JP6835003B2 - Engine control - Google Patents

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本発明は、燃焼室が形成された気筒を備え、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が前記燃焼室内で自着火する圧縮自着火燃焼が所定の条件下で実行されるエンジンの制御装置に関する。 The present invention comprises a cylinder in which a combustion chamber is formed, and a control device for an engine in which compression self-ignition combustion in which a mixture of gasoline-containing fuel and air self-ignites in the combustion chamber is executed under predetermined conditions. Regarding.

従来、エンジンの分野では、ノッキングが発生するのを防止するための種々の対策が行われている。具体的には、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高い条件では、主たる燃焼とは別に燃焼室の外周部等において燃料と空気との混合気が自着火燃焼し、高い圧力波が生じてノッキングつまりシリンダやピストンの振動が生じる。ノッキングが生じると、騒音が増大するとともにピストン等が損傷するおそれがあり、これを防止することが求められている。 Conventionally, in the field of engines, various measures have been taken to prevent knocking from occurring. Specifically, under the condition that the engine load is high and the temperature in the combustion chamber is high, the mixture of fuel and air self-ignites and burns in the outer periphery of the combustion chamber separately from the main combustion, and a high pressure wave is generated and knocking occurs. That is, the cylinder and piston vibrate. When knocking occurs, noise may increase and the piston or the like may be damaged, and it is required to prevent this.

例えば、特許文献1には、燃焼室内で混合気が酸化反応を開始する前に、燃焼室内に水を噴射して燃焼室内の温度を低下させ、これによりノッキングを防止するエンジンが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an engine that injects water into a combustion chamber to lower the temperature in the combustion chamber before the air-fuel mixture starts an oxidation reaction in the combustion chamber, thereby preventing knocking. ..

特開2016−065461号公報JP-A-2016-065461

特許文献1の構成では、燃焼室内で酸化反応が開始する前という比較的早いタイミングに水が燃焼室内に供給される。そのため、この水によって燃焼室内のガス全体の温度が低くされてしまい、圧縮端温度が低くなってエンジントルクが低くなる(燃費性能が悪化する)。 In the configuration of Patent Document 1, water is supplied to the combustion chamber at a relatively early timing, that is, before the oxidation reaction starts in the combustion chamber. Therefore, this water lowers the temperature of the entire gas in the combustion chamber, lowers the compression end temperature, and lowers the engine torque (fuel efficiency deteriorates).

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃費性能を良好にしつつノッキングの発生を抑制することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an engine control device capable of suppressing the occurrence of knocking while improving fuel efficiency.

前記課題を解決するために、本発明は、燃焼室が形成された気筒を備え、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が前記燃焼室内で自着火する圧縮自着火燃焼が、点火アシストを伴って所定の条件下で実行されるエンジンの制御装置であって、前記燃焼室内でのノッキングの発生を、前記燃焼室内での混合気の低温酸化反応の発生度合いに基づいて予測するノック判定手段と、前記燃焼室内に30MPa以上の噴射圧で流体を噴射する流体噴射手段とを備え、前記流体噴射手段は、エンジン負荷が予め設定された基準負荷以上であってエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の高負荷低速の運転領域において、前記ノック判定手段によってノッキングの発生が予測される低温酸化反応が検出されると、前記燃焼室内で混合気の低温酸化反応が生じている期間中または前記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じている期間の前半に、前記燃焼室内に流体を噴射する、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, and compression self-ignition combustion in which a mixture of fuel containing gasoline and air self-ignites in the combustion chamber assists ignition. with and a control device for an engine that runs under predetermined conditions, the knock determination means for the occurrence of knocking in the combustion chamber, is predicted based on the degree of occurrence of low-temperature oxidation reaction of the mixture in the combustion chamber The combustion chamber is provided with a fluid injection means for injecting fluid at an injection pressure of 30 MPa or more, and the fluid injection means has an engine load equal to or higher than a preset reference load and an engine rotation speed is preset. When a low-temperature oxidation reaction in which knocking is predicted to occur is detected by the knock determination means in a high-load, low-speed operation region lower than the reference speed, during the period during which the low-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture is occurring in the combustion chamber. Alternatively, an engine control device is provided, characterized in that a fluid is injected into the combustion chamber during the first half of a period during which a high-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture occurs in the combustion chamber (claim 1).

ノッキングは、燃焼室の外周部等に存在する混合気が局所的に高温となって自着火して燃焼することで生じる。 Knocking occurs when the air-fuel mixture existing on the outer periphery of the combustion chamber becomes locally hot and self-ignites and burns.

これに対して、この構成では、ノッキングの発生が予測または検出されると、燃焼室内で混合気の低温酸化反応が生じている期間中または混合気の高温酸化反応が生じている期間の前半に、30MPa以上の高圧で燃焼室内に流体が噴射される。従って、燃焼室内で低温酸化反応が生じる程度に燃焼室内の温度が高くなり、燃焼室の外周部等において局所的に混合気が自着火可能な程度にまで昇温された可能性の高いときに、この混合気を高圧で噴射された流体の噴霧によって撹拌して、局所的な高温部や混合気の過濃部を少なくすることができる。従って、例えば、水の気化潜熱等により燃焼室の混合気全体の温度を低下させることなく、ノッキングの発生を抑制することができる。これより、この構成によれば、燃費性能を良好にしつつノッキングの発生を抑制できる。特に、この構成では、高温酸化反応が生じている期間の前半が終了するまでに燃焼室内に流体が噴射される。そのため、より確実に、局所的に混合気の自着火が開始するまでにこの混合気を撹拌してノッキングの発生を抑制することができる。 On the other hand, in this configuration, when the occurrence of knocking is predicted or detected, it is during the period during which the low temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture is occurring in the combustion chamber or during the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture is occurring. The fluid is injected into the combustion chamber at a high pressure of 30 MPa or more. Therefore, when the temperature in the combustion chamber becomes high enough to cause a low-temperature oxidation reaction in the combustion chamber, and it is highly possible that the air-fuel mixture is locally raised to the extent that self-ignition is possible in the outer periphery of the combustion chamber. , This air-fuel mixture can be agitated by spraying a fluid jetted at high pressure to reduce local high temperature parts and excessively concentrated parts of the air-fuel mixture. Therefore, for example, the occurrence of knocking can be suppressed without lowering the temperature of the entire air-fuel mixture in the combustion chamber due to the latent heat of vaporization of water or the like. From this, according to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of knocking while improving the fuel efficiency performance. In particular, in this configuration, the fluid is injected into the combustion chamber by the end of the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction occurs. Therefore, it is possible to more reliably agitate the air-fuel mixture before the self-ignition of the air-fuel mixture starts locally and suppress the occurrence of knocking.

前記構成において、前記流体噴射手段は、前記燃焼室内に燃料を噴射するものであり、エンジントルクの生成用に燃料を噴射するメイン噴射を実施するとともに、前記メイン噴射の終了後、当該メイン噴射によって前記燃焼室に噴射された燃料と空気との混合気の低温酸化反応が生じている期間中または当該混合気の高温酸化反応が生じている期間の前半に、前記燃焼室内に燃料を噴射するのが好ましい(請求項2)。 In the above configuration, the fluid injection means injects fuel into the combustion chamber, performs main injection for injecting fuel for generating engine torque, and after the end of the main injection, by the main injection. Fuel is injected into the combustion chamber during the period during which the low temperature oxidation reaction of the fuel and air injected into the combustion chamber occurs or during the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture occurs. Is preferable (claim 2).

この構成によれば、エンジントルクを得るための燃料噴射を実施する燃料噴射手段を利用して、ノッキング抑制のための流体を燃焼室に噴射することができる。従って、燃料以外の流体を燃焼室に噴射する場合に比べて、エンジンの構造を簡素化することができる。 According to this configuration, a fluid for suppressing knocking can be injected into the combustion chamber by utilizing a fuel injection means for performing fuel injection for obtaining engine torque. Therefore, the structure of the engine can be simplified as compared with the case where a fluid other than fuel is injected into the combustion chamber.

ここで、混合気の高温酸化反応つまり燃焼が生じている状態で多量の燃料を噴射すると、噴射した燃料が十分に空気と混合しない状態で燃えることで煤が増大するおそれがある。 Here, if a large amount of fuel is injected in a state where a high-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture, that is, combustion occurs, the injected fuel may burn in a state where it is not sufficiently mixed with air, and soot may increase.

そのため、前記構成において、前記低温酸化反応が生じている期間中または前記高温酸化反応が生じている期間の前半に前記燃焼室内に前記流体噴射手段から噴射される燃料の重量は、1燃焼サイクルで前記燃焼室内に供給される燃料の総重量の10%以下であるのが好ましい(請求項3)。 Therefore, in the above configuration, the weight of the fuel injected from the fluid injection means into the combustion chamber during the period during which the low temperature oxidation reaction is occurring or during the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring is one combustion cycle. It is preferably 10% or less of the total weight of the fuel supplied to the combustion chamber (claim 3).

この構成によれば、煤の増大を抑制しつつノッキングの発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of knocking while suppressing the increase of soot.

