JP6744765B2 - Control method and control device for in-cylinder direct injection internal combustion engine - Google Patents

Control method and control device for in-cylinder direct injection internal combustion engine Download PDF

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Description

本発明は、筒内直接噴射式内燃機関の制御に関する。 The present invention relates to control of a direct injection type internal combustion engine.

筒内に直接燃料を噴射する内燃機関の制御として、圧縮行程中に燃料を噴射し、筒内ガス流動としてのタンブル流動を利用して点火プラグ周りに混合気を偏在させて成層燃焼を行う制御が知られている。このような成層燃焼を行うことで、筒内全体としては理論空燃比よりリーンとすることができるので、燃費改善を図ることができる。また、特許文献1には、排気浄化用の触媒の暖機促進等を目的として、上記の成層燃焼を行う際に点火タイミングを大幅に(例えば圧縮上死点以降まで)遅角させる制御が記載されている。 As a control of an internal combustion engine that directly injects fuel into the cylinder, control that injects fuel during the compression stroke and uses the tumble flow as the gas flow in the cylinder to unevenly distribute the air-fuel mixture around the ignition plug to perform stratified combustion. It has been known. By performing such stratified combustion, the cylinder as a whole can be made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so that fuel efficiency can be improved. Further, Patent Document 1 describes a control for significantly retarding the ignition timing (for example, after compression top dead center) when performing the above-mentioned stratified combustion for the purpose of promoting warm-up of a catalyst for purifying exhaust gas. Has been done.

特許第3963088号公報Japanese Patent No. 3963088

しかしながら、筒内ガス流動を利用して混合気を点火プラグ周りまで運ぶ構成では、点火プラグ周りに運ばれた混合気が筒内ガス流動によって流され易い。特に、上記文献に記載の制御のように点火タイミングを遅角する場合には、点火タイミングまで混合気を点火プラグ周りに停滞させておくことは難しい。つまり、上記文献に記載の制御では成層燃焼を行なうことが難しく、燃焼安定性が低下してしまう。 However, in the configuration in which the air-fuel mixture is carried around the spark plug by utilizing the gas flow in the cylinder, the air-fuel mixture carried around the spark plug is easily flowed by the gas flow in the cylinder. In particular, when retarding the ignition timing as in the control described in the above document, it is difficult to hold the air-fuel mixture around the ignition plug until the ignition timing. That is, it is difficult to perform stratified charge combustion by the control described in the above document, and combustion stability is deteriorated.

そこで本発明では、点火タイミングを大幅に遅角させた場合にも安定した燃焼を可能にすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to enable stable combustion even when the ignition timing is significantly retarded.

本発明のある態様によれば、筒内にガス流動を形成し、吸気行程の前半に筒内全域にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する第1の燃料噴射を行い、点火プラグ周りにストイキよりもリッチな混合気を形成する第2の燃料噴射を圧縮行程以降に行い、第2の燃料噴射で噴射された燃料が形成する混合気に火花点火する、筒内直接噴射式内燃機関の制御方法が提供される。この制御方法は、圧縮行程中であって第2の燃料噴射の前に実行する燃料噴射であってガス流動の強度が高いほど噴射される燃料噴霧の運動量を大きくすることでガス流動を燃焼が安定する強度まで弱めるための圧縮前期噴射と、エンジン始動後であってガス流動の強度に応じた燃料噴霧の運動量を確保できない程度に燃圧が低いために、圧縮前期噴射だけでは燃焼安定度を確保できるところまでガス流動を弱めることができない場合に実行する、筒内直接噴射式内燃機関の有効圧縮比を上昇させる圧縮比制御と、を含む。 According to one aspect of the present invention, the first fuel injection that forms a gas flow in the cylinder and forms a homogeneous air-fuel mixture leaner than stoichiometry in the entire cylinder in the first half of the intake stroke is performed, and the first fuel injection is performed around the spark plug . A direct injection internal combustion engine for a direct injection type internal combustion engine, in which a second fuel injection that forms a mixture richer than a stoichiometry is performed after a compression stroke and spark ignition is performed on the mixture formed by the fuel injected in the second fuel injection. A control method is provided. This control method is a fuel injection that is executed before the second fuel injection during the compression stroke, and increases the momentum of the injected fuel spray as the intensity of the gas flow increases, thereby burning the gas flow. The combustion pre-injection to weaken the fuel to a stable strength and the fuel pressure so low that the momentum of the fuel spray corresponding to the strength of the gas flow cannot be secured after the engine is started. to execute if unable Rukoto weaken the gas flow until it can be ensured, including the compression ratio control for increasing the effective compression ratio in the cylinder direct injection internal combustion engine.

上記態様によれば、点火タイミングまで混合気を点火プラグ周りに停滞させておくことが可能となり、その結果、点火タイミングを大幅に遅角させた場合にも安定した燃焼が可能となる。 According to the above aspect, it becomes possible to hold the air-fuel mixture around the spark plug until the ignition timing, and as a result, stable combustion is possible even when the ignition timing is significantly retarded.

図1は、筒内直接噴射式内燃機関の燃焼室付近の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram in the vicinity of a combustion chamber of a direct injection type internal combustion engine. 図2は、燃料噴射タイミングとタンブル流動強度との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the fuel injection timing and the tumble flow intensity. 図3は、燃料噴霧とタンブル流動との関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between fuel spray and tumble flow. 図4は、燃料噴霧とタンブル流動との関係の他の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another example of the relationship between the fuel spray and the tumble flow. 図5は、タンブル流動強度のタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart of the tumble flow strength. 図6は、圧縮前期噴射の実施タイミングの例を示すタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart showing an example of the implementation timing of the first compression injection. 図7は、燃料噴霧の運動量について示すマップである。FIG. 7 is a map showing the momentum of the fuel spray. 図8は、エンジン始動時における油圧の挙動を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the behavior of the hydraulic pressure when the engine is started. 図9は、燃圧と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between fuel pressure and combustion stability. 図10は、圧縮比によるタンブル流動強度の違いを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the difference in tumble flow strength depending on the compression ratio. 図11は、圧縮比と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the compression ratio and the combustion stability. 図12は、圧縮比毎の燃圧と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the fuel pressure and the combustion stability for each compression ratio. 図13は、本実施形態にかかる制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing a control routine according to this embodiment. 図14は、第1実施形態の制御を実行した場合のタイミングチャートである。FIG. 14 is a timing chart when the control of the first embodiment is executed. 図15は、圧縮比とHC排出量との関係を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the compression ratio and the HC emission amount. 図16は、油水温と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the oil water temperature and the combustion stability. 図17は、第1実施形態の制御ルーチンの変形例を示すタイミングチャートである。FIG. 17 is a timing chart showing a modified example of the control routine of the first embodiment. 図18は、第2実施形態にかかる制御ルーチンを説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining the control routine according to the second embodiment. 図19は、吸気バルブの閉タイミングと有効圧縮比との関係を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the closing timing of the intake valve and the effective compression ratio. 図20は、バルブオーバーラップ期間と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the valve overlap period and the combustion stability. 図21は、第2実施形態にかかる制御ルーチンの変形例を説明するための図である。FIG. 21 is a diagram for explaining a modified example of the control routine according to the second embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態を適用する筒内直接噴射式内燃機関(以下、「エンジン」ともいう)1の、燃焼室周辺の概略構成図である。なお、図1はひとつの気筒についてのみ示しているが、本実施形態は多気筒エンジンにも適用可能である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram around a combustion chamber of a cylinder direct injection internal combustion engine (hereinafter, also referred to as “engine”) 1 to which the present embodiment is applied. Although FIG. 1 shows only one cylinder, this embodiment can be applied to a multi-cylinder engine.

エンジン1のシリンダブロック1Bはシリンダ2を備える。シリンダ2にはピストン3が収められている。ピストン3は可変圧縮比機構VCRにより駆動されてシリンダ2内を往復動する。 The cylinder block 1B of the engine 1 includes a cylinder 2. A piston 3 is housed in the cylinder 2. The piston 3 is driven by a variable compression ratio mechanism VCR to reciprocate in the cylinder 2.

可変圧縮比機構VCRは出願人により公知にされた機構である。クランクシャフト14のクランクピン14Aに、ロアリンク13が回転自由に固定されている。ロアリンク13とピストン3とはアッパーリンク12を介して連結されている。また、ロアリンク13とコントロールシャフト16とがコントロールリンク15を介して連結されている。コントロールリンク15は、コントロールシャフト16の回転軸からずれた位置に連結されている。コントロールシャフト16は、例えばラックアンドピニオン機構等を介して電動モータ17により回転駆動される。 The variable compression ratio mechanism VCR is a mechanism known by the applicant. The lower link 13 is rotatably fixed to the crank pin 14A of the crank shaft 14. The lower link 13 and the piston 3 are connected via the upper link 12. Further, the lower link 13 and the control shaft 16 are connected via the control link 15. The control link 15 is connected to a position deviated from the rotation axis of the control shaft 16. The control shaft 16 is rotationally driven by an electric motor 17 via, for example, a rack and pinion mechanism.

上記の構成により、コントロールシャフト16が回転してコントロールリンク15が引き下げられると、ロアリンク13はクランクピン14Aを軸として回転し、アッパーリンク12が押し上げられる。その結果、ピストン3の上死点位置が上昇する。この反対に、コントロールリンク15が押し上げられると、アッパーリンク12は引き下げられ、ピストン3の上死点位置が下降する。このように、可変圧縮比機構VCRは、ピストン3の上死点位置を変更することによって、いわゆる機械圧縮比を変更することが可能である。 With the above configuration, when the control shaft 16 rotates and the control link 15 is pulled down, the lower link 13 rotates about the crank pin 14A as an axis, and the upper link 12 is pushed up. As a result, the top dead center position of the piston 3 rises. On the contrary, when the control link 15 is pushed up, the upper link 12 is pulled down and the top dead center position of the piston 3 is lowered. As described above, the variable compression ratio mechanism VCR can change the so-called mechanical compression ratio by changing the position of the top dead center of the piston 3.

また、ピストン3は冠面3A(以下、ピストン冠面3Aともいう)に後述するキャビティ10を備える。 Further, the piston 3 has a cavity 10 described later on a crown surface 3A (hereinafter, also referred to as a piston crown surface 3A).

エンジン1のシリンダヘッド1Aは凹状の燃焼室11と、燃焼室11とエンジン外部とを連通する吸気通路4及び排気通路5と、を備える。燃焼室11は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、吸気通路4の開口部には一対の吸気バルブ6が、排気通路5の開口部には一対の排気バルブ7がそれぞれ配置されている。そして、これら一対の吸気バルブ6及び一対の排気バルブ7に囲まれた燃焼室11の略中心位置に、点火プラグ8がシリンダ2の軸線に沿うように配置されている。 A cylinder head 1A of the engine 1 includes a concave combustion chamber 11, and an intake passage 4 and an exhaust passage 5 that connect the combustion chamber 11 and the outside of the engine. The combustion chamber 11 is of a so-called pent roof type, in which a pair of intake valves 6 are arranged in the opening of the intake passage 4 and a pair of exhaust valves 7 are arranged in the opening of the exhaust passage 5. A spark plug 8 is arranged along the axis of the cylinder 2 at a substantially central position of the combustion chamber 11 surrounded by the pair of intake valves 6 and the pair of exhaust valves 7.

