low rotation region (3), the engine 1 performs SI combustion instead of SPCCI combustion.

図6の符号604は、エンジン1が高負荷低回転領域(3)において、運転状態604にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6041)及び点火時期(符号6042)、並びに、燃焼波形(符号6043)それぞれの一例を示している。   Reference numeral 604 in FIG. 6 denotes a fuel injection timing (reference numeral 6041) and an ignition timing (reference numeral 6042) and a combustion waveform when the engine 1 is operating in the operating state 604 in the high load low rotation region (3). (Reference numeral 6043) Each example is shown.

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

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

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときに、インジェクタ6は、圧縮行程終期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内のタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射する(符号6041)。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。また、膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。   When the engine 1 operates in the high-load low-rotation region (3), the injector 6 has a combustion chamber 17 at a timing within a period from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke (hereinafter, this period is referred to as a retard period). The fuel is injected into the inside (reference numeral 6041). The end of the compression stroke may be the end when the compression stroke is divided into three equal parts, the initial period, the middle period, and the final period. Further, the initial stage of the expansion stroke may be an initial stage when the expansion stroke is divided into three equal parts in the initial stage, the middle period, and the final stage.

燃料の噴射時期を遅い時期にすることにより、過早着火を回避することが可能になる。燃料圧力は、30MPa以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすることによって、燃料の噴射期間及び混合気の形成期間を、それぞれ短くすることができる。燃料圧力の上限値は、一例として、120MPaとしてもよい。   By making the fuel injection timing late, it is possible to avoid pre-ignition. The fuel pressure is set to a high fuel pressure of 30 MPa or more. By increasing the fuel pressure, the fuel injection period and the mixture formation period can be shortened. As an example, the upper limit value of the fuel pressure may be 120 MPa.

点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6042)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてSI燃焼をする。SI燃焼が膨張行程において開始するため、CI燃焼は開始しない。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a timing near the compression top dead center after fuel injection (reference numeral 6042). The spark plug 25 may ignite after compression top dead center, for example. The air-fuel mixture undergoes SI combustion in the expansion stroke. Since SI combustion starts in the expansion stroke, CI combustion does not start.

インジェクタ6は、過早着火を回避するために、エンジン1の回転数が低くなるほど、燃料噴射の時期を遅角する。燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。   In order to avoid premature ignition, the injector 6 retards the fuel injection timing as the rotational speed of the engine 1 decreases. The fuel injection may end during the expansion stroke.

エンジン1が高負荷低回転領域(3)において運転するときには、燃料の噴射開始から点火までの時間が短い。混合気の着火性の向上及びSI燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ25の付近に輸送する必要がある。   When the engine 1 operates in the high-load low-rotation region (3), the time from the start of fuel injection to ignition is short. In order to improve the ignitability of the air-fuel mixture and stabilize the SI combustion, it is necessary to quickly transport the fuel to the vicinity of the spark plug 25.

図13に例示するように、圧縮行程終期から膨張行程初期の期間において、インジェクタ6が燃料を噴射すると、ピストン3が圧縮上死点の近くに位置しているため、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、キャビティ31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。リタード期間内において噴射した燃料を、速やかに点火プラグ25の付近に輸送することができる。   As illustrated in FIG. 13, when the injector 6 injects fuel in the period from the end of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, the piston 3 is located near the compression top dead center. While mixing, it flows downward along the convex portion 311 of the cavity 31, and flows radially outward from the center of the combustion chamber 17 along the bottom surface and the peripheral side surface of the cavity 31. 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 fuel injected during the retard period can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25.

また、エンジン1は、高負荷低回転領域(3)において運転するときには、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりもスワール流を弱くする。高負荷低回転領域(3)において運転するときに、スワールコントロール弁(SCV)56の開度は、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁56の開度は、例えば50%程度(つまり、半開)とすればよい。   Further, when the engine 1 is operated in the high load low rotation region (3), the swirl flow is weaker than that in the high load medium rotation region (2). When operating in the high load low rotation region (3), the opening of the swirl control valve (SCV) 56 is larger than when operating in the high load medium rotation region (2). The opening degree of the swirl control valve 56 may be about 50% (that is, half open), for example.

図2の上図に示すように、インジェクタ6の噴孔の軸は、点火プラグ25に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室17の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ25の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ25の付近に輸送される間に、気化することができる。   As shown in the upper diagram of FIG. 2, the axis of the injection hole of the injector 6 is displaced in the circumferential direction with respect to the spark plug 25. The fuel injected from the nozzle hole flows in the circumferential direction by the swirl flow in the combustion chamber 17. By the swirl flow, the fuel can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25. The fuel can be vaporized while being transported in the vicinity of the spark plug 25.

一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ25の付近から離れてしまって、点火プラグ25の付近に燃料を速やかに輸送することができなくなる。そこで、エンジン1は、高負荷低回転領域(3)において運転するときには、高負荷中回転領域(2)において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ25の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びSI燃焼の安定化を図ることができる。   On the other hand, if the swirl flow is too strong, the fuel is caused to flow in the circumferential direction, away from the vicinity of the spark plug 25, and the fuel cannot be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25. Therefore, when the engine 1 is operated in the high load low rotation region (3), the swirl flow is weaker than that in the high load medium rotation region (2). As a result, the fuel can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25, so that the ignitability of the air-fuel mixture can be improved and the SI combustion can be stabilized.

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

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

そのため、エンジン1が高回転領域(4)において運転しているときには、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。尚、高回転領域(4)は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。   Therefore, when the engine 1 is operating in the high speed region (4), the engine 1 performs SI combustion instead of SPCCI combustion. The high rotation region (4) extends over the entire load direction from a low load to a high load.

図6の符号605は、エンジン1が高回転領域(4)において、運転状態605にて運転しているときの燃料噴射時期(符号6051)及び点火時期(符号6052)、並びに、燃焼波形(符号6053)それぞれの一例を示している。   Reference numeral 605 in FIG. 6 denotes a fuel injection timing (reference numeral 6051) and an ignition timing (reference numeral 6052) when the engine 1 is operating in the operating state 605 in the high speed region (4), and a combustion waveform (reference numeral 6053) An example of each is shown.