ここで、気筒の幾何学的圧縮比が高いと、燃焼室内の温度が高くなってノッキングが生じやすい。従って、本発明を、前記気筒の幾何学的圧縮比が15以上に設定されているエンジンに適用すれば、効果的にノッキングの発生を抑制することができる(請求項4)。 Here, if the geometric compression ratio of the cylinder is high, the temperature in the combustion chamber becomes high and knocking is likely to occur. Therefore, if the present invention is applied to an engine in which the geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more, the occurrence of knocking can be effectively suppressed (claim 4).

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、燃費性能を良好にしつつノッキングの発生を抑制することができる。 As described above, according to the engine control device of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of knocking while improving the fuel efficiency performance.

本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。It is a figure which showed the structure of the engine system which concerns on one Embodiment of this invention. エンジンの制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of an engine. 制御マップを示した図である。It is a figure which showed the control map. 高負荷低速領域においてノック回避制御を実施しなかったときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the injection timing, the ignition timing, and the heat generation rate when knock avoidance control was not performed in a high load low speed region. 高負荷高速領域においてノック回避制御を実施しなかったときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the injection timing, the ignition timing, and the heat generation rate when knock avoidance control was not performed in a high load high speed region. ノック回避制御の流れを示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the flow of knock avoidance control. 高負荷低速領域においてノッキングが生じるか否かの判定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of determining whether or not knocking occurs in a high load low speed region. ノッキングの発生過程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the occurrence process of knocking. 高負荷低速領域においてノック回避制御を実施したときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the injection timing, the ignition timing, and the heat generation rate when knock avoidance control was performed in a high load low speed region. ノック判定時期の筒内圧と、ノック強度との関係を示したグラフである。It is a graph which showed the relationship between the in-cylinder pressure at the time of knock determination and knock strength. 高負荷高速領域における圧縮上死点付近の筒内圧の変化を示したグラフである。It is a graph which showed the change of the cylinder pressure near the compression top dead center in a high load high speed region. 高負荷低速領域における、追加噴射の時期と、エンジントルク、燃焼重心時期、発生したスモークとの関係を示した図である。It is a figure which showed the relationship between the timing of additional injection, the engine torque, the combustion center of gravity timing, and the generated smoke in a high load low speed region. 高負荷低速領域において、追加噴射を実施しなかったときと実施したときとの熱発生率の波形を比較して示した図である。It is a figure which compared and showed the waveform of the heat generation rate when the additional injection was not performed and when it was performed in the high load low speed region.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明のエンジンの制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気を排出するための排気通路30とを備える。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine system to which the control device of the engine of the present invention is applied. The engine system of the present embodiment includes a 4-stroke engine body 1, an intake passage 20 for introducing combustion air into the engine body 1, and an exhaust passage 30 for discharging the exhaust generated by the engine body 1. And.

エンジン本体1は、例えば、4つの気筒2が図1の紙面と直交する方向に直列に配置された直列4気筒エンジンである。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体1は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体1は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。なお、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。 The engine body 1 is, for example, an in-line 4-cylinder engine in which four cylinders 2 are arranged in series in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. This engine system is mounted on a vehicle, and the engine body 1 is used as a drive source for the vehicle. In the present embodiment, the engine body 1 is driven by being supplied with fuel including gasoline. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like.

エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復動(上下動)可能に嵌装されたピストン5とを有する。 The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a cylinder 2 is formed, a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3, and a piston 5 fitted in the cylinder 2 so as to be reciprocating (up and down). Has.

ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。燃焼室6はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド4の下面で構成される燃焼室6の天井面は吸気側および排気側の2つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン5の冠面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹ませたキャビティ19が形成されている。なお、ここでは、ピストン5の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒2の内側空間のうちピストン5の冠面と燃焼室6の天井面との間の空間を、燃焼室6という。 A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. The combustion chamber 6 is a so-called pent roof type, and the ceiling surface of the combustion chamber 6 formed by the lower surface of the cylinder head 4 has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces, an intake side and an exhaust side. A cavity 19 is formed on the crown surface of the piston 5 in which a region including the central portion thereof is recessed on the opposite side (lower side) of the cylinder head 4. Here, the space between the crown surface of the piston 5 and the ceiling surface of the combustion chamber 6 in the inner space of the cylinder 2 regardless of the position of the piston 5 and the combustion state of the air-fuel mixture is referred to as the combustion chamber 6.

エンジン本体1の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積との比は、15以上25以下(例えば17程度)に設定されている。 The geometric compression ratio of the engine body 1, that is, the ratio of the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center is 15 or more. It is set to 25 or less (for example, about 17).

シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気を気筒2(燃焼室6)内に導入するための吸気ポート9と、気筒2内で生成された排気を排気通路30に導出するための排気ポート10とが形成されている。これら吸気ポート9と排気ポート10とは、気筒2毎にそれぞれ2つずつ形成されている。 The cylinder head 4 has an intake port 9 for introducing the air supplied from the intake passage 20 into the cylinder 2 (combustion chamber 6) and an exhaust gas generated in the cylinder 2 to be led out to the exhaust passage 30. An exhaust port 10 is formed. Two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are formed for each cylinder 2.

シリンダヘッド4には、各吸気ポート9の気筒2側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁11と、各排気ポート10の気筒2側の開口をそれぞれ開閉する排気弁12とが設けられている。 The cylinder head 4 is provided with an intake valve 11 that opens and closes an opening on the cylinder 2 side of each intake port 9, and an exhaust valve 12 that opens and closes an opening on the cylinder 2 side of each exhaust port 10.

シリンダヘッド4には、燃料を噴射するインジェクタ(流体噴射手段)14が設けられている。インジェクタ14は、噴射口が形成された先端部が燃焼室6の天井面の中央付近に位置して燃焼室6の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ14は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン5の冠面に向かって、気筒2の中心軸を中心としたコーン状(詳しくはホローコーン状)に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角(噴霧角)は、例えば90°〜100°である。なお、インジェクタ14の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。 The cylinder head 4 is provided with an injector (fluid injection means) 14 for injecting fuel. The injector 14 is attached so that the tip end portion on which the injection port is formed is located near the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 and faces the center of the combustion chamber 6. The injector 14 has a plurality of nozzles at its tip, and has a cone shape (specifically, a hollow cone shape) centered on the central axis of the cylinder 2 from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber toward the crown surface of the piston 5. It is configured to inject fuel. The taper angle (spray angle) of the cone is, for example, 90 ° to 100 °. The specific configuration of the injector 14 is not limited to this, and may be a single injector.

インジェクタ14は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室6内に噴射する。インジェクタ14の噴射圧は、ノッキングが発生しやすいエンジン高負荷域では、30MPa以上に高められ、エンジン高負荷域では、インジェクタ14から高圧で燃料が噴射される。なお、この噴射圧は、最大で70MPa程度まで高められるのが好ましい。この場合は、エンジンの高負荷域において50MPa〜70Maの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。 The injector 14 injects fuel pumped from a high-pressure pump (not shown) into the combustion chamber 6. The injection pressure of the injector 14 is increased to 30 MPa or more in the engine high load region where knocking is likely to occur, and fuel is injected from the injector 14 at a high pressure in the engine high load region. The injection pressure is preferably increased up to about 70 MPa. In this case, the fuel is injected at an injection pressure in the range of 50 MPa to 70 Ma in the high load region of the engine.

シリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気を点火するための点火プラグ13が設けられている。点火プラグ13の先端には、火花を放電して混合気を点火し混合気に点火エネルギーを付与する電極が形成されている。点火プラグ13は、その先端が燃焼室6の天井面の中央付近に位置して燃焼室6の中央を臨むように配置されている。 The cylinder head 4 is provided with a spark plug 13 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 6. At the tip of the spark plug 13, an electrode is formed that discharges sparks to ignite the air-fuel mixture and imparts ignition energy to the air-fuel mixture. The tip of the spark plug 13 is located near the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 and is arranged so as to face the center of the combustion chamber 6.

吸気通路20には、上流側から順に、エアクリーナ21と、吸気通路20を開閉するためのスロットルバルブ22とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ22は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路20を遮断する。 The intake passage 20 is provided with an air cleaner 21 and a throttle valve 22 for opening and closing the intake passage 20 in this order from the upstream side. In the present embodiment, the throttle valve 22 is basically maintained at a fully open position or an opening close to this during engine operation, and is closed and intake air only under limited operating conditions such as when the engine is stopped. Block the passage 20.

排気通路30には、排気を浄化するための浄化装置31が設けられている。浄化装置31は、例えば、三元触媒を内蔵している。 The exhaust passage 30 is provided with a purification device 31 for purifying the exhaust gas. The purification device 31 has, for example, a built-in three-way catalyst.

排気通路30には、排気通路30を通過する排気の一部をEGRガスとして吸気通路20に還流するためのEGR装置40が設けられている。EGR装置40は、吸気通路20のうちスロットルバルブ22よりも下流側の部分と排気通路30のうち浄化装置31よりも上流側の部分とを連通するEGR通路41、および、EGR通路41を開閉するEGRバルブ42を有する。また、本実施形態では、EGR通路41に、これを通過するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ43が設けられており、EGRガスはEGRクーラ43にて冷却された後吸気通路20に還流される。 The exhaust passage 30 is provided with an EGR device 40 for returning a part of the exhaust gas passing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20 as EGR gas. The EGR device 40 opens and closes the EGR passage 41 and the EGR passage 41 that communicate the portion of the intake passage 20 downstream of the throttle valve 22 and the portion of the exhaust passage 30 upstream of the purification device 31. It has an EGR valve 42. Further, in the present embodiment, the EGR passage 41 is provided with an EGR cooler 43 for cooling the EGR gas passing through the EGR passage 41, and the EGR gas is cooled by the EGR cooler 43 and then returned to the intake passage 20. To.