吸気通路4は、燃焼室11へ流入する吸気がタンブル流動を形成する形状になっている。つまり、吸気通路4がガス流動生成装置としての機能を果たす。 The intake passage 4 is shaped so that the intake air flowing into the combustion chamber 11 forms a tumble flow. That is, the intake passage 4 functions as a gas flow generation device.

また、シリンダヘッド1Aの、一対の吸気バルブ6に挟まれた位置には、燃料噴射弁9が燃焼室11に臨むように配置されている。燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の指向性については後述する。 A fuel injection valve 9 is arranged so as to face the combustion chamber 11 at a position between the pair of intake valves 6 of the cylinder head 1A. The directivity of the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 will be described later.

本実施形態の燃料噴射装置は、いわゆるコモンレール式である。高圧ポンプ41が、燃料タンク43から低圧ポンプ42により吸い上げられた燃料を昇圧してコモンレール40に供給する。これによりコモンレール40は所定の高圧状態となるので、燃料噴射弁9は高圧で燃料を噴射することができる。低圧ポンプ42は、例えば電動モータにより駆動される。高圧ポンプ41は、エンジン1の吸気側または排気側のカムシャフトシャフトにより駆動される。 The fuel injection device of this embodiment is a so-called common rail type. The high-pressure pump 41 boosts the fuel sucked up by the low-pressure pump 42 from the fuel tank 43 and supplies it to the common rail 40. As a result, the common rail 40 is brought into a predetermined high pressure state, so that the fuel injection valve 9 can inject fuel at a high pressure. The low-pressure pump 42 is driven by, for example, an electric motor. The high-pressure pump 41 is driven by a camshaft shaft on the intake side or the exhaust side of the engine 1.

吸気バルブ6及び排気バルブ7は、バルブオーバーラップ期間調整機構としての可変動弁機構20により駆動される。可変動弁機構20は、吸気バルブ6及び排気バルブ7がいずれも開弁したバルブオーバーラップ期間が生じるように、吸気バルブ6及び排気バルブ7のバルブタイミング、つまり開弁タイミング及び閉弁タイミング、を変化させ得るものであれば足りる。なお、開弁タイミングとは開弁動作を開始するタイミング、閉弁タイミングとは閉弁動作を終了するタイミングである。本実施形態では、吸気バルブ6を駆動するカムシャフト及び排気バルブ7を駆動するカムシャフトの、クランクシャフト14に対する回転位相を変化させる公知の可変動弁機構20を用いる。なお、回転位相だけでなく吸気バルブ6及び排気バルブ7の作動角も変化させ得る公知の可変動弁機構を用いてもよい。また、可変動弁機構20としては、吸気バルブ6と排気バルブ7の開閉タイミングの両方が調整できるものに限らず、いずれか一方のみを調整できるものでもよい。例えば、吸気バルブ6の開閉タイミングのみが調整できるものであっても吸気バルブ6の開期間と排気バルブ7の開期間とのバルブオーバーラップ期間を長くしたり短くしたり調整できれば他の機構を採用してもよい。 The intake valve 6 and the exhaust valve 7 are driven by a variable valve mechanism 20 as a valve overlap period adjusting mechanism. The variable valve mechanism 20 controls the valve timings of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, that is, the valve opening timing and the valve closing timing so that the valve overlap period in which both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened occurs. Anything that can be changed is sufficient. The valve opening timing is the timing at which the valve opening operation is started, and the valve closing timing is the timing at which the valve closing operation is ended. In the present embodiment, a known variable valve mechanism 20 that changes the rotational phase of the camshaft that drives the intake valve 6 and the camshaft that drives the exhaust valve 7 with respect to the crankshaft 14 is used. A known variable valve mechanism that can change not only the rotation phase but also the operating angles of the intake valve 6 and the exhaust valve 7 may be used. Further, the variable valve mechanism 20 is not limited to one that can adjust both the opening and closing timings of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, and may be one that can adjust only one of them. For example, even if only the opening/closing timing of the intake valve 6 can be adjusted, another mechanism is adopted if the valve overlap period between the opening period of the intake valve 6 and the opening period of the exhaust valve 7 can be lengthened or shortened. You may.

排気通路5の排気流れ下流側には、エンジン1の排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が介装されている。排気浄化触媒は、例えば三元触媒である。 An exhaust gas purification catalyst for purifying the exhaust gas of the engine 1 is provided downstream of the exhaust passage 5 in the exhaust flow. The exhaust purification catalyst is, for example, a three-way catalyst.

ピストン3は、上述したようにピストン冠面3Aにキャビティ10を備える。キャビティ10は、ピストン冠面3Aにおいて吸気側に偏った位置に設けられている。そして、燃料噴射弁9は、ピストン3が圧縮上死点近傍にあるときに燃料噴射すれば燃料噴霧がこのキャビティ10を指向するように配置されている。キャビティ10は、衝突して跳ね返った燃料噴霧(図中のB)が点火プラグ8の方向へ向かうような形状になっている。 The piston 3 includes the cavity 10 on the piston crown surface 3A as described above. The cavity 10 is provided on the piston crown surface 3A at a position biased toward the intake side. The fuel injection valve 9 is arranged so that, when the fuel is injected when the piston 3 is near the compression top dead center, the fuel spray is directed to the cavity 10. The cavity 10 is shaped so that the fuel spray (B in the drawing) that collides and bounces back toward the spark plug 8.

なお、キャビティ10は、燃料噴霧が衝突するという条件を満たすのであれば、ピストン冠面3Aの中央やその他の位置にあっても構わない。 The cavity 10 may be located at the center of the piston crown surface 3A or at any other position as long as the condition that the fuel spray collides is satisfied.

エンジン1の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及び点火タイミング等は、コントローラ100によりエンジン1の運転状態に応じて制御される。コントローラ100は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ100を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。 The fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, etc. of the engine 1 are controlled by the controller 100 according to the operating state of the engine 1. The controller 100 is composed of a microcomputer provided with a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM) and an input/output interface (I/O interface). It is also possible to configure the controller 100 with a plurality of microcomputers.

また、ここでいう燃料噴射タイミングとは、燃料噴射を開始するタイミングである。また、これらの制御を実行するために、エンジン1はクランクシャフト角度センサ、冷却水温センサ32、吸入空気量を検出するエアフローメータ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ31、排気浄化触媒の温度を直接的に又は間接的に検出する触媒温度センサ33等の各種検出装置を備える。アクセル開度センサ31は、ドライバーの加速要求を検出する加速要求センサとして機能するが、加速要求センサはこれに限られない。例えば、手でアクセル操作するものも適用でき、加速要求量を検出できれば操作子の形態にはこだわらない。 The fuel injection timing referred to here is the timing at which fuel injection is started. Further, in order to execute these controls, the engine 1 includes a crankshaft angle sensor, a cooling water temperature sensor 32, an air flow meter for detecting an intake air amount, an accelerator opening sensor 31 for detecting an accelerator pedal depression amount, an exhaust gas purification catalyst. Various detection devices such as a catalyst temperature sensor 33 for directly or indirectly detecting the temperature of the are provided. The accelerator opening sensor 31 functions as an acceleration request sensor that detects an acceleration request from the driver, but the acceleration request sensor is not limited to this. For example, a manual accelerator operation can be applied, and the form of the operator is not limited as long as the requested acceleration amount can be detected.

なお、本実施形態ではキャビティ10を利用して点火プラグ8の周りに成層混合気を形成する構成について説明するが、これに限られるわけではない。例えば、燃料噴射弁9を点火プラグ8に隣接するよう配置し、燃料噴射弁9から短い駆動パルスで噴射された燃料が点火プラグ8の周りに留まって成層混合気を形成する構成であってもよい。 In the present embodiment, the configuration in which the stratified mixture is formed around the spark plug 8 using the cavity 10 will be described, but the present invention is not limited to this. For example, the fuel injection valve 9 may be arranged adjacent to the ignition plug 8 and the fuel injected from the fuel injection valve 9 with a short drive pulse may stay around the ignition plug 8 to form a stratified mixture. Good.

次に、上記のような構成のエンジン1の制御について説明する。 Next, control of the engine 1 having the above configuration will be described.

まず、従来から知られている冷間始動時における制御について説明する。 First, a conventionally known control at the time of cold start will be described.

冷間始動時における制御としては、排気浄化触媒の活性化を促進させるための超リタード成層燃焼が知られている(例えば特開2008−25535号公報)。この際、冷間始動時には、低温という燃焼安定性の観点からは厳しい条件下で燃焼が行われることとなるので、燃焼安定性を確保し得るような制御が望まれる。 As a control during cold start, super retarded stratified combustion for promoting activation of an exhaust purification catalyst is known (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-25535). At this time, during cold starting, combustion is performed under severe conditions from the viewpoint of low temperature combustion stability, so control that can ensure combustion stability is desired.

超リタード成層燃焼では、コントローラ100は点火タイミングを膨張行程の前半の、例えば圧縮上死点後10−30degに設定する。また、コントローラ100は1サイクルあたりに必要な燃料量を複数回に分けて噴射する、いわゆる多段噴射を実行する。2段噴射の場合には、コントローラ100は1回目の燃料噴射タイミングを吸気行程の前半に設定し、2回目の燃料噴射タイミングを、圧縮行程の後半の、燃料噴霧が点火タイミングまでに点火プラグ8の周辺に到達し得るタイミングに設定する。 In super retarded stratified charge combustion, the controller 100 sets the ignition timing to the first half of the expansion stroke, for example, 10 to 30 deg after the compression top dead center. Further, the controller 100 executes so-called multi-stage injection, in which the required fuel amount per one cycle is injected plural times. In the case of the two-stage injection, the controller 100 sets the first fuel injection timing in the first half of the intake stroke, and sets the second fuel injection timing in the latter half of the compression stroke by the fuel spray by the ignition timing. Set the timing so that you can reach the area around.

ここで、2段噴射の場合における1回目の燃料噴射量と2回目の燃料噴射量(成層噴射量)とについて説明する。 Here, the first fuel injection amount and the second fuel injection amount (stratified injection amount) in the case of the two-stage injection will be described.