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

エンジン1は、高回転領域(4)において運転するときには、スワールコントロール弁(SCV)56を全開にする。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、高回転領域(4)において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。   When the engine 1 is operated in the high speed region (4), the swirl control valve (SCV) 56 is fully opened. A swirl flow is not generated in the combustion chamber 17 and only a tumble flow is generated. By fully opening the swirl control valve 56, the charging efficiency can be increased in the high rotation region (4), and the pump loss can be reduced.

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

エンジン1が高回転領域(4)において運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する。尚、運転状態6051は、エンジン1の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射量に応じて、燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン1の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。   When the engine 1 operates in the high speed region (4), the injector 6 starts fuel injection during the intake stroke. The injector 6 injects fuel in a lump. In the operation state 6051, the load of the engine 1 is high, so the fuel injection amount is large. The fuel injection period changes according to the fuel injection amount. By starting fuel injection during the intake stroke, a homogeneous or substantially homogeneous mixture can be formed in the combustion chamber 17. Further, when the engine 1 has a high rotation speed, the fuel vaporization time can be ensured as long as possible, so that unburned loss can be reduced and soot generation can be suppressed.

点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6052)。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at an appropriate timing before the compression top dead center after the fuel injection is completed (reference numeral 6052).

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

(各運転領域におけるエンジン制御の比較)
先ず、低負荷領域(1)−1と、高負荷中回転領域(2)とを比較すると、図5のマップ501に示すように、低負荷領域(1)−1においては、混合気の空気過剰率λが1を超える値に設定されるのに対し、高負荷中回転領域(2)においては、混合気の空気過剰率λが1以下に設定される。低負荷領域(1)−1においては、燃費の向上を図ることができる。一方、高負荷中回転領域(2)においては、伸びのあるトルク感を得ることができる。
(Comparison of engine control in each operation area)
First, when comparing the low load region (1) -1 with the high load mid-rotation region (2), as shown in the map 501 in FIG. While the excess ratio λ is set to a value exceeding 1, the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is set to 1 or less in the high load mid-rotation region (2). In the low load region (1) -1, fuel efficiency can be improved. On the other hand, in the high load mid-rotation region (2), a sense of torque with elongation can be obtained.

また、低負荷領域(1)−1においては、燃焼室17の中央部の混合気の燃料濃度を、外周部の混合気の燃料濃度よりも濃くしている。これに対し、高負荷中回転領域(2)においては、燃焼室17の外周部の混合気の燃料濃度を、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くしている。低負荷領域(1)−1においては、点火される混合気の燃料濃度が濃いため、SI燃焼の着火性の向上及びSI燃焼の安定化を図ることができる。高負荷中回転領域(2)においては、外周部の温度が下がってCI燃焼が早期に開始されることが回避されるため、SI燃焼を十分に行った後で、CI燃焼を開始することができる。燃焼騒音の抑制に有利であると共に、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。   Further, in the low load region (1) -1, the fuel concentration of the air-fuel mixture at the center portion of the combustion chamber 17 is made higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion. In contrast, in the high load mid-rotation region (2), the fuel concentration of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 is made higher than the fuel concentration of the air-fuel mixture at the central portion. In the low load region (1) -1, since the fuel concentration of the air-fuel mixture to be ignited is high, it is possible to improve the ignitability of SI combustion and stabilize SI combustion. In the high load mid-rotation region (2), it is avoided that the CI combustion is started early because the temperature of the outer peripheral portion is lowered, so that the CI combustion can be started after the SI combustion is sufficiently performed. it can. This is advantageous for suppressing combustion noise and can suppress variation in torque between cycles.

尚、低負荷領域(1)−1と、高負荷中回転領域(2)とのそれぞれにおいて、スワールコントロール弁56を閉じる点は同じである。   In addition, the point which closes the swirl control valve 56 in each of the low load area | region (1) -1 and the high load middle rotation area | region (2) is the same.

次に、高負荷低回転領域(3)と、高負荷中回転領域(2)とを比較すると、図6に示すように、高負荷中回転領域(2)においては、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行うのに対し、高負荷低回転領域(3)においては、高負荷中回転領域(2)の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射する。高負荷中回転領域(2)においては、燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化することができる。高負荷低回転領域(3)においては、過早着火を回避することができる。   Next, when comparing the high load low rotation region (3) and the high load medium rotation region (2), as shown in FIG. In contrast, in the high-load low-rotation region (3), the combustion is performed in the period from the late stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke, which is retarded from the injection start timing of the high-load medium rotation region (2). Inject fuel into the room. In the high load mid-rotation region (2), the air-fuel mixture can be stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17. In the high load low rotation region (3), pre-ignition can be avoided.

また、図5のマップ501に示すように、高負荷低回転領域(3)においては、混合気の空気過剰率λが略1に設定されるのに対し、高負荷中回転領域(2)においては、混合気の空気過剰率λが1以下に設定される。高負荷低回転領域(3)において、トルクの向上と共に、燃費の向上が図られる一方、相対的に回転数が高い高負荷中回転領域(2)においては、伸びのあるトルク感を得ることができる。   Further, as shown in a map 501 in FIG. 5, in the high load low rotation region (3), the excess air ratio λ of the air-fuel mixture is set to approximately 1, whereas in the high load medium rotation region (2). The air excess ratio λ of the air-fuel mixture is set to 1 or less. In the high-load low-rotation region (3), while improving the torque and improving the fuel efficiency, in the high-load mid-rotation region (2) where the rotational speed is relatively high, it is possible to obtain an extended torque feeling. it can.

また、高負荷低回転領域(3)においては、スワールコントロール弁56の開度を半開にする。これに対し、高負荷中回転領域(2)においては、スワールコントロール弁56を閉じる。高負荷低回転領域(3)においては、スワール流を弱くすることによって、燃料噴霧を点火プラグ25の付近に速やかに輸送することができ、過早着火を回避しながら、SI燃焼の着火性及びSI燃焼の安定性を向上させることができる。これに対し、高負荷中回転領域(2)においては、スワール流を強くすることによって、SPCCI燃焼においてSI燃焼を十分に行うことができると共に、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。   Further, in the high load low rotation region (3), the opening degree of the swirl control valve 56 is made half open. On the other hand, the swirl control valve 56 is closed in the high load mid-rotation region (2). In the high-load low-rotation region (3), by reducing the swirl flow, the fuel spray can be quickly transported to the vicinity of the spark plug 25, while avoiding premature ignition and ignitability of SI combustion. The stability of SI combustion can be improved. On the other hand, in the high load mid-rotation region (2), by strengthening the swirl flow, SI combustion can be sufficiently performed in SPCCI combustion, and it is advantageous for suppressing combustion noise and improving fuel consumption.