(2)制御系統
(2−1)システム構成
図2は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段)100によって統括的に制御される。PCM100は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
(2) Control system (2-1) System configuration FIG. 2 is a block diagram showing an engine control system. The engine system of this embodiment is collectively controlled by a PCM (powertrain control module, control means) 100. As is well known, the PCM 100 is a microprocessor composed of a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

車両には各種センサが設けられており、PCM100はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック3には、エンジン回転数を検出するクランク角センサSN1が設けられている。また、吸気通路20を通って各気筒2に吸入される空気量を検出するエアフローセンサSN2が設けられている。また、シリンダヘッド4には、燃焼室6内の圧力を検出する筒内圧センサSN3が設けられている。筒内圧センサSN3は、各気筒2にそれぞれ1つずつ設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN4が設けられている。 Various sensors are provided in the vehicle, and the PCM 100 is electrically connected to these sensors. For example, the cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects the engine speed. Further, an air flow sensor SN2 for detecting the amount of air sucked into each cylinder 2 through the intake passage 20 is provided. Further, the cylinder head 4 is provided with an in-cylinder pressure sensor SN3 that detects the pressure in the combustion chamber 6. One in-cylinder pressure sensor SN3 is provided for each cylinder 2. Further, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SN4 that detects an opening degree (accelerator opening degree) of an accelerator pedal (accelerator opening degree) which is not shown and is operated by the driver.

PCM100は、これらセンサSN1〜SN4等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、点火プラグ13、インジェクタ14、スロットルバルブ22、EGRバルブ42等のエンジンの各部を制御する。 The PCM 100 executes various calculations based on the input signals from the sensors SN1 to SN4 and controls each part of the engine such as the spark plug 13, the injector 14, the throttle valve 22, and the EGR valve 42.

(2−2)基本制御
図3は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とした制御マップである。エンジンの運転領域は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて2つの領域に区画されている。本実施形態では、エンジン負荷が予め設定された基準負荷Tq1未満でありノッキングが生じ難い低負荷領域Bと、エンジン負荷が基準負荷Tq1以上でありノッキングが生じやすい高負荷領域Aとが設定されている。高負荷領域Aでは、ノッキングの発生を抑制するべく、後述するノック回避制御が実施される。本実施形態では、前記のように、エンジン本体1の幾何学的圧縮比が15以上に設定されており、燃焼室6内の温度が非常に高い温度にまで高められる。従って、特にノッキングが生じやすい。
(2-2) Basic Control FIG. 3 is a control map in which the horizontal axis is the engine speed and the vertical axis is the engine load. The operating area of the engine is divided into two areas according to the engine speed and the engine load. In the present embodiment, a low load region B in which the engine load is less than the preset reference load Tq1 and knocking is unlikely to occur, and a high load region A in which the engine load is equal to or more than the reference load Tq1 and knocking is likely to occur are set. There is. In the high load region A, knock avoidance control described later is implemented in order to suppress the occurrence of knocking. In the present embodiment, as described above, the geometric compression ratio of the engine body 1 is set to 15 or more, and the temperature in the combustion chamber 6 is raised to a very high temperature. Therefore, knocking is particularly likely to occur.

高負荷領域Aは、さらに、エンジン回転数が予め設定された基準回転数N1未満の高負荷低速領域A1と、エンジン回転数が基準回転数N1以上の高負荷高速領域A2とに区画されている。 The high load region A is further divided into a high load low speed region A1 in which the engine speed is less than the preset reference speed N1 and a high load high speed region A2 in which the engine speed is equal to or higher than the reference speed N1. ..

本実施形態では、低負荷領域Bおよび高負荷低速領域A1では、点火アシストによる圧縮自着火燃焼(SPCCI燃焼、SPCCI:SPark Controlled Compression Ignition)が実施される。この圧縮自着火燃焼では、まず、圧縮上死点(TDC)よりも前にインジェクタ14から燃焼室6内に燃料が噴射される。この燃料は圧縮上死点付近までに空気と混合する。燃焼室6に形成されたこの混合気に、圧縮上死点付近において点火プラグ13から放電が行われる。これにより、点火プラグ13周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ13周りから周囲に火炎が伝播していき、周囲の混合気が昇温されて自着火する。 In the present embodiment, in the low load region B and the high load low speed region A1, compression self-ignition combustion (SPCCI combustion, SPCCI: Spark Control Compression Ignition) by ignition assist is carried out. In this compression self-ignition combustion, first, fuel is injected from the injector 14 into the combustion chamber 6 before the compression top dead center (TDC). This fuel mixes with air by near compression top dead center. The air-fuel mixture formed in the combustion chamber 6 is discharged from the spark plug 13 near the compression top dead center. As a result, the air-fuel mixture around the spark plug 13 is forcibly ignited. Then, the flame propagates from around the spark plug 13 to the surroundings, the temperature of the surrounding air-fuel mixture is raised, and self-ignition occurs.

一方、高負荷高速領域A2では、混合気を所望の時期に自着火させることが困難になるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるSI燃焼(火花点火燃焼、SI:Spark Ignition)が実施される。SI燃焼は、混合気のほぼ全体を火炎伝播によって燃焼させる燃焼形態であり、圧縮上死点付近において点火プラグ13から放電が行われて、点火プラグ13周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ13周りから周囲に火炎が伝播していき、残りの混合気が火炎伝播によって強制的に燃焼する。 On the other hand, in the high load and high speed region A2, it becomes difficult to self-ignite the air-fuel mixture at a desired time, so SI combustion (spark ignition combustion, SI: Spark Ignition) adopted in a normal gasoline engine is carried out. .. SI combustion is a combustion form in which almost the entire air-fuel mixture is burned by flame propagation. Discharge is performed from the spark plug 13 near the compression top dead center, and the air-fuel mixture around the spark plug 13 is forcibly ignited. .. Then, the flame propagates from around the spark plug 13 to the surroundings, and the remaining air-fuel mixture is forcibly burned by the flame propagation.

図4は、基本制御の実施時(ノック回避制御を実施しなかったとき)の高負荷低速領域A1における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。図4に示されるように、例えば、高負荷低速領域A1では、吸気行程の後期に2回に分けてインジェクタ14から燃料が噴射される。つまり、吸気行程の後期に、2回の燃料噴射Q1_a、Q1_bが実施される。そして、圧縮上死点の近傍に設定された点火時期CA2で(図4の例では圧縮上死点で)点火プラグ13により混合気に点火が行われる。2回の燃料噴射Q1_a、Q1_bは、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射、つまり、エンジントルクを生成するための燃料を噴射するメイン噴射であり、2回の燃料噴射の噴射量Q1_a、Q1_bの合計は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。なお、本明細書における○○行程の前記、後期とは、○○行程の実施期間(クランク角での期間)を均等に2分割した時の前期と後期とをそれぞれさす。 FIG. 4 is a diagram showing an example of fuel injection timing, ignition timing, and heat generation rate in the high load low speed region A1 when the basic control is executed (when the knock avoidance control is not executed). As shown in FIG. 4, for example, in the high load low speed region A1, fuel is injected from the injector 14 in two steps in the latter half of the intake stroke. That is, two fuel injections Q1_a and Q1_b are performed in the latter half of the intake stroke. Then, at the ignition timing CA2 set near the compression top dead center (at the compression top dead center in the example of FIG. 4), the spark plug 13 ignites the air-fuel mixture. The two fuel injections Q1_a and Q1_b are the main injections for achieving the required engine torque, that is, the main injections for injecting fuel for generating the engine torque, and the injection amounts Q1_a of the two fuel injections. , Q1_b is basically an amount corresponding to the required value of the engine torque. In the present specification, the above-mentioned latter half of the XX process refers to the first half and the second half when the implementation period (the period at the crank angle) of the XX process is evenly divided into two.

図4に示した熱発生率の例では、混合気は低温酸化反応した後に高温酸化反応している。低温酸化反応は、冷却損失を上回るわずかな発熱を伴う反応であり、高温酸化反応は火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応である。 In the example of the heat generation rate shown in FIG. 4, the air-fuel mixture undergoes a low-temperature oxidation reaction and then a high-temperature oxidation reaction. The low-temperature oxidation reaction is a reaction that involves a slight amount of heat generation exceeding the cooling loss, and the high-temperature oxidation reaction is a reaction that emits high thermal energy while generating a flame.

具体的には、図4に示した例では、クランク角度CA1にて熱発生率が立ち上がる。しかし、まだ低温酸化反応の段階であることから、熱発生率はほとんど上昇せず、点火時期CA2(TDC:圧縮上死点)において点火エネルギーが付与されてからしばらく後のクランク角度CA3にて、混合気の高温酸化反応が開始することに伴い、クランク角度CA3以降、熱発生率は高い値に向けて上昇していく。 Specifically, in the example shown in FIG. 4, the heat generation rate rises at the crank angle CA1. However, since it is still in the low temperature oxidation reaction stage, the heat generation rate hardly increases, and at the crank angle CA3 a while after the ignition energy is applied at the ignition timing CA2 (TDC: compression top dead center). As the high-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture starts, the heat generation rate increases toward a higher value after the crank angle CA3.