上述した超リタード成層燃焼で排出される排気ガスの空燃比はストイキ(理論空燃比)である。コントローラは一般的な燃料噴射量設定方法と同様に、1サイクル当たりの吸入空気量で完全燃焼させ得る燃料量(以下、トータル燃料量ともいう)を算出する。このトータル燃料量のうちの一部、例えば20−90重量%を1回目の噴射量とし、残りを2回目の噴射量とする。 The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged by the above-mentioned super retarded stratified charge combustion is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio). The controller calculates the amount of fuel that can be completely combusted with the amount of intake air per cycle (hereinafter, also referred to as total fuel amount), as in a general fuel injection amount setting method. A part of the total fuel amount, for example, 20 to 90% by weight is set as the first injection amount, and the rest is set as the second injection amount.

なお、超リタード成層燃焼において、排気ガスの空燃比はストイキよりもリーンであっても構わない。 In the super retarded stratified charge combustion, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be leaner than stoichiometric.

上記のように燃料噴射量を設定すると、1回目の燃料噴射で噴射された燃料噴霧は、キャビティ10に衝突することなくシリンダ2内に拡散し、空気と混合して燃焼室11の全域にストイキよりもリーンな均質混合気(図中のA)を形成する。そして、2回目の燃料噴射(成層噴射)で噴射された燃料噴霧(図中のB)は、キャビティ10に衝突し、巻き上げられることによって点火プラグ8の近傍に到達し、点火プラグ8の周りにストイキよりもリッチな混合気を集中的に形成する。これにより燃焼室11内の混合気は成層状態となる。この状態で点火プラグ8により火花点火すれば、失火が抑制された外乱に強い燃焼が行われる。ところで、上述した燃焼は成層燃焼であるが、点火タイミングが圧縮上死前である一般的な成層燃焼と区別するために、超リタード成層燃焼と称する。 When the fuel injection amount is set as described above, the fuel spray injected in the first fuel injection diffuses into the cylinder 2 without colliding with the cavity 10, mixes with air, and is stoichiometric throughout the combustion chamber 11. A leaner homogeneous mixture (A in the figure) is formed. Then, the fuel spray (B in the figure) injected in the second fuel injection (stratified injection) collides with the cavity 10 and reaches the vicinity of the spark plug 8 by being wound up, and around the spark plug 8. Concentrate to form a richer mixture than stoichiki. As a result, the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 becomes stratified. If spark ignition is performed by the spark plug 8 in this state, combustion that is resistant to disturbance and suppressed in misfire is performed. By the way, although the above-mentioned combustion is stratified combustion, it is referred to as super-retarded stratified combustion in order to distinguish it from general stratified combustion in which the ignition timing is before compression top dead.

なお、上述した1回目の燃料噴射を2回に分割して、1サイクルあたりに必要な燃料量を吸気行程に2回、圧縮行程に1回の合計3回に分けて噴射する3段噴射としてもよい。この場合、3回目の噴射が成層噴射となる。 It should be noted that the above-described first fuel injection is divided into two, and the amount of fuel required per cycle is divided into three injections, two in the intake stroke and one in the compression stroke, as a three-stage injection. Good. In this case, the third injection is stratified injection.

ここで、超リタード成層燃焼における燃料噴射タイミングについて図2を参照して説明する。図2は、横軸がクランク角度のタイミングチャートである。図中のIT1は1回目の燃料噴射タイミング、IT2は成層噴射の燃料噴射タイミング、実線Aはタンブル流動の強度、実線Bはピストン3への燃料付着特性、を示している。なお、図中のTDCは上死点を、BDCは下死点を意味する。 Here, the fuel injection timing in super retarded stratified charge combustion will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a timing chart in which the horizontal axis is the crank angle. In the figure, IT1 shows the fuel injection timing of the first time, IT2 shows the fuel injection timing of stratified injection, the solid line A shows the strength of the tumble flow, and the solid line B shows the fuel adhesion characteristic to the piston 3. In the figure, TDC means top dead center and BDC means bottom dead center.

タンブル流動が燃費性能の向上や排気低減に有効であることは知られている。タンブル流動は吸気バルブ6の開弁後に燃焼室11に流入する吸気によって形成されるため、タンブル流動の強度は吸気行程中に徐々に高まる。しかし、ピストン3の下降に伴って燃焼室11の容積が増大すると、タンブル流動の流速は低下する。このため、タンブル流動の強度は吸気行程中に最初のピーク(1stピーク)を迎え、低下に転じる。 It is known that tumble flow is effective in improving fuel efficiency and reducing exhaust emissions. Since the tumble flow is formed by the intake air that flows into the combustion chamber 11 after the intake valve 6 is opened, the strength of the tumble flow gradually increases during the intake stroke. However, when the volume of the combustion chamber 11 increases as the piston 3 descends, the flow velocity of the tumble flow decreases. Therefore, the strength of the tumble flow reaches the first peak (1st peak) during the intake stroke and starts to decrease.

圧縮行程に入ると、ピストン3の上昇に伴って燃焼室11の容積が縮小することでタンブル流動の流速が上昇に転じ、これに応じてタンブル流動の強度も上昇に転じて2回目のピーク(2ndピーク)を迎える。その後、ピストン3が更に上昇するとタンブル流動は押し潰されるので、タンブル流動の強度は徐々に低下し、やがてタンブル流動は消滅する。 In the compression stroke, the volume of the combustion chamber 11 decreases as the piston 3 rises, causing the flow velocity of the tumble flow to increase, and in response to this, the strength of the tumble flow also increases and the second peak ( 2nd peak). After that, when the piston 3 further rises, the tumble flow is crushed, so that the strength of the tumble flow gradually decreases, and eventually the tumble flow disappears.

ピストン3への燃料付着特性は、噴射された燃料がピストン3に衝突した場合に、どの程度の燃料がピストン3の冠面3Aに付着するのかを示している。図示するように、ピストン3が上死点に近くなるほど燃料付着量は多くなる。これは、ピストン3が上死点に近づくほどピストン3と燃料噴射弁9との距離が縮まり、より多くの燃料がピストン3に衝突するためである。 The fuel adhesion property to the piston 3 indicates how much fuel adheres to the crown surface 3A of the piston 3 when the injected fuel collides with the piston 3. As shown in the figure, the closer the piston 3 is to the top dead center, the larger the fuel adhesion amount. This is because the distance between the piston 3 and the fuel injection valve 9 decreases as the piston 3 approaches the top dead center, and more fuel collides with the piston 3.

ピストン3に付着した燃料が当該サイクル中に気化や燃焼をせずに次サイクルに持ち越されることが繰り返されると、ピストン3に液状化した燃料が蓄積されることとなる。この状態で排気浄化触媒の暖機終了や加速要求等に応じて通常の燃焼モードに切り替わると、蓄積していた燃料がピストン3まで伝播してきた燃焼火炎によって燃焼し、PM排出量が増加してしまう。なお、ここでいう通常の燃焼モードとは、吸気行程または圧縮行程にて燃料噴射を行ない、MBT(最適点火タイミング)またはこれに近い点火タイミングで火花点火を行なう燃焼モードである。 If the fuel attached to the piston 3 is carried over to the next cycle without vaporizing or burning during the cycle, the liquefied fuel is accumulated in the piston 3. In this state, if the combustion mode is switched to the normal combustion mode in response to the completion of warming up of the exhaust purification catalyst or an acceleration request, the accumulated fuel is burned by the combustion flame propagating to the piston 3, and the PM emission amount increases. End up. The normal combustion mode referred to here is a combustion mode in which fuel injection is performed in the intake stroke or compression stroke, and spark ignition is performed at MBT (optimal ignition timing) or at an ignition timing close to this.

PM排出量を抑制する観点から、燃料噴射タイミングを設定可能なクランク角度範囲は、ピストン3への燃料付着量に基づいて制限される。図2のNG範囲が燃料噴射タイミングの設定が禁止されるクランク角度範囲の一例である。なお、吸気上死点側は圧縮上死点側に比べて、許容される燃料付着量が多くなっている。これは、吸気上死点側でピストン3に付着した場合は、圧縮上死点側で付着した場合に比べて、点火タイミングまでの時間が長く、付着してから点火までに蒸発・気化する量が多いからである。 From the viewpoint of suppressing the PM emission amount, the crank angle range in which the fuel injection timing can be set is limited based on the amount of fuel adhering to the piston 3. The NG range in FIG. 2 is an example of a crank angle range in which setting of fuel injection timing is prohibited. It should be noted that the allowable amount of adhering fuel is larger on the intake top dead center side than on the compression top dead center side. This is because the time to the ignition timing is longer in the case of adhering to the piston 3 at the intake top dead center side than to the case of adhering to the compression top dead center side, and the amount of evaporation/vaporization from the adhering to the ignition Because there are many.

上述した通り、成層噴射の燃料噴射タイミングは、燃料噴霧がキャビティ10に衝突し、かつ、衝突した燃料噴霧が点火タイミングまでに点火プラグ8の周りに成層混合気を形成する時間的余裕がある範囲内で、ピストン3への燃料付着量を考慮して設定される。 As described above, the fuel injection timing of the stratified charge injection is within a range in which the fuel spray collides with the cavity 10 and the collided fuel spray forms a stratified mixture around the spark plug 8 by the ignition timing. It is set in consideration of the amount of fuel adhered to the piston 3.

ところで、図2に示すように、成層噴射の燃料噴射タイミングにおいて、タンブル流動はまだ強度を保っていると、成層噴射で噴射された燃料噴霧はタンブル流動により流され、点火プラグ8の周りに成層混合気を形成することが困難となる。したがって、燃費性能の向上や排気低減のためにタンブル流動を強めるように吸気通路4を形成することで、成層混合気を形成することが困難となり、超リタード成層燃焼における燃焼安定度が低下してしまう。 By the way, as shown in FIG. 2, when the tumble flow is still strong at the fuel injection timing of the stratified charge injection, the fuel spray injected by the stratified charge injection is made to flow by the tumble flow, and is stratified around the ignition plug 8. It becomes difficult to form a mixture. Therefore, it is difficult to form the stratified mixture by forming the intake passage 4 so as to enhance the tumble flow in order to improve the fuel efficiency and reduce the exhaust gas, and the combustion stability in the super-retarded stratified charge combustion decreases. End up.

タンブル流動は上述したように圧縮上死点に近づくほど強度が低下するので、成層噴射の燃料噴射タイミングを遅くするほど成層混合気を形成し易くなる。しかし、燃料噴射タイミングを遅くするほどピストン3への燃料付着量が増加してしまう。このため、従来から知られている一般的な燃料噴射制御においては、成層噴射の燃料噴射タイミングは、成層混合気の形成し易さとピストン3への燃料付着量とのバランスを考慮したものとなっていた。 Since the strength of the tumble flow decreases as it approaches the compression top dead center as described above, it becomes easier to form the stratified mixture as the fuel injection timing of the stratified injection is delayed. However, as the fuel injection timing is delayed, the amount of fuel adhering to the piston 3 increases. Therefore, in the generally known general fuel injection control, the fuel injection timing of the stratified injection takes into consideration the balance between the ease of forming the stratified mixture and the amount of fuel adhered to the piston 3. Was there.