次に、高回転領域(4)と、高負荷中回転領域(2)とを比較すると、図6に示すように、高負荷中回転領域(2)においては、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行うのに対し、高回転領域(4)においては、高負荷中回転領域(2)の噴射開始時期よりも進角した時期に燃料噴射を開始する。高負荷中回転領域(2)においては、燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化することができる。高回転領域(4)においては、均質又は略均質な混合気を形成することができ、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることができる。   Next, comparing the high rotation region (4) with the high load medium rotation region (2), as shown in FIG. 6, in the high load medium rotation region (2), a plurality of times during the compression stroke period. In contrast to fuel injection, in the high rotation region (4), fuel injection is started at a timing advanced from the injection start timing of the high load medium rotation region (2). In the high load mid-rotation region (2), the air-fuel mixture can be stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17. In the high rotation region (4), a homogeneous or substantially homogeneous mixture can be formed, and unburned loss can be reduced and soot generation can be suppressed.

また、図5のマップ502に示すように、高回転領域(4)においては、スワールコントロール弁56を全開にするのに対し、高負荷中回転領域(2)においては、スワールコントロール弁56を閉じる。高回転領域(4)においては、スワールコントロール弁56を閉じないことによって、ポンプ損失を低減することができる。これに対し、高負荷中回転領域(2)においては、スワール流を強くすることによって、SPCCI燃焼においてSI燃焼を十分に行うことができ、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。   Further, as shown in the map 502 of FIG. 5, the swirl control valve 56 is fully opened in the high rotation region (4), whereas the swirl control valve 56 is closed in the high load medium rotation region (2). . In the high speed region (4), pump loss can be reduced by not closing the swirl control valve 56. On the other hand, in the high load mid-rotation region (2), by increasing the swirl flow, SI combustion can be sufficiently performed in SPCCI combustion, which is advantageous for suppressing combustion noise and improving fuel consumption.

次に、中負荷領域(1)−2と、高負荷低回転領域(3)とを比較すると、図5のマップ502に示すように、中負荷領域(1)−2においては、スワールコントロール弁56を閉じるのに対し、高負荷低回転領域(3)においては、スワールコントロール弁56を半開にする。中負荷領域(1)−2においては、スワールコントロール弁56を閉じることによって、SPCCI燃焼においてSI燃焼を十分に行うことができ、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。これに対し高負荷低回転領域(3)においては、スワール流を弱くすることによって、前述したように、SI燃焼の着火性及びSI燃焼の安定性を向上させることができる。   Next, comparing the medium load region (1) -2 and the high load low rotation region (3), as shown in the map 502 of FIG. 5, in the medium load region (1) -2, the swirl control valve In contrast, the swirl control valve 56 is half-opened in the high-load low-rotation region (3). In the middle load region (1) -2, by closing the swirl control valve 56, SI combustion can be sufficiently performed in SPCCI combustion, which is advantageous for suppressing combustion noise and improving fuel consumption. On the other hand, in the high-load low-rotation region (3), the ignitability of SI combustion and the stability of SI combustion can be improved as described above by weakening the swirl flow.

また、図6に示すように、中負荷領域(1)−2においては、圧縮行程の前半に前段噴射を行うと共に、圧縮行程の後半に後段噴射を行うのに対し、高負荷低回転領域(3)においては、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射する。中負荷領域(1)−2においては、燃焼室17の全体に、均質又は略均質な混合気を形成することができる。高負荷低回転領域(3)においては、過早着火を回避することができる。   Further, as shown in FIG. 6, in the middle load region (1) -2, the first stage injection is performed in the first half of the compression stroke and the second stage injection is performed in the second half of the compression stroke, whereas the high load low rotation region ( In 3), fuel is injected into the combustion chamber in the period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. In the medium load region (1) -2, a homogeneous or substantially homogeneous mixture can be formed in the entire combustion chamber 17. In the high load low rotation region (3), pre-ignition can be avoided.

(エンジンの制御プロセス)
次に、図14のフローチャートを参照しながら、ECU10が実行するエンジン1の運転制御について説明をする。先ず、スタート後のステップS1において、ECU10は、各センサSW1〜SW16の信号を読み込む。ECU10は、続くステップS2において、エンジン1の運転領域を判断する。
(Engine control process)
Next, the operation control of the engine 1 executed by the ECU 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S1 after the start, the ECU 10 reads signals from the sensors SW1 to SW16. The ECU 10 determines the operating region of the engine 1 in the subsequent step S2.

ECU10は、ステップS3において、エンジン1が「SPCCIリーン領域」(つまり、低負荷領域(1)−1)で運転するか否かを判断する。ステップS3の判定がYESのときには、プロセスはステップS8に進み、NOのときには、プロセスはステップS4に進む。   In step S3, the ECU 10 determines whether or not the engine 1 is operated in the “SPCCI lean region” (that is, the low load region (1) -1). When the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S8, and when the determination is NO, the process proceeds to step S4.

ECU10は、ステップS4において、エンジン1が「SPCCIλ=1領域」(つまり、中負荷領域(1)−2)で運転するか否かを判断する。ステップS4の判定がYESのときには、プロセスはステップS9に進み、NOのときには、プロセスはステップS5に進む。   In step S4, the ECU 10 determines whether or not the engine 1 operates in the “SPCCIλ = 1 region” (that is, the medium load region (1) -2). When the determination in step S4 is YES, the process proceeds to step S9, and when the determination is NO, the process proceeds to step S5.

ECU10は、ステップS5において、エンジン1が「SPCCIλ≦1領域」(つまり、高負荷中回転領域(2)で運転するか否かを判断する。ステップS5の判定がYESのときには、プロセスはステップS10に進み、NOのときには、プロセスはステップS6に進む。   In step S5, the ECU 10 determines whether or not the engine 1 operates in the “SPCCIλ ≦ 1 region” (that is, the high load mid-rotation region (2). If the determination in step S5 is YES, the process proceeds to step S10. If NO, the process proceeds to step S6.