図5は、基本制御の実施時の高負荷高速領域A2における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。例えば、高負荷高速領域A2では、吸気行程の後期に1回だけ燃料噴射Q1が実施される。そして、圧縮上死点の近傍に設定された点火時期CA12で(図5の例では圧縮上死点で)点火プラグ13により混合気に点火が行われる。燃料噴射Q1は、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射であり、この噴射量は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of fuel injection timing, ignition timing, and heat generation rate in the high load high speed region A2 when basic control is performed. For example, in the high load high speed region A2, the fuel injection Q1 is performed only once in the latter half of the intake stroke. Then, at the ignition timing CA12 set near the compression top dead center (at the compression top dead center in the example of FIG. 5), the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 13. The fuel injection Q1 is the main injection for realizing the required engine torque, and the injection amount is basically an amount corresponding to the required value of the engine torque.

図5では、熱発生率dQは、点火時期CA12から比較的急激に立ち上がってそのまま上昇しており、明確な低温酸化反応が見られない。このように、高負荷高速領域A2では、低温酸化反応が生じない、あるいは、明確な低温酸化反応が見られない。 In FIG. 5, the heat generation rate dQ rises relatively rapidly from the ignition timing CA12 and rises as it is, and no clear low-temperature oxidation reaction is observed. As described above, in the high-load high-speed region A2, no low-temperature oxidation reaction occurs, or no clear low-temperature oxidation reaction is observed.

これは、エンジン回転数が高いと、ピストン5の上昇速度および燃焼室6内の圧力上昇速度が速いために、燃焼室6の主たる混合気の低温酸化反応が生じる時間が非常に短くなる、あるいは、燃焼室6の主たる混合気が急激に昇温されて低温酸化反応をほとんど生じることなく高温酸化反応を開始するためと考えられる。 This is because when the engine speed is high, the rising speed of the piston 5 and the pressure rising speed in the combustion chamber 6 are high, so that the time during which the low temperature oxidation reaction of the main air-fuel mixture in the combustion chamber 6 occurs becomes very short, or It is considered that the main air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is rapidly heated to start the high-temperature oxidation reaction with almost no low-temperature oxidation reaction.

(2−3)ノック回避制御
次に、高負荷領域Aにて実施されるノック回避制御について図6のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの各ステップは、高負荷領域Aでエンジンが運転されているときに実行される。PCM100は、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とからエンジンがどの運転領域で運転されているかを判別する。そして、エンジンが高負荷領域Aにて運転されていると判別するとステップS1を実施する。なお、この判別ステップにおいて、エンジン回転数は、クランク角センサSN1によって検出された値が用いられる。エンジン負荷は、アクセル開度センサSN4により検出されたアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて算出される。
(2-3) Knock avoidance control Next, the knock avoidance control performed in the high load region A will be described with reference to the flowchart of FIG. Each step of this flowchart is executed when the engine is running in the high load region A. The PCM 100 determines in which operating region the engine is operating from the current engine speed and the engine load. Then, when it is determined that the engine is operating in the high load region A, step S1 is performed. In this determination step, the value detected by the crank angle sensor SN1 is used as the engine speed. The engine load is calculated based on the accelerator opening degree and the engine speed detected by the accelerator opening degree sensor SN4.

ステップS1では、PCM100は、まず、筒内圧センサSN3の値を読み込む。次に、ステップS2にて、PCM100は、筒内圧センサSN3で検出された筒内圧を用いて熱発生率dQを算出する。熱発生率dQの算出方法は従来用いられている方法を採用することができ、ここでの説明は省略する。 In step S1, the PCM 100 first reads the value of the in-cylinder pressure sensor SN3. Next, in step S2, the PCM 100 calculates the heat generation rate dQ using the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN3. As a method for calculating the heat generation rate dQ, a conventionally used method can be adopted, and the description thereof is omitted here.

次に、ステップS3にて、PCM100は、高負荷低速領域A1でエンジンが運転されているかを判定する。 Next, in step S3, the PCM 100 determines whether the engine is operating in the high load low speed region A1.

ステップS3の判定がYESであって高負荷低速領域A1でエンジンが運転されている場合は、ステップS4に進む。 If the determination in step S3 is YES and the engine is operating in the high load low speed region A1, the process proceeds to step S4.

ステップS4では、PCM100は、ノッキングが生じるか否かを判定(予測)する。 In step S4, the PCM 100 determines (predicts) whether or not knocking occurs.

本願発明者らは、高負荷低速領域A1では、低温酸化反応が生じるとノッキングが発生しやすいことを突き止めた。そこで、ステップS4では、低温酸化反応が生じたか否かによってノッキングが生じるか否かを判定する。 The inventors of the present application have found that knocking is likely to occur when a low-temperature oxidation reaction occurs in the high-load low-speed region A1. Therefore, in step S4, it is determined whether or not knocking occurs depending on whether or not the low temperature oxidation reaction has occurred.

本実施形態では、熱発生率dQが0を超えた後、熱発生率dQの値が予め設定された低温酸化判定熱発生率dQ_j以下となる時間が、予め設定された低温酸化判定時間t_j以上継続すると、低温酸化反応が生じたと判定する。例えば、図7に示した例では、クランク角度CA21において熱発生率dQが0を超えた後、低温酸化判定時間t_jを過ぎてクランク角度CA23になるまで継続して熱発生率dQが低温酸化判定熱発生率dQ_j以下となっている。これより、クランク角度CA21から低温酸化判定時間t_j後の判定時間経過角度CAxにて低温酸化反応が生じたと判定される。なお、低温酸化反応が生じたか否かの具体的な判定方法はこれに限らない。例えば、予め設定された所定のクランク角度であって低温酸化反応が生じやすい角度において熱発生率dQが所定の値以上の場合に、低温酸化反応が生じたと判定するようにしてもよい。 In the present embodiment, after the heat generation rate dQ exceeds 0, the time during which the value of the heat generation rate dQ becomes equal to or less than the preset low temperature oxidation determination heat generation rate dQ_j is equal to or longer than the preset low temperature oxidation determination time t_j. If it continues, it is determined that a low temperature oxidation reaction has occurred. For example, in the example shown in FIG. 7, after the heat generation rate dQ exceeds 0 at the crank angle CA21, the heat generation rate dQ is continuously determined to be low temperature oxidation until the crank angle CA23 is reached after the low temperature oxidation determination time t_j. The heat generation rate is dQ_j or less. From this, it is determined that the low temperature oxidation reaction has occurred at the determination time elapsed angle CAx after the low temperature oxidation determination time t_j from the crank angle CA21. The specific method for determining whether or not the low temperature oxidation reaction has occurred is not limited to this. For example, it may be determined that the low temperature oxidation reaction has occurred when the heat generation rate dQ is at least a predetermined value at a preset predetermined crank angle at which the low temperature oxidation reaction is likely to occur.

ここで、高負荷低速領域A1において低温酸化反応が生じるとノッキングが発生しやすいのは次の理由によると考えられる。 Here, it is considered that knocking is likely to occur when a low temperature oxidation reaction occurs in the high load low speed region A1 for the following reason.

図8は、ノッキングが生じるときの圧縮上死点付近の燃焼室6内の様子を模式的に示した燃焼室6の概略断面図である。図8の各線は同じ温度となる箇所を結んだ線である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the combustion chamber 6 schematically showing the inside of the combustion chamber 6 near the compression top dead center when knocking occurs. Each line in FIG. 8 is a line connecting points having the same temperature.

燃焼室6の外周縁付近は、混合気の逃げ場がない。そのため、ピストン5の圧縮作用によって、また、燃焼室6の中央で生じた火炎が図8の矢印で示すように外周側に向かって伝播していくことで、燃焼室6の外周縁付近では、混合気が局所的に圧縮される。これにより、燃焼室6の外周縁付近では、複数の箇所Pで局所的に高温・高圧の混合気が形成される。ノッキングは、これらの混合気がそれぞれ個別に自着火することで生じる。 There is no escape place for the air-fuel mixture near the outer peripheral edge of the combustion chamber 6. Therefore, due to the compression action of the piston 5, the flame generated in the center of the combustion chamber 6 propagates toward the outer peripheral side as shown by the arrow in FIG. 8, so that in the vicinity of the outer peripheral edge of the combustion chamber 6, The air-fuel mixture is locally compressed. As a result, a high-temperature / high-pressure air-fuel mixture is locally formed at a plurality of locations P in the vicinity of the outer peripheral edge of the combustion chamber 6. Knocking occurs when each of these air-fuel mixture ignites individually.