これに対し本実施形態では、以下に説明する燃料噴射制御を実行することにより、燃費性能の向上や排気低減のためにタンブル流動を強化した場合にも、超リタード成層燃焼の燃焼安定度を確保する。また、本実施形態の燃料噴射制御によれば、燃焼安定度を確保するためにピストン3への燃料付着量が増加することはない。 On the other hand, in the present embodiment, by executing the fuel injection control described below, the combustion stability of the ultra-retarded stratified charge combustion is ensured even when the tumble flow is strengthened in order to improve the fuel efficiency performance and reduce the exhaust gas. To do. Further, according to the fuel injection control of the present embodiment, the amount of fuel adhering to the piston 3 does not increase in order to secure combustion stability.

図3、図4は、本実施形態にかかる燃料噴射制御の概要を説明するための図である。 3 and 4 are diagrams for explaining the outline of the fuel injection control according to the present embodiment.

圧縮行程中に燃料噴射をする場合、図3に示すようにタンブル流動の主流の渦中心(以下、単に「タンブル流動の渦中心」または「渦中心」ともいう)が燃料噴霧よりも低い位置にある場合と、図4に示すようにタンブル流動の渦中心が燃料噴霧よりも高い位置にある場合がある。なお、図4は図3の状態からピストン3が上昇した状態である。ピストン3の上昇に伴いタンブル流動の渦は潰されるので、タンブル流動の渦中心は図3よりも図4の方が高くなっている。 When fuel is injected during the compression stroke, as shown in FIG. 3, the vortex center of the main flow of the tumble flow (hereinafter, also simply referred to as “vortex center of tumble flow” or “vortex center”) is positioned lower than the fuel spray. In some cases, as shown in FIG. 4, the vortex center of the tumble flow may be located higher than the fuel spray. Note that FIG. 4 shows a state in which the piston 3 is lifted from the state of FIG. Since the vortex of the tumble flow is crushed as the piston 3 rises, the vortex center of the tumble flow is higher in FIG. 4 than in FIG.

図3の場合には、燃料噴霧とタンブル流動の渦との衝突位置において、燃料噴霧の進行方向のベクトルとタンブル流動の渦の回転方向のベクトルとの合成によって、タンブル流動強度が高まる。 In the case of FIG. 3, at the collision position between the fuel spray and the tumble flow vortex, the tumble flow strength is increased by the combination of the vector in the traveling direction of the fuel spray and the vector in the rotation direction of the vortex of the tumble flow.

一方、図4の場合には、燃料噴霧とタンブル流動の渦との衝突位置において、燃料噴霧の進行方向のベクトルとタンブル流動の渦の回転方向のベクトルとが対向するので、タンブル流動強度は低下する。なお、ここでいう「対向する」とは、両ベクトルがタンブル流動の渦の回転を阻害する角度をなすことを意味しており、両ベクトルのなす角度が180°の場合に限られるわけではない。 On the other hand, in the case of FIG. 4, at the collision position of the fuel spray and the tumble flow vortex, the vector in the traveling direction of the fuel spray opposes the vector in the rotation direction of the tumbling vortex, so the tumble flow strength decreases. To do. The term "opposing" means that both vectors form an angle that hinders the rotation of the vortex of the tumble flow, and is not limited to the case where the angle formed by both vectors is 180°. ..

図5は、図2の2ndピーク付近からタンブル流動が消滅するまでを拡大した図である。図中の破線は図2のタンブル流動強度を示し、実線は図4の燃料噴射タイミングで燃料を噴射した場合のタンブル流動強度を示している。図示するように、図4の燃料噴射タイミングで燃料を噴射すると、2ndピークの高さが抑制され、タンブル流動強度が低下するタイミングも早まる。 FIG. 5 is an enlarged view from the vicinity of the 2nd peak in FIG. 2 until the tumble flow disappears. The broken line in the figure shows the tumble flow intensity of FIG. 2, and the solid line shows the tumble flow intensity when fuel is injected at the fuel injection timing of FIG. As shown in the figure, when the fuel is injected at the fuel injection timing shown in FIG. 4, the height of the 2nd peak is suppressed and the timing at which the tumble flow intensity decreases is advanced.

そこで本実施形態では、成層噴射の前に、点火プラグ8の周りに成層混合気を形成可能な程度までタンブル流動の強度を弱めるための燃料噴射を行う。すなわち、図4のような状態にあるときに、火花点火による燃焼が安定する方向にタンブル流動を変化させるための燃料噴射(以下、「圧縮前期噴射」ともいう)を行なってから成層噴射を行う。 Therefore, in the present embodiment, before the stratified injection, fuel injection is performed to weaken the strength of the tumble flow to the extent that a stratified mixture can be formed around the spark plug 8. That is, in the state as shown in FIG. 4, the fuel injection for changing the tumble flow in the direction in which the combustion by the spark ignition is stabilized (hereinafter, also referred to as “compression early injection”) is performed, and then the stratified injection is performed. ..

なお、圧縮前期噴射を行なう場合も、トータル燃料量は変化させない。例えば、吸気行程中に行う1回目の燃料噴射の噴射量を、圧縮前期噴射で噴射する分だけ減量する。圧縮前期噴射で噴射された燃料噴霧は、タンブル流動と衝突することにより拡散・混合が促進されるので、圧縮前期噴射を行うことによってピストン3への燃料付着量が増加することはない。なお、成層噴射の噴射量を減少させて圧縮前期噴射で噴射するようにしても構わない。また、排出性能が許容範囲に収まるのであれば、1回目の燃料噴射及び成層噴射の噴射量は変化させずに、トータル燃料量が圧縮前期噴射の分だけ増加するようにしてもかまわない。 The total amount of fuel is not changed even when the compression early injection is performed. For example, the injection amount of the first fuel injection performed during the intake stroke is reduced by the amount of injection in the compression previous injection. Since the fuel spray injected in the pre-compression injection collides with the tumble flow to promote diffusion and mixing, the amount of fuel adhering to the piston 3 does not increase by performing the pre-compression injection. It should be noted that the injection amount of the stratified injection may be reduced and the injection may be performed in the first compression period injection. Further, if the emission performance falls within the allowable range, the total fuel amount may be increased by the amount of the first compression injection without changing the injection amounts of the first fuel injection and the stratified injection.

ここで、圧縮前期噴射の燃料噴射タイミングについて説明する。 Here, the fuel injection timing of the compression early injection will be described.

図6は、圧縮前期噴射のタイミングの例を示すタイミングチャートである。図6では(a)と(b)の2例を示している。 FIG. 6 is a timing chart showing an example of the timing of the compression early injection. FIG. 6 shows two examples (a) and (b).

タンブル流動強度のチャートは、実線が圧縮前期噴射を実行しない場合、破線が圧縮前期噴射の燃料噴射タイミングが(a)の場合、一点鎖線が圧縮前期噴射の燃料噴射タイミングが(b)の場合を示している。また、本チャートでは、成層噴射の噴射タイミングは遅角側限界のタイミングである。成層噴射の遅角側限界は、成層噴射で噴射された燃料が成層混合気を形成するのに要する期間を考慮して、点火タイミングに基づいて定まる。 In the tumble flow intensity chart, the solid line shows the case where the compression early injection is not executed, the broken line shows the case where the fuel injection timing of the compression early injection is (a), and the chain line shows the case where the fuel injection timing of the compression early injection is (b). Showing. Further, in this chart, the injection timing of the stratified injection is the timing on the retard side limit. The retardation side limit of the stratified charge injection is determined based on the ignition timing in consideration of the period required for the fuel injected in the stratified charge injection to form the stratified charge mixture.

タイミングt1は、タンブル流動強度の2ndピークよりも前のタイミングである。タイミングt1で圧縮前期噴射を実行すれば、図示するようにタンブル流動の2ndピークが低下して、成層噴射開始時におけるタンブル流動の強度が低下するので、成層燃焼の燃焼安定度が向上する。 Timing t1 is a timing before the 2nd peak of the tumble flow intensity. If the compression early injection is executed at the timing t1, the 2nd peak of the tumble flow decreases as shown in the figure, and the strength of the tumble flow at the start of the stratified injection decreases, so the combustion stability of the stratified combustion improves.

タイミングt2は、タンブル流動強度の2ndピークより後のタイミングである。2ndピークを過ぎたタイミングt2で圧縮前期噴射を実行した場合でも、図示するようにタンブル流動の強度の低下速度が速まるので、成層燃焼の燃焼安定度が向上する。 Timing t2 is a timing after the 2nd peak of the tumble flow intensity. Even when the compression pre-injection is executed at the timing t2 when the second peak has passed, the rate of decrease in the strength of the tumble flow is accelerated as shown in the figure, so that the combustion stability of the stratified charge combustion is improved.

したがって、圧縮前期噴射の燃料噴射タイミングが(a)、(b)のいずれであっても、成層燃焼の燃焼安定度を向上させることができる。 Therefore, the combustion stability of the stratified charge combustion can be improved regardless of whether the fuel injection timing of the early compression period is (a) or (b).

なお、圧縮前期噴射は、燃料噴霧とタンブル流動の渦との衝突位置において、燃料噴霧の進行方向のベクトルとタンブル流動の渦の回転方向のベクトルとが対向することになる範囲内で進角することができる。また、圧縮前期噴射は、成層噴射の燃料噴射タイミングまでに圧縮前期噴射を終了できる範囲内で遅角することができる。 It should be noted that the pre-compression injection advances at a position where the vector in the traveling direction of the fuel spray and the vector in the rotating direction of the tumble flow vortex are opposed at the collision position between the fuel spray and the tumble flow vortex. be able to. Further, the pre-compression pre-injection can be retarded within a range in which the pre-compression pre-injection can be completed by the fuel injection timing of the stratified injection.

次に、圧縮前期噴射の燃料噴射量と燃料噴射圧力(以下、「燃圧」ともいう)について説明する。 Next, the fuel injection amount and the fuel injection pressure (hereinafter, also referred to as “fuel pressure”) of the pre-compression injection will be described.

成層燃焼の燃焼安定度は、成層噴射を実行する際におけるタンブル流動強度が低いほど向上する。そこで本実施形態においては、コントローラ100は、タンブル流動強度が高いほど、タンブル流動強度を大きく低下させるように圧縮前期噴射を制御する。 The combustion stability of the stratified charge combustion improves as the tumble flow strength at the time of executing the stratified charge injection decreases. In view of this, in the present embodiment, the controller 100 controls the pre-compression injection so that the higher the tumble flow intensity, the greater the decrease in the tumble flow intensity.