ECU10は、ステップS6において、エンジン1が「リタードSI領域」(つまり、高負荷低回転領域(3)で運転するか否かを判断する。ステップS6の判定がYESのときには、プロセスはステップS11に進み、NOのときには、プロセスはステップS7に進む。   In step S6, the ECU 10 determines whether or not the engine 1 operates in the “retarded SI region” (that is, the high load low rotation region (3). If the determination in step S6 is YES, the process proceeds to step S11. Proceed, if no, the process proceeds to step S7.

ECU10は、ステップS7において、エンジン1の運転領域が「吸気SI領域」(つまり、高回転領域(4)であるか否かを判断する。ステップS7の判定がYESのときには、プロセスはステップS12に進み、NOのときには、プロセスはステップS1に戻る。   In step S7, the ECU 10 determines whether or not the operation region of the engine 1 is the “intake SI region” (that is, the high rotation region (4). If the determination in step S7 is YES, the process proceeds to step S12. Proceed, if NO, the process returns to step S1.

ステップS8において、ECU10は、スワールコントロール弁(SCV)56に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ECU10は、図6の符号601に示すように、吸気行程に前段噴射を行い、圧縮行程に後段噴射を行うよう、インジェクタ6に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室17の中に、成層化した混合気を形成することができる。その後のステップS13において、ECU10は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ25に制御信号を出力する。これにより、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。   In step S8, the ECU 10 outputs a control signal to the swirl control valve (SCV) 56 so as to close the valve. Further, as indicated by reference numeral 601 in FIG. 6, the ECU 10 outputs a control signal to the injector 6 so that the pre-stage injection is performed during the intake stroke and the post-stage injection is performed during the compression stroke. A stratified mixture can be formed in the combustion chamber 17 where a strong swirl flow is generated. In subsequent step S13, the ECU 10 outputs a control signal to the spark plug 25 so as to perform ignition at a predetermined timing before the compression top dead center. Thereby, the engine 1 performs SPCCI combustion.

ステップS9において、ECU10は、スワールコントロール弁56に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ECU10は、図6の符号602に示すように、圧縮行程において、前段噴射と後段噴射とを行うよう、インジェクタ6に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室17の中にλ=1の混合気を形成することができる。ECU10は、その後のステップS13において、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ25に制御信号を出力する。これにより、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。   In step S9, the ECU 10 outputs a control signal to the swirl control valve 56 so as to close the valve. Further, as indicated by reference numeral 602 in FIG. 6, the ECU 10 outputs a control signal to the injector 6 so as to perform the front injection and the rear injection in the compression stroke. A mixture of λ = 1 can be formed in the combustion chamber 17 where a strong swirl flow is generated. In the subsequent step S13, the ECU 10 outputs a control signal to the spark plug 25 so as to perform ignition at a predetermined timing before the compression top dead center. Thereby, the engine 1 performs SPCCI combustion.

ステップS10において、ECU10は、スワールコントロール弁56に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ECU10は、圧縮行程において燃料を分割噴射するよう(図6の符号6031、6032参照)、インジェクタ6に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室17の中に、成層化した混合気を形成することができる。ECU10は、その後のステップS13において、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ25に制御信号を出力する。これにより、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。   In step S10, the ECU 10 outputs a control signal to the swirl control valve 56 so as to close the valve. Further, the ECU 10 outputs a control signal to the injector 6 so that fuel is dividedly injected in the compression stroke (see reference numerals 6031 and 6032 in FIG. 6). A stratified mixture can be formed in the combustion chamber 17 where a strong swirl flow is generated. In the subsequent step S13, the ECU 10 outputs a control signal to the spark plug 25 so as to perform ignition at a predetermined timing before the compression top dead center. Thereby, the engine 1 performs SPCCI combustion.

ステップS11において、ECU10は、スワールコントロール弁56に、弁が半開になるよう制御信号を出力する。また、ステップS13において、ECU10は、図6の符号604に示すように、圧縮行程終期から膨張行程初期において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。ECU10は、燃料の噴射終了後でかつ圧縮上死点後の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ25に制御信号を出力する。これにより、エンジン1は、SI燃焼を行う。   In step S11, the ECU 10 outputs a control signal to the swirl control valve 56 so that the valve is half open. In step S13, the ECU 10 outputs a control signal to the injector 6 so that fuel injection is performed from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke, as indicated by reference numeral 604 in FIG. The ECU 10 outputs a control signal to the spark plug 25 so that ignition is performed at a predetermined timing after completion of fuel injection and after compression top dead center. Thereby, the engine 1 performs SI combustion.

ステップS12において、ECU10は、スワールコントロール弁56に、弁を開けるよう制御信号を出力する。また、ECU10は、吸気行程において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。燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気を形成することができる。その後のステップS13において、ECU10は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ25に制御信号を出力する。これにより、エンジン1は、SI燃焼を行う。   In step S12, the ECU 10 outputs a control signal to the swirl control valve 56 to open the valve. Further, the ECU 10 outputs a control signal to the injector 6 so as to perform fuel injection in the intake stroke. A homogeneous or substantially homogeneous mixture can be formed in the combustion chamber 17. In subsequent step S13, the ECU 10 outputs a control signal to the spark plug 25 so as to perform ignition at a predetermined timing before the compression top dead center. Thereby, the engine 1 performs SI combustion.

(各領域における燃焼噴射時期及び点火時期の変形例)
図15は、図5の運転領域マップ501、502の各領域における燃焼噴射時期及び点火時期の変形例を示している。図15の符号601、602、603、604、605、及び606はそれぞれ、図5の運転状態601、602、602、603、604、605、及び606に対応する。運転状態606は、高負荷中回転領域(2)において、回転数の高い運転状態に相当する。
(Modification of combustion injection timing and ignition timing in each region)
FIG. 15 shows a modification of the combustion injection timing and the ignition timing in each region of the operation region maps 501 and 502 of FIG. Reference numerals 601, 602, 603, 604, 605, and 606 in FIG. 15 correspond to the operating states 601, 602, 602, 603, 604, 605, and 606 in FIG. 5, respectively. The operating state 606 corresponds to an operating state with a high rotational speed in the high load mid-rotation region (2).