ここで、燃焼室6内で低温酸化反応が生じるときというのは、燃焼室6内の温度と圧力の少なくとも一方が高いときである。そのため、燃焼室6内で低温酸化反応が生じたときは、燃焼室6の外周縁付近の混合気が自着火しやすくなる。従って、高負荷低速領域A1において、低温酸化反応が生じると、ノッキングが発生しやすくなる。また、低温酸化反応が生じると、その反応熱によって燃焼室6内の温度はさらに昇温される。そのため、低温酸化反応が生じると、ノッキングが発生しやすくなる。 Here, the time when the low temperature oxidation reaction occurs in the combustion chamber 6 is when at least one of the temperature and the pressure in the combustion chamber 6 is high. Therefore, when a low-temperature oxidation reaction occurs in the combustion chamber 6, the air-fuel mixture near the outer peripheral edge of the combustion chamber 6 is likely to self-ignite. Therefore, when a low-temperature oxidation reaction occurs in the high-load low-speed region A1, knocking is likely to occur. When a low-temperature oxidation reaction occurs, the temperature inside the combustion chamber 6 is further raised by the heat of reaction. Therefore, when a low-temperature oxidation reaction occurs, knocking is likely to occur.

図6のフローチャートに戻り、ステップS4の判定がYESであって高負荷低速領域A1においてノッキングが生じると予測された場合は、ステップS5に進む。 Returning to the flowchart of FIG. 6, if the determination in step S4 is YES and knocking is predicted to occur in the high load low speed region A1, the process proceeds to step S5.

ステップS5では、PCM100は、追加噴射Q2を実施し、インジェクタ14によって燃料を燃焼室6内に噴射させる。ステップS5は、ステップS4の判定がYESとなるとすぐさま実施される。つまりPCM100は、熱発生率dQが低温酸化判定熱発生率dQ_j以下となる時間が低温酸化判定時間t_j経過したクランク角度CAx(以下、適宜、判定時間経過角度CAxという)直後に、インジェクタ14に噴射開始の指令を出して追加噴射Q2を実施する。例えば、圧縮上死点後10°CA程度に追加噴射Q2を実施する。 In step S5, the PCM 100 performs additional injection Q2 and injects fuel into the combustion chamber 6 by the injector 14. Step S5 is executed as soon as the determination in step S4 is YES. That is, the PCM 100 injects into the injector 14 immediately after the crank angle CAx (hereinafter, appropriately referred to as the determination time elapsed angle CAx) in which the low temperature oxidation determination time t_j elapses for the time when the heat generation rate dQ becomes the low temperature oxidation determination heat generation rate dQ_j or less. An start command is issued and additional injection Q2 is carried out. For example, additional injection Q2 is performed at about 10 ° CA after the compression top dead center.

ここで、判定時間経過角度CAxでは、まだ熱発生率dQが低温酸化判定熱発生率dQ_j以下であって低温酸化反応中である。そのため、追加噴射Q2は、低温酸化反応中に実施される。あるいは、判定時間経過角度CAxの直後に低温酸化反応が終了した場合であってインジェクタ14の駆動遅れがある場合には、低温酸化反応の終了直後に追加噴射Q2が実施される。 Here, at the determination time elapsed angle CAx, the heat generation rate dQ is still equal to or less than the low temperature oxidation determination heat generation rate dQ_j, and the low temperature oxidation reaction is in progress. Therefore, the additional injection Q2 is carried out during the low temperature oxidation reaction. Alternatively, if the low temperature oxidation reaction ends immediately after the determination time elapsed angle CAx and there is a drive delay of the injector 14, the additional injection Q2 is performed immediately after the end of the low temperature oxidation reaction.

このように、高負荷低速領域A1では、ノッキングが生じると判定(予測)されると、図9に示すように、吸気行程の後期に実施する2回の燃料噴射Q1_a、Q1_bからなるメイン噴射Q1に加えて、低温酸化反応中あるいは低温酸化反応の終了直後に、燃料をさらに燃焼室6内に噴射する追加噴射Q2が実施される。 As described above, when it is determined (predicted) that knocking occurs in the high load low speed region A1, as shown in FIG. 9, the main injection Q1 consisting of two fuel injections Q1_a and Q1_b to be performed in the latter half of the intake stroke is performed. In addition, during the low temperature oxidation reaction or immediately after the end of the low temperature oxidation reaction, additional injection Q2 for further injecting fuel into the combustion chamber 6 is performed.

追加噴射Q2の量は、メイン噴射Q1に比べて十分に低く設定されている。本実施形態では、追加噴射Q2の量は、メイン噴射Q1の噴射量と追加噴射Q2の噴射量とを合わせた量つまり1燃焼サイクルで燃焼室6に噴射される燃料の総量の10%以下の量に設定されている。例えば、追加噴射Q2の量は、燃料の総量の5%程度に設定されている。 The amount of the additional injection Q2 is set sufficiently lower than that of the main injection Q1. In the present embodiment, the amount of the additional injection Q2 is 10% or less of the total amount of the fuel injected into the combustion chamber 6 in one combustion cycle, that is, the total amount of the injection amount of the main injection Q1 and the injection amount of the additional injection Q2. The amount is set. For example, the amount of additional injection Q2 is set to about 5% of the total amount of fuel.

図6に戻り、ステップS4の判定がNOであってノッキングが生じると予測されなかったときは、ステップS20を実施する。ステップS20では、PCM100は、追加噴射Q2を実施せず、通常のメイン噴射Q1のみを実施する。 Returning to FIG. 6, when the determination in step S4 is NO and knocking is not predicted to occur, step S20 is performed. In step S20, the PCM 100 does not carry out the additional injection Q2, but only the normal main injection Q1.

ステップS3に戻り、ステップS3の判定がNOであって高負荷高速領域A2でエンジンが運転されている場合は、ステップS10に進む。ステップS10でも、PCM100は、ノッキングが生じるか否かを判定(予測)する。 Returning to step S3, if the determination in step S3 is NO and the engine is operating in the high load high speed region A2, the process proceeds to step S10. Also in step S10, the PCM 100 determines (predicts) whether or not knocking occurs.

ただし、前記のように、エンジン回転数が高くなると、低温酸化反応が生じない、あるいは、明確な低温酸化反応がみられなくなる。そのため、高負荷高速領域A2では、低温酸化反応が生じているか否かによってノッキングが生じるか否かを判定することが難しい。 However, as described above, when the engine speed is increased, the low temperature oxidation reaction does not occur or a clear low temperature oxidation reaction cannot be observed. Therefore, in the high-load high-speed region A2, it is difficult to determine whether or not knocking occurs depending on whether or not the low-temperature oxidation reaction has occurred.

そこで、ステップS10では、ステップS4の判定方法に代えて、圧縮上死点付近の筒内圧に基づいてノッキングが生じるか否かを判定する。 Therefore, in step S10, instead of the determination method of step S4, it is determined whether or not knocking occurs based on the in-cylinder pressure near the compression top dead center.

ステップS10では、PCM100は、圧縮上死点付近に設定されたノック判定時期の筒内圧が予め設定されたノック判定圧力以上であると、ノッキングが生じると判定する。本実施形態では、ノック判定時期として圧縮上死点付近の複数の時期が設定され、これら複数の時期で検出された筒内圧が平均されて、この平均値とノック判定圧力とが比較される。例えば、ノック判定時期は、圧縮上死点から圧縮上死点後9°CAまでの期間に設定されており、この期間の筒内圧の平均値とノック判定圧力とが比較される。 In step S10, the PCM 100 determines that knocking occurs when the in-cylinder pressure at the knock determination timing set near the compression top dead center is equal to or higher than the preset knock determination pressure. In the present embodiment, a plurality of periods near the compression top dead center are set as knock determination periods, and the in-cylinder pressures detected at these plurality of periods are averaged, and this average value and the knock determination pressure are compared. For example, the knock determination time is set to a period from the compression top dead center to 9 ° CA after the compression top dead center, and the average value of the in-cylinder pressure during this period is compared with the knock determination pressure.

図10は、複数の燃焼サイクルにおける、ノック判定時期の筒内圧(詳細には、圧縮上死点から圧縮上死点後9°CAまでの筒内圧の平均値)と、ノック強度との関係を示したグラフである。図10に示すノック強度は、筒内圧波形に含まれる所定の周波数以上の波形の振幅の最大値である。 FIG. 10 shows the relationship between the in-cylinder pressure at the knock determination time (specifically, the average value of the in-cylinder pressure from the compression top dead center to 9 ° CA after the compression top dead center) and the knock strength in a plurality of combustion cycles. It is a graph shown. The knock intensity shown in FIG. 10 is the maximum value of the amplitude of the waveform having a predetermined frequency or higher included in the in-cylinder pressure waveform.

このグラフに示されるように、圧縮上死点付近(ノック判定時期)の筒内圧が高くなると、ノック強度が0より大きくなりノッキングが生じる頻度が高くなるとともにノック強度が高くなる。これより、圧縮上死点付近(ノック判定時期)の筒内圧が所定値以上であるとノッキングが生じると判定する判定方法によっても、ノッキングが生じるか否かを適切に判定することができる。 As shown in this graph, when the in-cylinder pressure near the compression top dead center (knock determination timing) becomes high, the knock strength becomes larger than 0, the frequency of knocking increases, and the knock strength becomes high. From this, it is possible to appropriately determine whether or not knocking occurs by a determination method in which knocking occurs when the in-cylinder pressure near the compression top dead center (knock determination timing) is equal to or higher than a predetermined value.