圧縮前期噴射によりタンブル流動強度が低下するのは、タンブル流動の渦と圧縮前期噴射で噴射された燃料噴霧とが衝突することで、タンブル流動の渦の角運動量が減少するからである。したがって、タンブル流動強度が高いほど、コントローラ100は圧縮前期噴射で噴射される燃料噴霧の運動量を大きくする。 The reason why the tumble flow intensity is lowered by the pre-compression injection is that the vortex of the tumble flow and the fuel spray injected by the pre-compression injection collide with each other, and the angular momentum of the vortex of the tumble flow is reduced. Therefore, as the tumble flow intensity is higher, the controller 100 increases the momentum of the fuel spray injected in the pre-compression injection.

図7は、燃料噴霧の運動量と、燃料噴射量及び燃圧との関係を示すマップである。図示するように、燃圧が高くなるほど、そして燃料噴射量が多くなるほど、燃料噴霧の運動量は大きくなる。すなわち、燃料噴霧の運動量を増大させる方法としては、例えば燃料噴射量を増量させてもよいし、燃圧を上昇させてもよい。もちろん、燃料噴射量を増量させ、かつ燃圧を上昇させてもよい。 FIG. 7 is a map showing the relationship between the momentum of the fuel spray, the fuel injection amount and the fuel pressure. As shown, as the fuel pressure increases and the fuel injection amount increases, the momentum of the fuel spray increases. That is, as a method of increasing the momentum of the fuel spray, for example, the fuel injection amount may be increased or the fuel pressure may be increased. Of course, the fuel injection amount may be increased and the fuel pressure may be increased.

タンブル流動強度は、吸気量が多いほど、つまりスロットルバルブ開度が大きいほど高くなる。そこで、スロットルバルブ開度が大きいほど、コントローラ100は燃圧または燃料噴射量の少なくとも一方を増大させる。 The tumble flow strength increases as the intake amount increases, that is, as the throttle valve opening increases. Therefore, as the throttle valve opening increases, the controller 100 increases at least one of the fuel pressure and the fuel injection amount.

また、スロットルバルブ開度が一定の場合には、エンジン回転速度が高いほどタンブル流動強度は高くなる。したがって、エンジン回転速度が高いほど、コントローラ100が燃圧または燃料噴射量の少なくとも一方を増大させるようにしてもよい。 Further, when the throttle valve opening is constant, the higher the engine speed, the higher the tumble flow intensity. Therefore, the controller 100 may increase at least one of the fuel pressure and the fuel injection amount as the engine speed increases.

以上説明した通り、本実施形態では、エンジン始動時に排気浄化触媒を早期活性化させるために超リタード成層燃焼を実行する。そして、超リタード成層燃焼の燃焼安定度を確保するために、圧縮前期噴射を行うことによりタンブル流動強度を低下させる。 As described above, in the present embodiment, super retarded stratified charge combustion is executed in order to early activate the exhaust purification catalyst when the engine is started. Then, in order to secure the combustion stability of the super-retarded stratified combustion, the tumble flow strength is reduced by performing the pre-compression injection.

ところで、高圧ポンプ41はエンジン1により駆動されるので、エンジン始動してから燃圧が上昇するまでに時間を要する。 By the way, since the high-pressure pump 41 is driven by the engine 1, it takes time from the start of the engine until the fuel pressure rises.

図8は、縦軸を燃圧、横軸を時間とした燃圧の挙動を示すタイミングチャートである。なお、図8の破線はエンジン回転速度を示している。 FIG. 8 is a timing chart showing the behavior of fuel pressure with the vertical axis representing fuel pressure and the horizontal axis representing time. The broken line in FIG. 8 indicates the engine rotation speed.

タイミングT0でクランキングを開始すると、高圧ポンプ41も作動開始する。タイミングT1は、高圧ポンプ41が加圧を一回行ったタイミングであり、タイミングT2は高圧ポンプ41が加圧を二回行ったタイミングである。燃圧はタイミングT1、タイミングT2で徐々に上昇する。タイミングT2の時点で、燃圧はエンジン始動のための燃料噴射が可能な大きさに到達しているものとする。 When the cranking is started at the timing T0, the high pressure pump 41 also starts operating. Timing T1 is the timing when the high pressure pump 41 performs the pressurization once, and timing T2 is the timing when the high pressure pump 41 performs the pressurization twice. The fuel pressure gradually increases at timing T1 and timing T2. It is assumed that the fuel pressure has reached a level at which fuel injection for engine start is possible at timing T2.

タイミングT2以降に燃料噴射を開始すると、燃圧は上下する。これは、多気筒のうちいずれかの燃料噴射弁9が開弁している間は燃圧が低下し、すべての燃料噴射弁9が閉弁している間は高圧ポンプ41によって燃圧が上昇するためである。 When fuel injection is started after timing T2, the fuel pressure rises and falls. This is because the fuel pressure decreases while one of the fuel injection valves 9 of the multi-cylinder is open, and the fuel pressure rises by the high-pressure pump 41 while all the fuel injection valves 9 are closed. Is.

タイミングT3の直前にエンジン1が運転を開始してエンジン回転速度が上昇すると、これに伴い燃圧も上昇する。 When the engine 1 starts operating immediately before the timing T3 and the engine rotation speed increases, the fuel pressure also increases accordingly.

このように、エンジン1が始動してから燃圧が上昇を開始するので、エンジン始動直後は燃圧が低い。そして、燃圧が低い状態では燃料噴霧の運動量が小さいため、圧縮前期噴射を行なってもタンブル流動強度を低下させる効果は小さい。 In this way, the fuel pressure starts increasing after the engine 1 is started, so the fuel pressure is low immediately after the engine is started. Further, since the momentum of the fuel spray is small when the fuel pressure is low, the effect of lowering the tumble flow strength is small even if the pre-compression injection is performed.

また、燃圧が低くなるほど、成層混合気を形成するために噴射した燃料は、ピストン3のキャビティ10に衝突した後に点火プラグ8の周りまで移動し難くなる。これらにより、燃圧が低い状態で超リタード成層燃焼を実行すると、燃焼安定度を確保できないおそれがある。一方、燃圧が十分に上昇するまで超リタード成層燃焼の開始を待つと、排気浄化触媒の活性化が遅れて排気性能が低下する。上述した燃焼安定度と燃圧との関係をまとめたものが図9である。 Further, as the fuel pressure becomes lower, the fuel injected to form the stratified mixture becomes more difficult to move around the spark plug 8 after colliding with the cavity 10 of the piston 3. As a result, if the super-retarded stratified charge combustion is performed in a state where the fuel pressure is low, there is a possibility that the combustion stability cannot be secured. On the other hand, if the start of super retarded stratified charge combustion is waited for until the fuel pressure rises sufficiently, activation of the exhaust purification catalyst is delayed and exhaust performance deteriorates. FIG. 9 summarizes the relationship between the combustion stability and the fuel pressure described above.

図9は、圧縮比を一定として上述した超リタード成層燃焼を行う場合における、燃焼安定度と燃圧との関係を示した図である。上述した通り、燃圧が低くなるほど燃焼安定度は低下する。図9の縦軸は燃焼安定度、横軸は燃圧である。ここでは、燃焼安定度が許容限界であるときの燃圧をP1とする。すなわち、図8におけるタイミングT3以降に、燃圧がP1に到達すれば安定して超リタード成層燃焼を行うことができる。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the combustion stability and the fuel pressure when performing the above-described super-retarded stratified charge combustion with a constant compression ratio. As described above, the lower the fuel pressure, the lower the combustion stability. The vertical axis of FIG. 9 is the combustion stability, and the horizontal axis is the fuel pressure. Here, the fuel pressure when the combustion stability is at the allowable limit is P1. That is, after the timing T3 in FIG. 8, if the fuel pressure reaches P1, super retarded stratified charge combustion can be stably performed.

次に、燃焼安定度と圧縮比との関係について説明する。 Next, the relationship between the combustion stability and the compression ratio will be described.

図10は、燃圧を一定とした場合におけるタンブル流動の強度と圧縮比との関係を示す図である。図10の縦軸はタンブル比、横軸はクランク角度である。なお、ここでいう「タンブル比」はタンブル流動の強度を示す指標である。図10の破線は圧縮比(ε)が10.5の場合を示し、実線は圧縮比(ε)が8の場合を示している。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the strength of the tumble flow and the compression ratio when the fuel pressure is constant. The vertical axis of FIG. 10 is the tumble ratio, and the horizontal axis is the crank angle. The “tumble ratio” here is an index showing the strength of the tumble flow. The broken line in FIG. 10 shows the case where the compression ratio (ε) is 10.5, and the solid line shows the case where the compression ratio (ε) is 8.

圧縮比が低いほどタンブル流動は生成され易く、また、強度が維持され易い。したがって、図10に示すように、1stピーク及び2ndピークのいずれも、圧縮比の低い方が高くなる。また、圧縮比の低い方がタンブル流動の強度が遅角側まで維持される。すなわち、燃焼安定度を確保するためには、圧縮比が低いほど圧縮前期噴射で噴射される燃料噴霧の運動量を大きくする必要がある。換言すると、圧縮比が高いほど燃焼安定度は向上する。 The lower the compression ratio, the more easily tumble flow is generated, and the more easily the strength is maintained. Therefore, as shown in FIG. 10, both the 1st peak and the 2nd peak have a higher compression ratio. Also, the lower the compression ratio, the more the strength of the tumble flow is maintained up to the retard side. That is, in order to secure the combustion stability, it is necessary to increase the momentum of the fuel spray injected in the early compression injection as the compression ratio is lower. In other words, the higher the compression ratio, the higher the combustion stability.

図11は、燃圧を一定として上述した超リタード成層燃焼を行う場合における、燃焼安定度と圧縮比との関係を示した図である。図11の縦軸は燃焼安定度、横軸は圧縮比である。図11に示す通り、圧縮比が高いほど燃焼安定度は向上する。ここでは、燃焼安定度が許容限界であるときの圧縮比をε1とする。つまり、圧縮比がε1より高ければ燃焼安定度を確保できる。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the combustion stability and the compression ratio when the above-described super-retarded stratified charge combustion is performed with the fuel pressure kept constant. The vertical axis of FIG. 11 is the combustion stability, and the horizontal axis is the compression ratio. As shown in FIG. 11, the higher the compression ratio, the higher the combustion stability. Here, the compression ratio when the combustion stability is at the allowable limit is ε1. That is, if the compression ratio is higher than ε1, combustion stability can be secured.

図12は、縦軸を燃焼安定度、横軸を有効燃圧として、上記の燃焼安定度、燃圧、及び圧縮比の関係をまとめた図である。図12において、ε1<ε2<ε3とする。 FIG. 12 is a diagram summarizing the above-mentioned relationship between the combustion stability, the fuel pressure, and the compression ratio, with the vertical axis representing combustion stability and the horizontal axis representing effective fuel pressure. In FIG. 12, ε1<ε2<ε3.