エンジン1が低負荷領域(1)−1において、運転状態601にて運転するときに、インジェクタ6は、圧縮行程中において燃料を、複数回に分けて、燃焼室17の中に噴射する(符号6015、6016参照)。燃料の分割噴射と、燃焼室17の中の強いスワール流と、によって、前記と同様に、燃焼室17の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。   When the engine 1 is operated in the operation state 601 in the low load region (1) -1, the injector 6 injects fuel into the combustion chamber 17 in a plurality of times during the compression stroke (reference numeral 6015, 6016). Due to the split injection of fuel and the strong swirl flow in the combustion chamber 17, the air-fuel mixture is stratified in the central portion and the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 as described above.

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6013参照)。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるSI燃焼が安定化する。SI燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、CI燃焼が開始する(燃焼波形6014参照)。SPCCI燃焼において、CI燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン1が低負荷領域(1)−1において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。   After completion of fuel injection, the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber 17 at a predetermined timing before compression top dead center (see reference numeral 6013). Since the air-fuel mixture in the central portion has a relatively high fuel concentration, the ignitability is improved and SI combustion by flame propagation is stabilized. When the SI combustion is stabilized, the CI combustion starts at an appropriate timing (see the combustion waveform 6014). In SPCCI combustion, controllability of CI combustion is improved. As a result, when the engine 1 is operated in the low load region (1) -1, both the suppression of the generation of combustion noise and the improvement of the fuel consumption performance due to the shortening of the combustion period are compatible.

エンジン1が中負荷領域(1)−2において、運転状態602にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中の燃料噴射(符号6025)と、圧縮行程中の燃料噴射(符号6026)とを行う。吸気行程中に第1噴射6025を行うことによって、燃焼室17の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に第2噴射6026を行うことによって、中負荷領域(1)−2内において負荷が高いときに、燃焼室17内の温度を燃料の気化潜熱により低下させてノッキング等の異常燃焼を防止する。第1噴射6025の噴射量と第2噴射6026の噴射量との割合は一例として、95:5としてもよい。中負荷領域(1)−2における負荷の低い運転状態では、第2噴射6026を省略してもよい。   When the engine 1 is operated in the operation state 602 in the medium load region (1) -2, the injector 6 performs fuel injection during the intake stroke (reference numeral 6025) and fuel injection during the compression stroke (reference numeral 6026). I do. By performing the first injection 6025 during the intake stroke, the fuel can be distributed substantially uniformly in the combustion chamber 17. By performing the second injection 6026 during the compression stroke, when the load is high in the middle load region (1) -2, the temperature in the combustion chamber 17 is lowered by the latent heat of vaporization of the fuel to cause abnormal combustion such as knocking. To prevent. For example, the ratio of the injection amount of the first injection 6025 and the injection amount of the second injection 6026 may be 95: 5. The second injection 6026 may be omitted in the low load operating state in the middle load region (1) -2.

インジェクタ6が、吸気行程中の第1噴射6025と圧縮行程中の第2噴射6026とを行うことによって、前記と同様に、燃焼室17の中には、全体として、空気過剰率λが1.0±0.2になった混合気が形成される。混合気の燃料濃度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。空気過剰率λは、好ましくは、1.0〜1.2である。   As a result of the injector 6 performing the first injection 6025 during the intake stroke and the second injection 6026 during the compression stroke, the excess air ratio λ as a whole in the combustion chamber 17 is 1. An air-fuel mixture that is 0 ± 0.2 is formed. Since the fuel concentration of the air-fuel mixture is substantially uniform, it is possible to improve fuel efficiency by reducing unburned loss and improve exhaust gas performance by avoiding the generation of smoke. The excess air ratio λ is preferably 1.0 to 1.2.

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(符号6023)、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、CI燃焼する(燃焼波形6024参照)。   When the spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center (reference numeral 6023), the air-fuel mixture burns by flame propagation. After the start of combustion by flame propagation, the unburned mixture self-ignites at the target timing and performs CI combustion (see combustion waveform 6024).

エンジン1が高負荷中回転領域(2)における低回転側の運転状態603にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料を噴射する(符号6035)と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する(符号6036)。   When the engine 1 is operated in the low-rotation-side operation state 603 in the high load mid-rotation region (2), the injector 6 injects fuel in the intake stroke (reference numeral 6035), and injects fuel at the end of the compression stroke. Injection is performed (reference numeral 6036).

吸気行程に開始する前段噴射6035は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、上死点前280°CAで燃料噴射を開始してもよい。   The pre-injection 6035 that starts in the intake stroke may start fuel injection in the first half of the intake stroke. The first half of the intake stroke may be the first half when the intake stroke is divided into two equal parts. Specifically, the pre-injection may start fuel injection at 280 ° CA before top dead center.

前段噴射6035の噴射開始を、吸気行程の前半にすると、図16に示すように、燃料噴霧がキャビティ31の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室17のスキッシュエリア171に入り、残りの燃料は、キャビティ31の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室17の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア171に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ31の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室17の外周部においてCI燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室17の中央部においてSI燃焼用の混合気を形成する。   When the injection start of the front injection 6035 is in the first half of the intake stroke, as shown in FIG. 16, a part of the fuel enters the squish area 171 of the combustion chamber 17 by the fuel spray hitting the opening edge of the cavity 31. The remaining fuel enters the area within the cavity 31. The swirl flow is strong at the outer periphery of the combustion chamber 17 and weak at the center. Therefore, a part of the fuel that has entered the squish area 171 enters the swirl flow, and the remaining fuel that has entered the region within the cavity 31 enters the inside of the swirl flow. The fuel that has entered the swirl flow remains in the swirl flow during the intake stroke to the compression stroke, and forms an air-fuel mixture for CI combustion at the outer peripheral portion of the combustion chamber 17. The fuel that has entered the swirl flow also remains inside the swirl flow during the intake stroke to the compression stroke, and forms an air-fuel mixture for SI combustion in the central portion of the combustion chamber 17.