このように、本実施形態では、筒内圧センサSN3とPCM100とが、ノッキングが生じるか否かを予測するノック判定手段として機能する。 As described above, in the present embodiment, the in-cylinder pressure sensor SN3 and the PCM100 function as knock determination means for predicting whether or not knocking occurs.

図6に戻り、ステップS10の判定がNOであってノッキングが生じると予測されなかったときは、ステップS20を実施する。ステップS20では、PCM100は、追加噴射Q2を実施せず、通常のメイン噴射Q1のみを実施する。 Returning to FIG. 6, when the determination in step S10 is NO and knocking is not predicted to occur, step S20 is performed. In step S20, the PCM 100 does not carry out the additional injection Q2, but only the normal main injection Q1.

一方、ステップS10の判定がYESの場合はステップS11に進む。ステップS11では、PCM100は、1つ前の燃焼サイクルにおいて追加噴射Q2が実施された状態でノッキングが生じたか否かを判定する。 On the other hand, if the determination in step S10 is YES, the process proceeds to step S11. In step S11, the PCM 100 determines whether or not knocking has occurred in the state where the additional injection Q2 is performed in the previous combustion cycle.

本実施形態では、PCM100は、筒内圧センサSN3で検出された筒内圧に基づいてノッキングが生じたか否かを判定する。筒内圧センサSN3を用いたノッキングが生じたか否かの検出の判定方法は特に限定されないが、例えば、次の方法で判定される。筒内圧センサSN3の出力値をハイパスフィルタにかける。そして、ハイパスフィルタから出力された波形、つまり、所定の周波数以上の筒内圧の波形の振幅の最大値を抽出する。そして、この最大値が所定値以上であればノッキングが生じたと判定し、この最大値が所定値未満であればノッキングが生じなかったと判定する。なお、この判定に代えて、ノッキングセンサをシリンダブロック等に取り付け、このノッキングセンサによってノッキングが生じたか否かを検出してもよい。 In the present embodiment, the PCM 100 determines whether or not knocking has occurred based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN3. The method for determining whether or not knocking has occurred using the in-cylinder pressure sensor SN3 is not particularly limited, but is determined by, for example, the following method. The output value of the in-cylinder pressure sensor SN3 is applied to a high-pass filter. Then, the maximum value of the amplitude of the waveform output from the high-pass filter, that is, the waveform of the in-cylinder pressure having a predetermined frequency or higher is extracted. Then, if this maximum value is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that knocking has occurred, and if this maximum value is less than a predetermined value, it is determined that knocking has not occurred. Instead of this determination, a knocking sensor may be attached to a cylinder block or the like to detect whether or not knocking has occurred by the knocking sensor.

ステップS11の判定がNOであって、1つ前の燃焼サイクルにおいて追加噴射Q2を実施していない場合、または、1つ前の燃焼サイクルにおいて追加噴射Q2が実施され且つノッキングが生じなかった場合は、ステップS12に進む。 When the determination in step S11 is NO and the additional injection Q2 is not performed in the previous combustion cycle, or when the additional injection Q2 is performed in the previous combustion cycle and knocking does not occur. , Step S12.

ステップS12では、PCM100は、追加噴射Q2を実施する。つまり、メイン噴射Q1の後、さらに、燃料を燃焼室6内に噴射させる。 In step S12, the PCM 100 performs additional injection Q2. That is, after the main injection Q1, the fuel is further injected into the combustion chamber 6.

ステップS12では、燃焼室6内で酸化反応が生じてから予め設定された待機角度後に追加噴射を実施する。具体的には、PCM100は、算出した熱発生率dQが0を超えると酸化反応が生じたと判定し、熱発生率dQが0を超えた時期から待機角度後の時期を追加噴射Q2の実施時期(噴射時期)として設定する。そして、PCM100は、設定したこの追加噴射Q2の実施時期に、インジェクタ14から燃焼室6内に燃料を噴射させる。 In step S12, after the oxidation reaction occurs in the combustion chamber 6, additional injection is performed after a preset standby angle. Specifically, the PCM 100 determines that the oxidation reaction has occurred when the calculated heat generation rate dQ exceeds 0, and the time after the standby angle from the time when the heat generation rate dQ exceeds 0 is the time when the additional injection Q2 is performed. Set as (injection timing). Then, the PCM 100 injects fuel from the injector 14 into the combustion chamber 6 at the set implementation time of the additional injection Q2.

待機角度は、燃焼期間の半分の角度であって予め実験等によって得られた角度、以下の値に設定されている。ここで、前記のように、高負荷高速領域A2では低温酸化反応はほとんど生じておらず、燃焼期間は高温酸化反応が生じている期間とほぼ同じになる。これより、高負荷高速領域A2では、図5の破線で示したように、追加噴射Q2は、高温酸化反応が生じている期間の前半(高温酸化反応が生じている期間を均等に2分割したときの前半の期間)に実施される。 The standby angle is an angle that is half of the combustion period and is set to the following value, which is an angle obtained in advance by an experiment or the like. Here, as described above, the low temperature oxidation reaction hardly occurs in the high load high speed region A2, and the combustion period is almost the same as the period in which the high temperature oxidation reaction occurs. From this, in the high-load high-speed region A2, as shown by the broken line in FIG. 5, the additional injection Q2 was evenly divided into two in the first half of the period in which the high-temperature oxidation reaction occurred (the period in which the high-temperature oxidation reaction occurred). It will be carried out during the first half of the time.

詳細には、実験等によって、追加噴射を実施しなかったときの燃焼期間を検出し、その半分の期間を求める。そして、得られた燃焼期間の半分以下の角度を待機角度として設定して、PCM100に記憶させておく。さらに、本実施形態では、待機角度は、燃焼が開始してから燃焼重心時期までの期間以下に設定されている。燃焼重心時期は、1燃焼サイクル中に生じる熱発生量の総量の50%の熱発生が生じる時期(角度)である。例えば、待機角度は、熱発生が開始してから、1燃焼サイクル中に生じる熱発生量の総量の30%程度の熱発生が生じる時期までの角度であって、15°CA程度に設定されている。 Specifically, the combustion period when the additional injection is not performed is detected by an experiment or the like, and half the period is obtained. Then, an angle of half or less of the obtained combustion period is set as a standby angle and stored in the PCM 100. Further, in the present embodiment, the standby angle is set to be equal to or less than the period from the start of combustion to the time of the center of gravity of combustion. The combustion center of gravity period is the period (angle) at which 50% of the total amount of heat generated during one combustion cycle is generated. For example, the standby angle is an angle from the start of heat generation to the time when heat generation of about 30% of the total amount of heat generation generated in one combustion cycle is generated, and is set to about 15 ° CA. There is.

ステップS12で実施される追加噴射Q2の噴射量は、ステップS5で実施される追加噴射Q2の噴射量と同様に、1燃焼サイクルで燃焼室6に噴射される燃料の総量の10%以下(例えば5%程度)とされる。 The injection amount of the additional injection Q2 carried out in step S12 is 10% or less of the total amount of fuel injected into the combustion chamber 6 in one combustion cycle, similarly to the injection amount of the additional injection Q2 carried out in step S5. About 5%).

一方、ステップS11の判定がYESの場合、つまり、1つ前の燃焼サイクルにおいて追加噴射Q2が実施されたにも関わらずノッキングが生じた場合には、ステップS13に進む。 On the other hand, if the determination in step S11 is YES, that is, if knocking occurs even though the additional injection Q2 was performed in the previous combustion cycle, the process proceeds to step S13.

ステップS13では、追加噴射Q2を停止する一方、燃焼室6内の空燃比を理論空燃比よりもリーンとする(理論空燃比よりも大きくする)。つまり、ステップS13の実施時以外は、燃焼室6内の空燃比は理論空燃比または理論空燃比よりもリッチ(理論空燃比よりも小さい値)とされている。具体的には、ステップS13の実施時以外は、メイン噴射Q1の噴射量が、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比となるような量に設定されるようになっており、基本制御が実施される(追加噴射Q2が実施されない)通常運転時では燃焼室6内の空燃比は理論空燃比とされ、追加噴射Q2が実施されるときは、燃焼室6内の空燃比は理論空燃比よりもリッチとなる。 In step S13, the additional injection Q2 is stopped, and the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is made leaner than the theoretical air-fuel ratio (larger than the theoretical air-fuel ratio). That is, except when step S13 is performed, the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is richer than the theoretical air-fuel ratio or the theoretical air-fuel ratio (a value smaller than the theoretical air-fuel ratio). Specifically, except when step S13 is performed, the injection amount of the main injection Q1 is set to an amount such that the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and the basic control is performed. During normal operation (when additional injection Q2 is not implemented), the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is the stoichiometric air-fuel ratio, and when additional injection Q2 is implemented, the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is the stoichiometric air-fuel ratio. Become richer than.