図12に示す通り、圧縮比が高くなるほど、燃焼安定度が許容限界となるときの燃圧は低くなる。すなわち、燃圧が低い状態でも、圧縮比を高めることによって燃焼安定度を確保し易くなる。そこで本実施形態では、エンジン始動直後のように燃圧が低い場合には、可変圧縮比機構を用いて圧縮比を上昇させることによって超リタード成層燃焼を速やかに開始する。 As shown in FIG. 12, the higher the compression ratio, the lower the fuel pressure when the combustion stability reaches the allowable limit. That is, even if the fuel pressure is low, it becomes easier to secure the combustion stability by increasing the compression ratio. Therefore, in the present embodiment, when the fuel pressure is low, such as immediately after the engine is started, the variable retardation ratio mechanism is used to increase the compression ratio, thereby rapidly starting the super retarded stratified charge combustion.

図13は、エンジン始動後に超リタード成層燃焼を速やかに開始するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはエンジン始動後に、例えば数ミリ秒周期で繰り返し実行される。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。 FIG. 13 is a flowchart showing a control routine for promptly starting the super retarded stratified charge combustion after the engine is started. This control routine is repeatedly executed, for example, in a cycle of several milliseconds after the engine is started. Hereinafter, description will be given according to the steps of the flowchart.

ステップS100で、コントローラ100は超リタード成層燃焼(FIR)の実行が許可されるか否かを判定する。超リタード成層燃焼が許可されるための条件は、例えば次の通りである。 In step S100, the controller 100 determines whether or not execution of super retarded stratified charge combustion (FIR) is permitted. The conditions for permitting the super retarded stratified charge combustion are as follows, for example.

まず、エンジン回転速度が一定になっていることが必要である。つまり、クランキングから初爆を経て上昇したエンジン回転速度が、アイドル回転速度に収束していることが必要である。また、油水温が所定温度以上であることが必要である。ここでいう所定温度は、いわゆる極低温か否かの閾値となる温度である。極低温の環境下では、エンジン1のフリクションが大きく、燃焼安定度が低下するため、超リタード成層燃焼を行わない。この他に、大気圧が所定圧以下であることも必要である。大気圧が低くなるほど、エンジン1に吸入される酸素量は減少するので、燃焼安定度は低下する。そこで、高地のように大気圧が低い場所では超リタード成層燃焼を行わない。なお、ステップS100の判定においては、上述した燃圧の不足については判定しない。 First, it is necessary that the engine speed be constant. That is, it is necessary that the engine rotation speed, which has risen from the cranking after the initial explosion, has converged to the idle rotation speed. Further, it is necessary that the oil water temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. The predetermined temperature mentioned here is a temperature that becomes a threshold value of whether it is a so-called extremely low temperature or not. In an extremely low temperature environment, the friction of the engine 1 is large and the combustion stability is lowered, so that the ultra-retarded stratified combustion is not performed. In addition to this, it is necessary that the atmospheric pressure is equal to or lower than a predetermined pressure. As the atmospheric pressure becomes lower, the amount of oxygen taken into the engine 1 decreases, so the combustion stability decreases. Therefore, super retarded stratification combustion is not performed in places where atmospheric pressure is low, such as in highlands. In addition, in the determination of step S100, the above-described lack of fuel pressure is not determined.

コントローラ100は、超リタード成層燃焼の実行が許可されればステップS110の処理を実行し、許可されなければ本ルーチンを終了する。 The controller 100 executes the process of step S110 if the execution of the super retarded stratified charge combustion is permitted, and ends the routine if not.

ステップS120で、コントローラ100は差圧ΔPがゼロより大きいか否かを判定する。差圧ΔPとは、圧縮比を増大させずに超リタード成層燃焼の燃焼安定度を確保し得る燃圧として設定する目標燃圧と、実燃圧との差である。なお、本ステップは、実燃圧が、エンジン始動時の圧縮比のまま超リタード成層燃焼の燃焼安定度を確保できる大きさになっているか否かを判定するものであればよい。例えば、エンジン始動時の圧縮比のまま超リタード成層燃焼の燃焼安定度を確保できる下限の燃圧よりも大きい燃圧を目標燃圧として設定した場合には、実燃圧が目標燃圧になっていなくても超リタード成層燃焼を許可し得る。目標燃圧と上記の下限の燃圧との差圧を所定値αとして、差圧ΔPが所定値αより大きいか否かを判定するようにしてもよい。 In step S120, the controller 100 determines whether the differential pressure ΔP is greater than zero. The differential pressure ΔP is the difference between the actual fuel pressure and the target fuel pressure that is set as the fuel pressure that can ensure the combustion stability of the super retarded stratified combustion without increasing the compression ratio. It should be noted that this step only needs to determine whether or not the actual fuel pressure has a magnitude that can secure the combustion stability of the super-retarded stratified charge combustion with the compression ratio at the time of engine start. For example, if the target fuel pressure is set to a fuel pressure that is higher than the lower limit fuel pressure that can ensure the combustion stability of super retarded stratified combustion with the compression ratio at engine startup, even if the actual fuel pressure does not reach the target fuel pressure, Retardation stratified combustion may be permitted. The pressure difference between the target fuel pressure and the above lower limit fuel pressure may be set to a predetermined value α, and it may be determined whether or not the pressure difference ΔP is larger than the predetermined value α.

ステップS120で、コントローラ100は、タンブル流動強度を低下させるのに不足するエネルギ(不足エネルギβ)を演算する。ここで、不足エネルギβについて説明する。 In step S120, the controller 100 calculates the energy (insufficient energy β) that is insufficient to reduce the tumble flow intensity. Here, the insufficient energy β will be described.

タンブル流動は筒内におけるガスの回転運動なので、タンブル流動の運動エネルギEairは、吸入空気の慣性モーメントIと各加速度ωとを用いて、式(1)で表される。 Since the tumble flow is the rotational movement of the gas in the cylinder, the kinetic energy Eair of the tumble flow is expressed by the equation (1) using the inertia moment I of the intake air and each acceleration ω.

Eair=1/2 Iω2 ・・・(1)
一方、燃料噴霧は直線運動するので、圧縮前期噴射された燃料噴霧の運動エネルギEsprayは、燃料噴霧の重量m及び速度vを用いて、式(2)で表される。
Eair=1/2 Iω 2 (1)
On the other hand, since the fuel spray makes a linear motion, the kinetic energy Espray of the fuel spray injected in the previous compression period is expressed by the equation (2) using the weight m and the speed v of the fuel spray.

Espray=1/2 mv2 ・・・(2)
目標燃圧で圧縮前期噴射した場合の燃料噴霧の運動エネルギをEspray_tとすると、圧縮前期噴射により燃焼安定度を確保し得る程度まで強度が低下したタンブル流動の運動エネルギEtum1は、式(3)で表される。
Espray=1/2 mv 2 (2)
If the kinetic energy of the fuel spray at the time of the pre-compression injection at the target fuel pressure is Espray_t, the kinetic energy Etum1 of the tumble flow whose strength has decreased to the extent that combustion stability can be secured by the pre-compression injection is given by the formula (3). To be done.

Etum1=Eair−Espray_t ・・・(3)
これに対し、実燃圧で圧縮前期噴射した場合の燃料噴霧の運動エネルギをEspray_rとすると、圧縮前期噴射により強度が低下したタンブル流動の運動エネルギEtum2は、式(4)で表される。
Etum1=Eair-Espray_t (3)
On the other hand, when the kinetic energy of the fuel spray when the pre-compression injection is performed at the actual fuel pressure is Espray_r, the kinetic energy Etum2 of the tumble flow whose strength is reduced by the pre-compression injection is expressed by the equation (4).

Etum2=Eair−Espray_r ・・・(4)
すなわち、不足エネルギβは、Etum1とEtum2との差ということになる。
Etum2=Eair-Espray_r (4)
That is, the energy deficit β is the difference between Etum1 and Etum2.

上記のようにして不足エネルギβを算出したら、コントローラ100はステップS130において不足エネルギβに応じた圧縮比を演算する。具体的には、図13に示すような不足エネルギβと圧縮比εとの関係を設定したテーブルを予め作成しておき、これを検索することによって圧縮比εを求める。なお、不足エネルギβが大きくなるほど圧縮比εは大きくなる。 After calculating the insufficient energy β as described above, the controller 100 calculates the compression ratio according to the insufficient energy β in step S130. Specifically, a table in which the relationship between the insufficient energy β and the compression ratio ε as shown in FIG. 13 is set is created in advance, and the compression ratio ε is obtained by searching this table. The compression ratio ε increases as the insufficient energy β increases.

ステップS140で、コントローラ100は、ステップS130で演算した圧縮比εを目標圧縮比として設定する。 In step S140, the controller 100 sets the compression ratio ε calculated in step S130 as the target compression ratio.

可変圧縮比機構VCRは、原則的には本制御ルーチンと並行して実行される別の制御ルーチンによって設定された基本目標圧縮比に基づいて制御される。ステップS100やS110において判定結果がnoの場合には、コントローラ100は基本目標圧縮比に基づいて可変圧縮比機構VCRを制御する。しかし、ステップS110の判定結果がyesの場合には、コントローラ100は基本目標圧縮比に替えて、ステップS140で設定した目標圧縮比に基づいて可変圧縮比機構VLEを制御する。 The variable compression ratio mechanism VCR is basically controlled based on the basic target compression ratio set by another control routine executed in parallel with this control routine. If the determination result in step S100 or S110 is no, the controller 100 controls the variable compression ratio mechanism VCR based on the basic target compression ratio. However, if the determination result in step S110 is yes, the controller 100 controls the variable compression ratio mechanism VLE based on the target compression ratio set in step S140 instead of the basic target compression ratio.

図14は、上述した制御を実行した場合のタイミングチャートである。なお、燃圧及びエンジン回転速度のチャートは、図8に比べて簡略化してある。 FIG. 14 is a timing chart when the above control is executed. The chart of the fuel pressure and the engine rotation speed is simplified as compared with FIG.

タイミングT1でクランキングを開始し、タイミングT2で火花点火を行うと、エンジン回転速度が上昇し、これに伴って燃圧も上昇する。タイミングT3でエンジン回転速度がアイドル回転速度に収束し、超リタード成層燃焼が許可される。ただし、タイミングT3においては燃圧が目標燃圧に達していないので、圧縮比は図13のステップS140で設定された目標圧縮比に制御される。 When cranking is started at timing T1 and spark ignition is performed at timing T2, the engine rotation speed increases, and the fuel pressure also increases accordingly. At timing T3, the engine rotation speed converges to the idle rotation speed, and super retarded stratified combustion is permitted. However, at timing T3, the fuel pressure has not reached the target fuel pressure, so the compression ratio is controlled to the target compression ratio set in step S140 of FIG.

タイミングT4で燃圧が目標燃圧に達すると、図13のステップS110における判定結果がnoになるので、圧縮比は基本目標圧縮比に制御される。 When the fuel pressure reaches the target fuel pressure at timing T4, the determination result in step S110 of FIG. 13 becomes no, so the compression ratio is controlled to the basic target compression ratio.