前記と同様に、点火プラグ25が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが1以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが1以下、好ましくは1未満である。中央部の混合気の空燃比(A/F)は、例えば13以上、理論空燃比(14.7)以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば11以上、理論空燃比以下、好ましくは11以上、12以下としてもよい。燃焼室17の全体の混合気の空燃比は、12.5以上、理論空燃比以下、好ましくは12.5以上、13以下としてもよい。   Similarly to the above, the air-fuel ratio in the central part where the spark plug 25 is disposed preferably has an excess air ratio λ of 1 or less, and the air-fuel mixture in the outer peripheral part has an air excess ratio λ of 1 or less, preferably 1 Is less than. The air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the center may be, for example, 13 or more and the theoretical air-fuel ratio (14.7) or less. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the center may be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the outer peripheral portion may be, for example, 11 or more and the stoichiometric air-fuel ratio or less, preferably 11 or more and 12 or less. The air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber 17 may be 12.5 or more and the stoichiometric air-fuel ratio or less, preferably 12.5 or more and 13 or less.

圧縮行程の終期に行う後段噴射6036は、例えば上死点前10°CAで燃料噴射を開始してもよい。上死点の直前で後段噴射を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度を低下させることができる。前段噴射6035によって噴射された燃料は、圧縮行程の間に低温酸化反応が進み、上死点前において高温酸化反応に移行するようになるが、上死点の直前で後段噴射6036を行い、燃焼室内の温度を低下させることにより、低温酸化反応から高温酸化反応へ移行することを抑制することができ、過早着火が発生してしまうことを抑制することができる。尚、前段噴射6035の噴射量と後段噴射6036の噴射量との割合は、一例として、95:5としてもよい。   The post-injection 6036 performed at the end of the compression stroke may start the fuel injection at 10 ° CA before top dead center, for example. By performing the post-stage injection immediately before the top dead center, the temperature in the combustion chamber can be lowered by the latent heat of vaporization of the fuel. The fuel injected by the pre-injection 6035 undergoes a low-temperature oxidation reaction during the compression stroke and shifts to a high-temperature oxidation reaction before the top dead center. However, the post-injection 6036 is performed immediately before the top dead center and burned. By lowering the indoor temperature, it is possible to suppress the transition from the low temperature oxidation reaction to the high temperature oxidation reaction, and it is possible to suppress the occurrence of premature ignition. In addition, the ratio of the injection quantity of the front | former stage injection 6035 and the injection quantity of the back | latter stage injection 6036 is good also as 95: 5 as an example.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6037)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ25は燃焼室17の中央部に配置されているため、点火プラグ25の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始する。図11に示すように、SI燃焼の火炎は、燃焼室17内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室17の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、CI燃焼が開始する(燃焼波形6034参照)。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture in the center of the combustion chamber 17 in the vicinity of the compression top dead center (reference numeral 6037). The spark plug 25 performs ignition after the compression top dead center, for example. Since the spark plug 25 is disposed at the center of the combustion chamber 17, the air-fuel mixture at the center starts SI combustion by flame propagation by the ignition of the spark plug 25. As shown in FIG. 11, the SI combustion flame rides on the strong swirl flow in the combustion chamber 17 and propagates in the circumferential direction. At a predetermined circumferential position in the outer peripheral portion of the combustion chamber 17, the unburned mixture undergoes compression ignition, and CI combustion starts (see combustion waveform 6034).

エンジン1が高負荷中回転領域(2)における高回転側の運転状態606にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程において燃料噴射を開始する(符号6061)。   When the engine 1 operates in the high-rotation-side operation state 606 in the high load mid-rotation region (2), the injector 6 starts fuel injection in the intake stroke (reference numeral 6061).

吸気行程に開始する前段噴射6061は、運転状態603の前段噴射6035と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に前段噴射6061は、上死点前280°CAで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。前段噴射6061の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室17の外周部においてCI燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室17の中央部においてSI燃焼用の混合気を形成することができる。回転数が高く異常燃焼が発生し難いため、後段噴射を省略することができる。   The front injection 6061 that starts in the intake stroke may start fuel injection in the first half of the intake stroke in the same manner as the front injection 6035 in the operating state 603. Specifically, the front injection 6061 may start fuel injection at 280 ° CA before top dead center. The end of the front injection may exceed the intake stroke and be in the compression stroke. By starting the injection of the front injection 6061 in the first half of the intake stroke, an air-fuel mixture for CI combustion is formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 17 and an air-fuel mixture for SI combustion is formed in the central portion of the combustion chamber 17. can do. Since the rotational speed is high and abnormal combustion is unlikely to occur, the latter-stage injection can be omitted.

点火プラグ25は、圧縮上死点付近において、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする(符号6062)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、SPCCI燃焼が行われる(燃焼波形6063参照)。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber 17 in the vicinity of the compression top dead center (reference numeral 6062). The spark plug 25 performs ignition after the compression top dead center, for example. Thereby, SPCCI combustion is performed (see combustion waveform 6063).

エンジン1が高負荷低回転領域(3)における運転状態604にて運転するときに、インジェクタ6は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間とのそれぞれのタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射する(符号6044、6045)。二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより(符号6044)、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより(符号6045)、点火直前に、燃焼室17の中の流動を高めることができ、SI燃焼の安定化に有利になる。この燃料噴射の形態は、エンジン1の幾何学的圧縮比が低いときに特に有効である。   When the engine 1 is operated in the operation state 604 in the high-load low-rotation region (3), the injector 6 burns at each timing during the intake stroke and the retard period from the end of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke. Fuel is injected into the chamber 17 (reference numerals 6044 and 6045). By injecting fuel in two steps, the amount of fuel injected within the retard period can be reduced. By injecting fuel during the intake stroke (reference numeral 6044), it is possible to secure a sufficient time for forming the air-fuel mixture. Further, by injecting fuel during the retard period (reference numeral 6045), the flow in the combustion chamber 17 can be increased immediately before ignition, which is advantageous for stabilizing SI combustion. This form of fuel injection is particularly effective when the geometric compression ratio of the engine 1 is low.

点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う(符号6042)。点火プラグ25は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてSI燃焼をする。SI燃焼が膨張行程において開始するため、CI燃焼は開始しない(燃焼波形6043参照)。   The spark plug 25 ignites the air-fuel mixture at a timing near the compression top dead center after fuel injection (reference numeral 6042). The spark plug 25 may ignite after compression top dead center, for example. The air-fuel mixture undergoes SI combustion in the expansion stroke. Since SI combustion starts in the expansion stroke, CI combustion does not start (see combustion waveform 6043).