これに対して、ステップS13では、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように、メイン噴射Q1の噴射量が設定される。本実施形態では、要求されるエンジントルクに対応する空気量が算出され、この空気量に対して空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる燃料量がメイン噴射Q1の噴射量に設定される。ここで、前記のように、通常運転時は、エンジントルクに対応する空気量に対して空燃比が理論空燃比あるいは理論空燃比よりもリッチになるようにメイン噴射Q1の噴射量が設定されている。そのため、ステップS13では、メイン噴射Q1の噴射量が通常運転時よりも低減されることになる。 On the other hand, in step S13, the injection amount of the main injection Q1 is set so that the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In the present embodiment, the amount of air corresponding to the required engine torque is calculated, and the amount of fuel whose air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio with respect to this amount of air is set as the injection amount of the main injection Q1. Here, as described above, during normal operation, the injection amount of the main injection Q1 is set so that the air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the air amount corresponding to the engine torque. There is. Therefore, in step S13, the injection amount of the main injection Q1 is reduced as compared with the normal operation.

このように、高負荷高速領域A2では、圧縮上死点付近(ノック判定時期)の圧力がノック判定圧力以上であると、ノッキングが発生すると判定される。そして、ノッキングが発生すると予測されるときは、まず追加噴射Q2が実施される。このとき、高負荷高速領域A2では、燃焼室6内で燃焼が開始してから(熱発生が生じてから)予め設定された待機時間後であって、燃焼重心時期までの時期に、追加噴射Q2が実施される。 As described above, in the high load high speed region A2, if the pressure near the compression top dead center (knock determination timing) is equal to or higher than the knock determination pressure, it is determined that knocking occurs. Then, when knocking is predicted to occur, the additional injection Q2 is first performed. At this time, in the high-load high-speed region A2, additional injection is performed after a preset standby time (after heat generation occurs) after combustion starts in the combustion chamber 6 and before the combustion center of gravity. Q2 will be implemented.

また、高負荷高速領域A2では、追加噴射Q2を実施したにも関わらずノッキングが発生したときには、追加噴射Q2は停止され、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比よりもリーンにされる。 Further, in the high load high speed region A2, when knocking occurs even though the additional injection Q2 is performed, the additional injection Q2 is stopped and the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.

(3)作用等
図11は、高負荷高速領域A2における圧縮上死点付近の筒内圧の変化を示したグラフである。図11の実線は追加噴射Q2を実施したときの筒内圧の変化である。図11の破線は追加噴射Q2を実施しなかったときの筒内圧の変化である。実線で示される筒内圧の変化が生じたときの運転条件と破線で示される筒内圧の変化が生じたときの運転条件とは、追加噴射Q2を実施したか否かを除き同一である。
(3) Action, etc. FIG. 11 is a graph showing the change in the in-cylinder pressure near the compression top dead center in the high load high speed region A2. The solid line in FIG. 11 is the change in the in-cylinder pressure when the additional injection Q2 is performed. The broken line in FIG. 11 is the change in the in-cylinder pressure when the additional injection Q2 is not performed. The operating conditions when the change in the in-cylinder pressure shown by the solid line occurs and the operating conditions when the change in the in-cylinder pressure shown by the broken line occurs are the same except whether or not the additional injection Q2 is performed.

図11に示されるように、追加噴射Q2を実施した場合は、追加噴射を実施しなかった場合に比べて、筒内圧の高周波成分の振幅が小さくなっており、ノック強度が小さく抑えられている。このように、追加噴射Q2を実施すればノック強度を小さくすることができる。 As shown in FIG. 11, when the additional injection Q2 is performed, the amplitude of the high-frequency component of the in-cylinder pressure is smaller than that when the additional injection is not performed, and the knock strength is suppressed to be small. .. In this way, the knock strength can be reduced by carrying out the additional injection Q2.

図12は、高負荷低速領域A1の所定の運転条件において、追加噴射Q2の実施時期と、燃焼重心時期、エンジントルク、発生したスモークとの関係を示した図である。この図の各点は、ノック強度が同等となるように(ノック強度が0程度であって、ノッキングが生じないように)したときの実験結果を示したものであり、ノック強度が同等となるように点火時期が調整されている。図12の各グラフに示すベース値は、それぞれ、追加噴射Q2をせず、且つ、図12の各点とノック強度が同等となるように点火時期を調整したときの燃焼重心時期、エンジントルク、発生したスモークの値である。また、ベース値は、追加噴射Q2を行ったときのメイン噴射Q1の噴射量と追加噴射Q2の噴射量とを合わせた量の燃料を、メイン噴射Q1によって噴射したときの結果である。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the execution timing of the additional injection Q2, the combustion center of gravity timing, the engine torque, and the generated smoke under the predetermined operating conditions of the high load low speed region A1. Each point in this figure shows the experimental results when the knock strengths are the same (the knock strengths are about 0 and knocking does not occur), and the knock strengths are the same. The ignition timing is adjusted so as to. The base values shown in the graphs of FIG. 12 are the combustion center of gravity timing and engine torque when the ignition timing is adjusted so that the knock strength is the same as that of each point in FIG. 12 without performing the additional injection Q2. The value of the smoke generated. The base value is the result of injecting the fuel in the sum of the injection amount of the main injection Q1 and the injection amount of the additional injection Q2 when the additional injection Q2 is performed by the main injection Q1.

図13は、図12に示すベース値の結果が得られたときの熱発生率dQ(破線)と、図12において追加噴射Q2をクランク角度CAbで実施したときの熱発生率dQ(実線)とを比較して示した図である。 13 shows the heat generation rate dQ (broken line) when the result of the base value shown in FIG. 12 is obtained, and the heat generation rate dQ (solid line) when the additional injection Q2 is performed at the crank angle CAb in FIG. It is a figure which compared and showed.

図12および図13に示されるように、追加噴射Q2を実施したときは、追加噴射Q2をしなかったときよりも、燃焼重心時期が進角側になり、エンジントルクが高くなっている。このように、ノック強度を同程度にしたときにおいて、追加噴射Q2を実施した場合は、追加噴射Q2をしなかった場合よりも、高いエンジントルクを得ることが可能になる。詳細には、追加噴射を実施した場合には、ノッキングが抑制されることで点火時期を進角することが可能となって高いエンジントルクを得ることができる。 As shown in FIGS. 12 and 13, when the additional injection Q2 is performed, the combustion center of gravity timing is on the advance side and the engine torque is higher than when the additional injection Q2 is not performed. In this way, when the knock strength is set to the same level, when the additional injection Q2 is performed, it is possible to obtain a higher engine torque than when the additional injection Q2 is not performed. Specifically, when additional injection is performed, knocking is suppressed, so that the ignition timing can be advanced and a high engine torque can be obtained.

このように、本実施形態では、高負荷低速領域A1および高負荷高速領域A2においてノッキングが発生すると予測されたときに30Mpa以上という高圧で燃料を噴射する追加噴射Q2を実施することで、これら領域A1、A2において、ノック強度を小さくすること、さらには、ノッキングの発生を防止しつつ、エンジントルクを高くすること、つまりは、燃費性能を高くすることができる。 As described above, in the present embodiment, the additional injection Q2 that injects fuel at a high pressure of 30 Mpa or more when knocking is predicted to occur in the high load low speed region A1 and the high load high speed region A2 is carried out in these regions. In A1 and A2, the knock strength can be reduced, and the engine torque can be increased while preventing the occurrence of knocking, that is, the fuel efficiency can be improved.

前記の効果が得られるのは、ノッキングの原因となる高温・高圧の混合気が、追加噴射された燃料の噴霧であって高圧でペネトレーションの高い噴霧によって撹拌されたためである。 The above effect is obtained because the high-temperature / high-pressure air-fuel mixture that causes knocking is agitated by a high-pressure, high-penetration spray that is a spray of additionally injected fuel.

つまり、30MPa以上という高圧で燃料が噴射されると、この燃料噴霧によって燃焼室6内に強い流動が生じる。この流動によって、図8に示したように燃焼室6の外周縁付近に形成されたノッキングの核となる混合気は撹拌され、ノッキングの核となる高温・高圧の混合気は周囲の混合気と混合して低温化する。また、混合気が撹拌されることで局所的に燃料濃度の高い部分(混合気の過濃部)を消滅させることができる。これにより、高温・高圧の混合気が自着火してノッキングを引き起こすことが回避される。つまり、前記撹拌によってノッキングの核を消滅することができ、ノッキングの発生を回避できる。 That is, when fuel is injected at a high pressure of 30 MPa or more, a strong flow is generated in the combustion chamber 6 by this fuel spray. As shown in FIG. 8, the air-fuel mixture that is the core of knocking formed near the outer peripheral edge of the combustion chamber 6 is agitated by this flow, and the high-temperature / high-pressure air-fuel mixture that is the core of knocking is mixed with the surrounding air-fuel mixture. Mix and cool. Further, by stirring the air-fuel mixture, the portion having a high fuel concentration (excessive portion of the air-fuel mixture) can be extinguished locally. This prevents the high-temperature / high-pressure air-fuel mixture from self-igniting and causing knocking. That is, the knocking nucleus can be extinguished by the stirring, and the occurrence of knocking can be avoided.