なお、図13のステップS130に示した不足エネルギβと圧縮比εとの関係を示すテーブルは、燃焼安定度に基づいて設定したものである。しかし、図15に示す通り、圧縮比を高めるほどHC排出量[ppm]が増大する。これは、圧縮比が高くなるほど筒内のガスボリュームが小さくなるので、HCの生成量が同じでもガスボリューム当たりのHC量で評価するHC排出量[ppm]が増大するためである。そこで、燃焼安定度が確保できる範囲で、HC排出量がより少なくなるように目標圧縮比を補正するようにしてもよい。 The table showing the relationship between the insufficient energy β and the compression ratio ε shown in step S130 of FIG. 13 is set based on the combustion stability. However, as shown in FIG. 15, the HC emission amount [ppm] increases as the compression ratio increases. This is because the gas volume in the cylinder becomes smaller as the compression ratio becomes higher, so that the HC emission amount [ppm] evaluated by the HC amount per gas volume increases even if the HC production amount is the same. Therefore, the target compression ratio may be corrected so that the HC emission amount becomes smaller within a range where the combustion stability can be secured.

また、図13の制御ルーチンでは、ステップS110の判定結果がnoになるまで、つまり燃圧が目標燃圧に達するまで、目標圧縮比は一定の大きさに維持される。しかし、ステップS140で設定した目標圧縮比を、演算の度に油水温に応じて補正するようにしてもよい。図16は、油水温と燃焼安定度との関係を示す図である。ここでいう油水温とはエンジン1の潤滑油または冷却水の温度である。図16に示すように、油水温が高くなるほど燃焼安定度は向上する。これは油水温が高いほどエンジン1のフリクションが低下するためである。エンジン1を冷機始動した場合、油水温は始動後の経過時間に応じて上昇するので、燃焼安定度はエンジン始動後の経過時間に応じて徐々に向上する。そこで、ステップS140で設定した目標圧縮比を、演算の度に油水温に応じて補正することで、圧縮比を低下させることができる。これにより、HC排出量を低減することができる。 Further, in the control routine of FIG. 13, the target compression ratio is maintained at a constant magnitude until the determination result of step S110 becomes no, that is, until the fuel pressure reaches the target fuel pressure. However, the target compression ratio set in step S140 may be corrected each time the calculation is performed, depending on the oil/water temperature. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the oil water temperature and the combustion stability. The oil water temperature mentioned here is the temperature of the lubricating oil or cooling water of the engine 1. As shown in FIG. 16, the combustion stability increases as the oil water temperature increases. This is because the higher the oil/water temperature, the lower the friction of the engine 1. When the engine 1 is cold-started, the oil-water temperature rises according to the elapsed time after the start, so that the combustion stability gradually improves according to the elapsed time after the engine starts. Therefore, it is possible to reduce the compression ratio by correcting the target compression ratio set in step S140 according to the oil/water temperature at each calculation. As a result, the amount of HC discharged can be reduced.

図17は、目標圧縮比を油水温に基づいて補正する場合のタイミングチャートの一例である。ここでは、タイミングT3で設定した目標圧縮比1が、タイミングT3.5において目標圧縮比1よりも低い目標圧縮比2に補正されている。なお、図17のようなステップ的な変化に限定されるわけではなく、タイミングT3からタイミングT4まで連続的に低下するように変化させてもよい。 FIG. 17 is an example of a timing chart when the target compression ratio is corrected based on the oil/water temperature. Here, the target compression ratio 1 set at the timing T3 is corrected to the target compression ratio 2 lower than the target compression ratio 1 at the timing T3.5. It is not limited to the stepwise change as shown in FIG. 17, but may be changed so as to continuously decrease from the timing T3 to the timing T4.

以上のように本実施形態の制御は、筒内にガス流動を形成し、点火プラグ周りで燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射を圧縮行程以降に行い、燃料噴射で噴射された燃料が形成する混合気に火花点火するものである。当該制御では、圧縮行程中であって燃料噴射の前に実行する、ガス流動を燃焼が安定する方向に変化させるための圧縮前期噴射を行う。そして、圧縮前期噴射だけではガス流動を燃焼が安定するところまで変化させることができない場合に、有効圧縮比を変更する圧縮比制御を実行する。具体的には、圧縮比制御として、ガス流動を燃焼が安定するところまで変化させるために必要な所定燃圧と実燃圧との差に応じて有効圧縮比を上昇させる。これにより、エンジン始動直後のように燃圧が低い状態でも燃焼安定度の低下を抑制することができる。 As described above, the control of the present embodiment performs the fuel injection that forms the gas flow in the cylinder and injects the fuel to be burned around the spark plug after the compression stroke, and mixes the fuel injected by the fuel injection. It ignites a spark. In the control, the pre-compression injection for changing the gas flow toward the stable combustion, which is executed before the fuel injection during the compression stroke, is performed. Then, when it is not possible to change the gas flow to the point where combustion is stabilized by only the first compression injection, the compression ratio control for changing the effective compression ratio is executed. Specifically, as the compression ratio control, the effective compression ratio is increased according to the difference between the predetermined fuel pressure and the actual fuel pressure required to change the gas flow to the point where combustion is stabilized. As a result, even when the fuel pressure is low, such as immediately after the engine is started, it is possible to suppress a decrease in combustion stability.

本実施形態では、エンジン1は機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構VCRを備える。そして、圧縮比制御として、コントローラ100は可変圧縮比機構VCRにより機械圧縮比を上昇させる。機械圧縮比が上昇すれば、当然、有効圧縮比が上昇するので、燃焼安定度の低下を抑制できる。 In this embodiment, the engine 1 includes a variable compression ratio mechanism VCR that changes the mechanical compression ratio. Then, as the compression ratio control, the controller 100 raises the mechanical compression ratio by the variable compression ratio mechanism VCR. If the mechanical compression ratio rises, the effective compression ratio naturally rises, so that the decrease in combustion stability can be suppressed.

本実施形態では、上昇させた有効圧縮比を、実燃圧が上昇したら低下させてもよい。圧縮比が低下することで排気温度が上昇するので、超リタード成層燃焼による排気浄化触媒の暖機促進効果が高まる。また、HCやPNの排出量を低減することもできる。 In the present embodiment, the increased effective compression ratio may be decreased when the actual fuel pressure increases. Since the exhaust temperature rises as the compression ratio decreases, the effect of promoting warm-up of the exhaust purification catalyst by super retarded stratified combustion is enhanced. It is also possible to reduce the amount of HC and PN emitted.

本実施形態では、一旦上昇させた有効圧縮比を低下させる際に、実燃圧の上昇に応じて段階的に低下させるようにしてもよい。これによれば、燃圧が目標燃圧に到達する前に燃焼安定度を確保しつつ有効圧縮比を低下させることができるので、上記の排気浄化触媒の暖機促進やHC等の排出量低減といった効果をより高めることができる。 In the present embodiment, when the effective compression ratio that has been once increased is decreased, it may be decreased stepwise according to the increase in the actual fuel pressure. According to this, the effective compression ratio can be lowered while ensuring the combustion stability before the fuel pressure reaches the target fuel pressure, so that the effect of promoting warm-up of the exhaust purification catalyst and reducing the emission amount of HC and the like can be obtained. Can be increased.

(第2実施形態)
本実施形態は、燃圧が低い状態において圧縮比を高めることによって燃焼安定度を確保するという技術的思想においては第1実施形態と同様であるが、圧縮比を変更する方法が第1実施形態とは異なる。すなわち、図13のステップS140で設定した目標圧縮比を実現する方法が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second embodiment)
This embodiment is the same as the first embodiment in the technical idea of ensuring combustion stability by increasing the compression ratio in the state where the fuel pressure is low, but the method of changing the compression ratio is the same as that of the first embodiment. Is different. That is, the method of realizing the target compression ratio set in step S140 of FIG. 13 differs from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.

第1実施形態では、可変圧縮比機構VCRを用いて機械圧縮比を変化させるが、本実施形態では、可変動弁機構20を用いてバルブタイミングを変更することによって、有効圧縮比を変化させる。 In the first embodiment, the mechanical compression ratio is changed using the variable compression ratio mechanism VCR, but in the present embodiment, the effective compression ratio is changed by changing the valve timing using the variable valve mechanism 20.

図18は、バルブタイミング図である。図中のIVOは吸気バルブ6の開タイミング、IVCは吸気バルブ6の閉タイミング、EVOは排気バルブ7の開タイミング、EVCは排気バルブ7の閉タイミングである。図18の左図は、一般的なエンジン制御と同様に冷却水温等に基づいて設定される基本バルブタイミングを示している。基本バルブタイミングは、図13の制御ルーチンと並行して実行される別の制御ルーチンによって設定される。 FIG. 18 is a valve timing chart. In the figure, IVO is the opening timing of the intake valve 6, IVC is the closing timing of the intake valve 6, EVO is the opening timing of the exhaust valve 7, and EVC is the closing timing of the exhaust valve 7. The left diagram of FIG. 18 shows the basic valve timing that is set based on the cooling water temperature and the like as in general engine control. The basic valve timing is set by another control routine executed in parallel with the control routine of FIG.

この基本バルブタイミングから、図18の右図のように吸気バルブ6の閉タイミングを下死点側へずらすと、つまり進角させると、いわゆる有効圧縮比が上昇する。これにより、機械圧縮比を上昇させる第1実施形態と同様の効果が得られる。 When the closing timing of the intake valve 6 is shifted from the basic valve timing to the bottom dead center side as shown in the right figure of FIG. 18, that is, when the intake valve 6 is advanced, the so-called effective compression ratio increases. As a result, the same effect as that of the first embodiment in which the mechanical compression ratio is increased can be obtained.

図19は、有効圧縮比と吸気バルブ6の閉タイミングとの関係を示す図である。図19に示す通り、吸気バルブ6の閉タイミングが下死点に近づくほど有効圧縮比は上昇する。そこで本実施形態では、コントローラ100は、図13のステップS140で設定した目標圧縮比となるように、吸気側の可変動弁機構20を用いて吸気バルブ6の閉タイミングを制御する。 FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the effective compression ratio and the closing timing of the intake valve 6. As shown in FIG. 19, the effective compression ratio increases as the closing timing of the intake valve 6 approaches the bottom dead center. Therefore, in the present embodiment, the controller 100 controls the closing timing of the intake valve 6 by using the variable valve mechanism 20 on the intake side so that the target compression ratio set in step S140 of FIG. 13 is achieved.