エンジン1が高回転領域(4)における運転状態605にて運転するときの燃料噴射時期(符号6051)、点火時期(符号6052)は、図6と同じである。エンジン1が高回転領域(4)において運転するときには、SI燃焼が行われる(符号6053参照)。   The fuel injection timing (reference numeral 6051) and the ignition timing (reference numeral 6052) when the engine 1 is operated in the operating state 605 in the high speed region (4) are the same as those in FIG. When the engine 1 operates in the high speed region (4), SI combustion is performed (see reference numeral 6053).

尚、図6に示す燃料噴射時期、及び、点火時期と、図17に示す燃料噴射時期、及び、点火時期と、は、同じ領域の間において互いに入れ替えることが可能である。例えば、高負荷中回転領域(2)においては、図17に示す燃料噴射時期及び点火時期を採用する一方、高負荷低回転領域(3)においては、図6に示す燃料噴射時期及び点火時期を採用してもよい。   Note that the fuel injection timing and ignition timing shown in FIG. 6 and the fuel injection timing and ignition timing shown in FIG. 17 can be interchanged in the same region. For example, the fuel injection timing and ignition timing shown in FIG. 17 are adopted in the high load mid-rotation region (2), while the fuel injection timing and ignition timing shown in FIG. 6 are adopted in the high load low rotation region (3). It may be adopted.

また、図17に示す燃料噴射時期を採用する場合は、図14のフローにおけるステップS8〜S12をそれぞれ、適宜、変更すればよい。   In addition, when the fuel injection timing shown in FIG. 17 is adopted, steps S8 to S12 in the flow of FIG. 14 may be appropriately changed.

(他の実施形態)
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。
(Other embodiments)
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.

また、エンジン1は、機械式過給機44に代えて、ターボ過給機を備えるようにしてもよい。   Further, the engine 1 may include a turbocharger instead of the mechanical supercharger 44.

1 エンジン
10 ECU(制御部)
17 燃焼室
171 スキッシュエリア
25 点火プラグ(点火部)
3 ピストン
31 キャビティ
401 プライマリ通路(第1吸気通路)
402 セカンダリ通路(第2吸気通路)
56 スワールコントロール弁(スワール発生部)
6 インジェクタ(燃料噴射部)
1 Engine 10 ECU (control unit)
17 Combustion chamber 171 Squish area 25 Spark plug (ignition part)
3 Piston 31 Cavity 401 Primary passage (first intake passage)
402 Secondary passage (second intake passage)
56 Swirl control valve (swirl generator)
6 Injector (fuel injection part)

Claims (7)

燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記燃料噴射部から噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をし、
前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をし、
前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、圧縮行程の期間において前記燃焼室内に複数回の燃料噴射を行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力し、
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火時期の調整により前記SI燃焼の発熱量を調整することによって、前記圧縮着火のタイミングを制御する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
An engine having a combustion chamber;
An igniter disposed in the center of the combustion chamber;
A fuel injection section disposed facing the combustion chamber;
A controller that connects the ignition unit and the fuel injection unit and outputs a control signal to each of the ignition unit and the fuel injection unit; and
Wherein, when operating in the first speed region in the high load region where the engine is set in advance, the fuel concentration of the mixture of the outer peripheral portion which is around the center portion of the front Symbol combustion chamber, the central and darker than the fuel concentration of the mixture parts, together with the fuel amount of the mixture of the outer peripheral portion, and outputs a control signal to the fuel injection unit so as to be larger than the amount of fuel-air mixture of the central portion, the By outputting a control signal to the ignition unit so as to ignite the air-fuel mixture in the central part after completing the injection of all the fuel to be injected from the fuel injection unit during one combustion cycle of the engine, When operating in the first rotation region in the high load region , after the air-fuel mixture starts SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit, the unburned air-fuel mixture performs CI combustion by compression ignition,
When the engine operates in a second rotation region having a lower rotational speed than the first rotation region in the high load region, the air-fuel mixture performs SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit,
The control unit outputs a control signal to the fuel injection unit so as to inject fuel into the combustion chamber a plurality of times during a compression stroke when the engine operates in the first rotation region in the high load region. And
The control unit also adjusts the compression ignition timing by adjusting the heat generation amount of the SI combustion by adjusting the ignition timing of the ignition unit when the engine operates in the first rotation region in the high load region. A control device for a premixed compression ignition engine that controls the engine.
請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記中央部にSI燃焼用の混合気を形成する第1噴射を圧縮行程の前半に行うと共に、前記外周部にCI燃焼用の混合気を形成する第2噴射を圧縮行程の後半に行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
The control device for a premixed compression ignition engine according to claim 1,
When the engine operates in the first rotation region in the high load region , the control unit performs a first injection that forms an air-fuel mixture for SI combustion in the central portion in the first half of the compression stroke, and A control device for a premixed compression ignition type engine that outputs a control signal to the fuel injection unit so that a second injection that forms a mixture for CI combustion is performed in the latter half of the compression stroke.
燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第1回転領域において運転するときに、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記エンジンの1燃焼サイクル中に前記燃料噴射部から噴射すべき全燃料を噴射し終えた後に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるCI燃焼をし、
前記エンジンは、前記高負荷領域における前記第1回転領域よりも回転数が低い第2回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるSI燃焼をし、
前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、吸気行程の期間において前記燃焼室内への燃料噴射を開始するよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力し、
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記点火部の点火時期の調整により前記SI燃焼の発熱量を調整することによって、前記圧縮着火のタイミングを制御する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
An engine having a combustion chamber;
An igniter disposed in the center of the combustion chamber;
A fuel injection section disposed facing the combustion chamber;
A controller that connects the ignition unit and the fuel injection unit and outputs a control signal to each of the ignition unit and the fuel injection unit; and
Wherein, when operating in the first speed region in the high load region where the engine is set in advance, the fuel concentration of the mixture of the outer peripheral portion which is around the center portion of the front Symbol combustion chamber, the central and darker than the fuel concentration of the mixture parts, together with the fuel amount of the mixture of the outer peripheral portion, and outputs a control signal to the fuel injection unit so as to be larger than the amount of fuel-air mixture of the central portion, the By outputting a control signal to the ignition unit so as to ignite the air-fuel mixture in the central part after completing the injection of all the fuel to be injected from the fuel injection unit during one combustion cycle of the engine, When operating in the first rotation region in the high load region , after the air-fuel mixture starts SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit, the unburned air-fuel mixture performs CI combustion by compression ignition,
When the engine operates in a second rotation region having a lower rotational speed than the first rotation region in the high load region, the air-fuel mixture performs SI combustion by flame propagation by ignition of the ignition unit,
When the engine operates in the first rotation region in the high load region, the control unit outputs a control signal to the fuel injection unit so as to start fuel injection into the combustion chamber during an intake stroke period. ,
The control unit also adjusts the compression ignition timing by adjusting the heat generation amount of the SI combustion by adjusting the ignition timing of the ignition unit when the engine operates in the first rotation region in the high load region. A control device for a premixed compression ignition engine that controls the engine.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、
前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときは、前記高負荷領域における前記第2回転領域において運転するときよりも強いスワール流が発生するよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device of the premixed compression ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
A swirl generator for generating a swirl flow in the combustion chamber;
When the engine operates in the first rotation region in the high load region , the control unit is configured to generate a stronger swirl flow than when operating in the second rotation region in the high load region. A control device for a premixed compression ignition engine that outputs a control signal to a generator.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第1回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下にすると共に、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第2回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて1以下でかつ、前記高負荷領域の前記第1回転領域における空気過剰率λ以上にする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device of the premixed compression ignition engine according to any one of claims 1 to 4,
When the engine operates in the first rotation region in the high load region , the control unit reduces the fuel concentration of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber to 1 or less in the excess air ratio λ, and the engine When operating in the second rotation region in the high load region, the fuel concentration of the mixture in the entire combustion chamber is 1 or less in the excess air ratio λ, and the air in the first rotation region in the high load region A control device for a premixed compression ignition engine with an excess ratio λ or more.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が13以上20以下である予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device of the premixed compression ignition type engine according to any one of claims 1 to 5,
The engine is a control device for a premixed compression ignition type engine having a geometric compression ratio of 13 or more and 20 or less.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンの前記高負荷領域は、燃焼圧力が900kPa以上となる領域である予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
In the control device for the premixed compression ignition engine according to any one of claims 1 to 6,
The control device for a premixed compression ignition type engine, wherein the high load region of the engine is a region where the combustion pressure is 900 kPa or more.
JP2017160700A 2017-08-24 2017-08-24 Control device for premixed compression ignition engine Active JP6614216B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017160700A JP6614216B2 (en) 2017-08-24 2017-08-24 Control device for premixed compression ignition engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017160700A JP6614216B2 (en) 2017-08-24 2017-08-24 Control device for premixed compression ignition engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019039326A JP2019039326A (en) 2019-03-14
JP6614216B2 true JP6614216B2 (en) 2019-12-04

Family

ID=65725824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017160700A Active JP6614216B2 (en) 2017-08-24 2017-08-24 Control device for premixed compression ignition engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6614216B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020190200A (en) * 2019-05-20 2020-11-26 マツダ株式会社 Control device for engine and engine system
JP7247742B2 (en) * 2019-05-20 2023-03-29 マツダ株式会社 Engine controller and engine system
JP7243431B2 (en) * 2019-05-20 2023-03-22 マツダ株式会社 Engine controller and engine system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3873560B2 (en) * 2000-01-27 2007-01-24 日産自動車株式会社 Combustion control device for internal combustion engine
JP3975702B2 (en) * 2001-08-02 2007-09-12 日産自動車株式会社 Control device for self-igniting engine
JP2007315383A (en) * 2006-04-24 2007-12-06 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Spark-ignition internal combustion engine
JP4466616B2 (en) * 2006-06-19 2010-05-26 トヨタ自動車株式会社 Multi-fuel internal combustion engine
JP2009074488A (en) * 2007-09-21 2009-04-09 Toyota Motor Corp Control device for internal combustion engine
JP2010001833A (en) * 2008-06-20 2010-01-07 Nippon Soken Inc Control device for internal combustion engine
JP5418032B2 (en) * 2009-07-16 2014-02-19 マツダ株式会社 ENGINE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE
JP5589906B2 (en) * 2011-03-09 2014-09-17 マツダ株式会社 gasoline engine
JP5447434B2 (en) * 2011-05-18 2014-03-19 マツダ株式会社 Spark ignition gasoline engine
JP5589959B2 (en) * 2011-05-25 2014-09-17 マツダ株式会社 Spark ignition engine with turbocharger
JP5834829B2 (en) * 2011-11-28 2015-12-24 マツダ株式会社 Control device for spark ignition gasoline engine
JP5962584B2 (en) * 2013-05-22 2016-08-03 トヨタ自動車株式会社 Heat generation rate waveform creation device and combustion state diagnostic device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019039326A (en) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6558408B2 (en) Control device for compression self-ignition engine
JP6638827B2 (en) Engine control device
JP6562164B2 (en) Engine control device
JP6562165B2 (en) Engine control device
JP6638828B2 (en) Engine control device
JP6614218B2 (en) Control device for premixed compression ignition engine
JP6562167B2 (en) Engine control device
JPWO2018096747A1 (en) Engine control device
JP6565985B2 (en) Control device for compression ignition engine
JP6562166B2 (en) Engine control device
JP6614216B2 (en) Control device for premixed compression ignition engine
JP6601481B2 (en) Control device for compression ignition engine
JP6493504B2 (en) Control device for compression ignition engine
JP6558404B2 (en) Control device for compression ignition engine
JP6583370B2 (en) Engine with supercharging system
JP6555310B2 (en) Premixed compression ignition engine with supercharging system
JP6565984B2 (en) Control device for compression ignition engine
WO2019151083A1 (en) Engine control method and engine control device
WO2019151082A1 (en) Engine control method and engine control device
JP6614217B2 (en) Control device for premixed compression ignition engine
JP6558403B2 (en) Engine control device
JP2019039391A (en) Compression self-ignition engine with supercharger
JP6555308B2 (en) Control device for compression ignition engine
JP2019039390A (en) Compression self-ignition type engine
JP2019039389A (en) Compression self-ignition engine with supercharger

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190205

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190716

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191008

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6614216

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150