ところで、可変動弁機構20が、クランクシャフト14に対するカムシャフトの回転位相を変化させる構成の場合には、吸気バルブ6の閉タイミングを進角させると、その進角量だけ吸気バルブ6の開タイミングも進角する。その結果、バルブオーバーラップ期間が増大する。バルブオーバーラップ期間が増大するほど、燃焼後に筒内に残留するガス(以下、「残留ガス」ともいう)の量が増加する。残留ガスが多くなるほど燃焼安定度は低下する。したがって、図20に示す通り、バルブオーバーラップ期間が長くなるほど燃焼安定度は低下する。 By the way, in the case where the variable valve mechanism 20 is configured to change the rotation phase of the camshaft with respect to the crankshaft 14, when the closing timing of the intake valve 6 is advanced, the opening timing of the intake valve 6 is increased by the advanced amount. Also advances. As a result, the valve overlap period increases. As the valve overlap period increases, the amount of gas (hereinafter, also referred to as “residual gas”) remaining in the cylinder after combustion increases. The combustion stability decreases as the residual gas increases. Therefore, as shown in FIG. 20, the combustion stability decreases as the valve overlap period increases.

すなわち、吸気バルブ6の閉タイミングを進角して有効圧縮比を上昇させることで、タンブル流動強度を低下させて燃焼安定度を高める効果が得られるが、残留ガスの増加という、その効果を弱める要因も発生する。 That is, by advancing the closing timing of the intake valve 6 to raise the effective compression ratio, the effect of lowering the tumble flow intensity and increasing the combustion stability can be obtained, but the effect of increasing the residual gas is weakened. Factors also occur.

そこで、吸気バルブ6の閉タイミングを進角する場合には、バルブオーバーラップ期間が変化しないように、排気側の可変動弁機構20を用いて排気バルブ7の開タイミングを進角させるようにしてもよい。これによれば、吸気バルブ6の閉タイミングの進角に伴う残留ガスの増加を抑制することができる。 Therefore, when advancing the closing timing of the intake valve 6, the opening timing of the exhaust valve 7 is advanced by using the variable valve mechanism 20 on the exhaust side so that the valve overlap period does not change. Good. According to this, it is possible to suppress an increase in the residual gas due to the advance of the closing timing of the intake valve 6.

以上のように本実施形態では、可変動弁機構20により吸気バルブ6の閉タイミングを進角して有効圧縮比を上昇させる。これにより、可変圧縮比機構VCRを用いて機械圧縮比を変更する場合と同様の効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, the variable valve mechanism 20 advances the closing timing of the intake valve 6 to raise the effective compression ratio. As a result, the same effect as when changing the mechanical compression ratio using the variable compression ratio mechanism VCR is obtained.

本実施形態では、吸気バルブ6の閉タイミングを進角するとともに、吸気バルブ6の閉タイミングを進角してもバルブオーバーラップ期間が変化しないように排気バルブ7の開タイミングを進角するようにしてもよい。これによれば、バルブオーバーラップ期間の増大による残留ガスの増加を抑制することができる。 In the present embodiment, the opening timing of the exhaust valve 7 is advanced and the opening timing of the exhaust valve 7 is advanced so that the valve overlap period does not change even if the closing timing of the intake valve 6 is advanced. May be. According to this, the increase of the residual gas due to the increase of the valve overlap period can be suppressed.

なお、上述した各実施形態では超リタード成層燃焼を実行する場合について説明したが、これに限られるわけではない。厳密には成層状態になっていなくても、点火プラグ周りに集中的に混合気を形成して点火する燃焼形態であれば、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。 In each of the above-described embodiments, the case where the super retarded stratified charge combustion is performed has been described, but the present invention is not limited to this. Strictly speaking, even if it is not in the stratified state, if it is a combustion mode in which the air-fuel mixture is concentratedly formed around the ignition plug and ignited, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

1 筒内直噴式内燃機関(エンジン)
3 ピストン
6 吸気バルブ
7 排気バルブ
8 点火プラグ
9 燃料噴射弁
20 可変動弁機構
40 コモンレール
100 コントローラ
1 In-cylinder direct injection internal combustion engine (engine)
3 Piston 6 Intake valve 7 Exhaust valve 8 Spark plug 9 Fuel injection valve 20 Variable valve mechanism 40 Common rail 100 Controller

Claims (8)

筒内にガス流動を形成し、
吸気行程の前半に筒内全域にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する第1の燃料噴射を行い、
点火プラグ周りにストイキよりもリッチな混合気を形成する第2の燃料噴射を圧縮行程以降に行い、
前記第2の燃料噴射で噴射された燃料が形成する混合気に火花点火する、
筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
圧縮行程中であって前記第2の燃料噴射の前に実行する燃料噴射であって前記ガス流動の強度が高いほど噴射される燃料噴霧の運動量を大きくすることで前記ガス流動を燃焼が安定する強度まで弱めるための圧縮前期噴射と、
エンジン始動後であって前記ガス流動の強度に応じた前記燃料噴霧の運動量を確保できない程度に燃圧が低いために、前記圧縮前期噴射だけでは燃焼安定度を確保できるところまで前記ガス流動を弱めることができない場合に実行する、前記筒内直接噴射式内燃機関の有効圧縮比を上昇させる圧縮比制御と、
を含むことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
Form a gas flow in the cylinder,
In the first half of the intake stroke, the first fuel injection that forms a leaner homogeneous mixture than stoichiometric is performed in the entire cylinder,
The second fuel injection that forms a mixture richer than stoichiometric around the spark plug is performed after the compression stroke,
Spark ignition to a mixture formed by the fuel injected in the second fuel injection,
In the control method of the direct injection type internal combustion engine,
A fuel injection even during the compression stroke is executed before the second fuel injection, the combustion of the gas flow by increasing the momentum of the fuel spray intensity of the gas flow is higher injection stability Compression pre-injection to weaken the strength to
For even after the engine start fuel pressure is low enough not be ensured momentum of the fuel spray corresponding to the intensity of the gas flow, the only compression early injection is Ru weaken the gas flow to the point where that can ensure combustion stability When it is not possible to perform, compression ratio control for increasing the effective compression ratio of the direct injection type internal combustion engine,
A method of controlling a direct injection type internal combustion engine, comprising:
請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記圧縮比制御は、前記ガス流動を燃焼が安定するところまで弱めるために必要な所定燃圧と実際の燃圧との差が大きいほど、前記有効圧縮比を大きく上昇させる制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection internal combustion engine, according to claim 1,
The compression ratio control, the higher the combustion gas flow is large difference between the actual fuel pressure to a predetermined fuel pressure required in order weakened until it stabilizes, the is control that greatly increase the effective compression ratio cylinder direct injection Method for controlling internal combustion engine.
請求項2に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記筒内直接噴射式内燃機関は、機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構をさらに備え、
前記圧縮比制御は、前記可変圧縮比機構により機械圧縮比を上昇させる制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection type internal combustion engine according to claim 2,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine further comprises a variable compression ratio mechanism for changing a mechanical compression ratio,
The compression ratio control is a control method for a direct injection type internal combustion engine, which is a control for increasing a mechanical compression ratio by the variable compression ratio mechanism.
請求項2に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記筒内直接噴射式内燃機関は、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させることでバルブタイミングを変更する可変動弁機構をさらに備え、
前記圧縮比制御は、前記可変動弁機構により吸気バルブの閉タイミングを下死点通過後から前記下死点に近づくよう進角して前記有効圧縮比を上昇させる制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection type internal combustion engine according to claim 2,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine further includes a variable valve mechanism that changes valve timing by changing rotational phases of an intake camshaft and an exhaust camshaft with respect to a crankshaft ,
The compression ratio control, the variable valve mechanism by direct in-cylinder is controlled to the closing timing after bottom dead center passes to advance to approach the bottom dead center raises the effective compression ratio of the intake valve injection Internal combustion engine control method.
請求項4に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記圧縮比制御は、前記吸気バルブの閉タイミングを進角するとともに、バルブオーバーラップ期間が変化しないように排気バルブの開タイミングを進角する制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection type internal combustion engine, according to claim 4,
The compression ratio control is a control method for a direct injection type internal combustion engine, wherein the closing timing of the intake valve is advanced and the opening timing of the exhaust valve is advanced so that the valve overlap period does not change .
請求項2から5のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記圧縮比制御は、上昇させた前記有効圧縮比を、前記実際の燃圧が目標燃圧に到達したら上昇させる前の前記有効圧縮比まで低下させる制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection type internal combustion engine, according to any one of claims 2 to 5,
The control method for a cylinder direct injection internal combustion engine, wherein the compression ratio control is a control for decreasing the increased effective compression ratio to the effective compression ratio before being increased when the actual fuel pressure reaches a target fuel pressure .
請求項6に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御方法において、
前記圧縮比制御は、前記有効圧縮比を低下させる際に、前記実際の燃圧の上昇中に油水温が高くなるほど段階的に低下させる制御である筒内直接噴射式内燃機関の制御方法。
The control method for a direct injection internal combustion engine, according to claim 6,
The compression ratio control is a control method for a direct injection type internal combustion engine, which is a control in which, when the effective compression ratio is decreased , the oil water temperature is gradually increased while the actual fuel pressure is being increased .
筒内にタンブル流動が形成されるよう配置した吸気通路と、
筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料が形成する混合気に火花点火する点火装置と、
吸気行程の前半に筒内全域にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する第1の燃料噴射を行い、点火プラグ周りにストイキよりもリッチな混合気を形成する第2の燃料噴射を圧縮行程以降に行う制御部と、
を備える筒内直接噴射式内燃機関の制御装置において、
前記制御部が、圧縮行程中であって前記第2の燃料噴射の前に実行する燃料噴射であって前記タンブル流動の強度が高いほど噴射される燃料噴霧の運動量を大きくすることで前記タンブル流動を燃焼が安定する方向に変化させる圧縮前期噴射と、エンジン始動後であって前記タンブル流動の強度に応じた前記燃料噴霧の運動量を確保できない程度に燃圧が低いために、前記圧縮前期噴射だけでは前記タンブル流動を燃焼が安定するところまで変化させることができない場合に実行する、前記筒内直接噴射式内燃機関の有効圧縮比を上昇させる圧縮比制御と、
を行うことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
An intake passage arranged so that a tumble flow is formed in the cylinder;
A fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder,
An igniter for spark igniting a mixture formed by the fuel injected from the fuel injection valve,
In the first half of the intake stroke, the first fuel injection that forms a homogeneous mixture that is leaner than stoichiometry is performed throughout the cylinder, and the second fuel injection that forms a mixture that is richer than stoichiometry around the spark plug is compressed. After that, the control unit
In a control device for a direct injection internal combustion engine, which comprises:
Wherein the control unit is a fuel injection to be executed even during the compression stroke before the second fuel injection, the tumble by increasing the momentum of the fuel spray strength of the tumble flow is higher injection The pre-compression pre-injection that changes the flow in a direction that stabilizes combustion and the pre-compression pre-injection only after the engine is started and the fuel pressure is so low that the momentum of the fuel spray corresponding to the strength of the tumble flow cannot be secured. Then, in the case where the tumble flow cannot be changed to a place where combustion becomes stable, a compression ratio control for increasing the effective compression ratio of the in-cylinder direct injection internal combustion engine,
A control device for a direct injection type internal combustion engine, comprising:
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