また、前記のように、高負荷低速領域A1では、燃焼室6が高温・高圧であると低温酸化反応が生じるが、このように燃焼室6が高温・高圧であることに伴ってノッキングを引き起こす高温・高圧の混合気つまりノッキングの核は形成される。また、低温酸化反応の反応熱によって混合気の温度がさらに高められる。従って、ノッキングの核は低温酸化反応中に形成されやすい。一方、低温酸化反応が生じないあるいは低温酸化反応の時間が非常に短い高負荷高速領域A2では高温酸化反応の開始に伴って燃焼室6内の温度が上昇することで、ノッキングを引き起こす高温・高圧の混合気つまりノッキングの核が形成される。これに対して、本実施形態では、低温酸化反応が生じている期間中、あるいは、高温酸化反応が生じている期間の前半に追加噴射を実施している。そのため、ノッキングの核の形成途中あるいは形成直後にこの核を撹拌することができ、効果的にノッキングの核を消滅させることができる。 Further, as described above, in the high load low speed region A1, a low temperature oxidation reaction occurs when the combustion chamber 6 is at high temperature and high pressure, and knocking is caused by the high temperature and high pressure of the combustion chamber 6 in this way. A high-temperature / high-pressure mixture, that is, a knocking core, is formed. In addition, the temperature of the air-fuel mixture is further increased by the heat of reaction of the low-temperature oxidation reaction. Therefore, knocking nuclei are likely to be formed during the low temperature oxidation reaction. On the other hand, in the high-load high-speed region A2 where the low-temperature oxidation reaction does not occur or the time of the low-temperature oxidation reaction is very short, the temperature inside the combustion chamber 6 rises with the start of the high-temperature oxidation reaction, causing knocking. Air-fuel mixture, that is, a knocking core is formed. On the other hand, in the present embodiment, the additional injection is carried out during the period during which the low temperature oxidation reaction is occurring or during the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring. Therefore, the knocking nuclei can be agitated during or immediately after the formation of the knocking nuclei, and the knocking nuclei can be effectively extinguished.

そして、本実施形態では、このように追加噴射Q2による撹拌の作用によってノッキングを防止している。そのため、ノッキングを防止するために燃焼室6全体の温度を低下させるべく水や過剰な燃料を燃焼室6に供給する場合に比べて、燃焼室6全体の温度低下を抑制できる。つまり、燃焼室6全体の温度を低下させてノッキングを防止する場合は、この温度低下を実現するために多くの水や燃料が必要となる。これに対して、本実施形態では、前記のように高圧の燃料噴霧によってノッキングの核となる高温・高圧の混合気を撹拌することでノッキングを防止していることから、燃焼室6全体の温度を低下させるような多量の燃料は不要であり、追加噴射する燃料の量は少なくてよい。従って、本実施形態によれば、燃焼室6全体の温度低下およびこれに伴うエンジントルクの低下を抑制しつつノッキングを防止できる。 Then, in the present embodiment, knocking is prevented by the action of stirring by the additional injection Q2 in this way. Therefore, the temperature drop of the entire combustion chamber 6 can be suppressed as compared with the case where water or excess fuel is supplied to the combustion chamber 6 in order to lower the temperature of the entire combustion chamber 6 in order to prevent knocking. That is, when the temperature of the entire combustion chamber 6 is lowered to prevent knocking, a large amount of water or fuel is required to realize this temperature drop. On the other hand, in the present embodiment, knocking is prevented by stirring the high-temperature / high-pressure mixture that is the core of knocking by high-pressure fuel spray as described above, so that the temperature of the entire combustion chamber 6 is increased. A large amount of fuel is not required, and the amount of additional fuel to be injected may be small. Therefore, according to the present embodiment, knocking can be prevented while suppressing a decrease in temperature of the entire combustion chamber 6 and a decrease in engine torque accompanying the decrease.

ここで、図12のクランク角度CA_0は低温酸化反応が開始した時期とほぼ同じ時期である。図12に示すように、追加噴射Q2の実施時期を低温酸化反応が開始した時期CA_0から遅角させていくと、それに伴ってエンジントルクは上昇していく。しかし、追加噴射Q2の実施時期が所定時期を過ぎるとエンジントルクは低下する。 Here, the crank angle CA_0 in FIG. 12 is substantially the same as the time when the low temperature oxidation reaction starts. As shown in FIG. 12, when the execution time of the additional injection Q2 is retarded from the time CA_0 when the low temperature oxidation reaction starts, the engine torque increases accordingly. However, when the execution time of the additional injection Q2 exceeds the predetermined time, the engine torque decreases.

追加噴射Q2の実施時期を低温酸化反応が開始した時期から遅角させていくのに伴ってエンジントルクが上昇するのは、低温酸化反応が開始してからしばらく後の方がノッキングの核が明確に形成されておりこれを効果的に消滅させることができるためである。そして、追加噴射Q2の実施時期が所定時期を過ぎるとエンジントルクが低下するのは、追加噴射Q2の実施時期が遅くなると高温酸化反応が生じている状態で燃料が噴射されることになるため、噴射された燃料が十分に空気と混合せず、この燃料が適切に燃焼しないためである。このことは、図12に示すように、追加噴射Q2の実施時期が遅くなるほどスモークの発生が増大していることからもわかる。 The engine torque increases as the timing of the additional injection Q2 is delayed from the time when the low temperature oxidation reaction starts, and the core of knocking is clear after a while after the low temperature oxidation reaction starts. This is because it is formed in and can be effectively extinguished. The reason why the engine torque decreases when the additional injection Q2 is executed after the predetermined time is that the fuel is injected in a state where the high temperature oxidation reaction occurs when the additional injection Q2 is executed later. This is because the injected fuel does not mix well with the air and the fuel does not burn properly. This can be seen from the fact that, as shown in FIG. 12, the generation of smoke increases as the execution time of the additional injection Q2 is delayed.

これに対して、本実施形態では、前記のように、低温酸化反応が生じている期間中、あるいは、高温酸化反応が生じている期間の前半、つまり、高温酸化反応が生じている期間の前半が終了するまでという比較的早い時期に追加噴射を実施しているため、高いエンジントルクを確保し、且つ、ノッキングを抑制しながら、スモークの増大を抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, during the period during which the low temperature oxidation reaction is occurring, or the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring, that is, the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring. Since the additional injection is carried out at a relatively early stage until the end of the process, it is possible to secure a high engine torque and suppress knocking while suppressing an increase in smoke.

特に、本実施形態では、高負荷低速領域A1では、低温酸化反応中あるいは低温酸化反応の直後に追加噴射を実施しており、より確実に、スモークの増大を抑制し、且つ、高いエンジントルクを確保しながら、ノッキングを抑制できる。 In particular, in the present embodiment, in the high load low speed region A1, additional injection is performed during the low temperature oxidation reaction or immediately after the low temperature oxidation reaction, so that the increase in smoke is more reliably suppressed and the engine torque is high. Knocking can be suppressed while ensuring.

また、本実施形態では、高負荷高速領域A2において、追加噴射Q2を実施したにもかからずノッキングが生じたときには、追加噴射Q2を停止して混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにしている。そのため、ノッキングが連続して発生し、これによりピストン等に悪影響が及ぼされるのをより確実に防止できる。 Further, in the present embodiment, when knocking occurs even though the additional injection Q2 is performed in the high load high speed region A2, the additional injection Q2 is stopped and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. I have to. Therefore, it is possible to more reliably prevent knocking from occurring continuously, which adversely affects the piston and the like.

(4)変形例
前記実施形態では、追加噴射Q2において燃焼室6に噴射する流体を燃料とした場合について説明したが、この流体は燃料でなくてもよい。例えば、水や排気の一部等であってもよい。ただし、前記流体として燃料を用いれば、インジェクタ14を利用して追加噴射を実施できる。従って、流体を噴射するための装置を別途設ける必要がなく、構造を簡素化できる。
(4) Modification Example In the above embodiment, the case where the fluid injected into the combustion chamber 6 in the additional injection Q2 is used as fuel has been described, but this fluid does not have to be fuel. For example, it may be a part of water or exhaust gas. However, if fuel is used as the fluid, additional injection can be performed using the injector 14. Therefore, it is not necessary to separately provide a device for injecting the fluid, and the structure can be simplified.

前記実施形態では、追加噴射Q2の噴射量(追加噴射によって燃焼室6に供給される燃料の量)を1サイクル中に燃焼室6に供給される燃料の総量の10%以下とした場合について説明したが、追加噴射の噴射量は10%より大きくしてもよい。 In the above embodiment, a case where the injection amount of the additional injection Q2 (the amount of fuel supplied to the combustion chamber 6 by the additional injection) is 10% or less of the total amount of fuel supplied to the combustion chamber 6 in one cycle will be described. However, the injection amount of the additional injection may be larger than 10%.

ただし、前記のように、追加噴射される燃料の量が多くなると、この燃料の気化に伴って燃焼室6内の温度が大幅に低下するおそれがある。また、前記のように、酸化反応が生じている混合気に多量の燃料が追加されると、この燃料と空気との混合が不十分となりスモークが生じやすい。そのため、追加噴射される燃料の量は、前記のように設定されるのが好ましい。 However, as described above, if the amount of fuel additionally injected increases, the temperature inside the combustion chamber 6 may drop significantly as the fuel vaporizes. Further, as described above, when a large amount of fuel is added to the air-fuel mixture in which the oxidation reaction is occurring, the mixture of the fuel and air becomes insufficient and smoke is likely to occur. Therefore, the amount of fuel to be additionally injected is preferably set as described above.

また、気筒の幾何学的圧縮比は、15以上に限らない。ただし、気筒の幾何学的圧縮比が15以上になると、ノッキングが生じやすい。そのため、このエンジンに前記の実施形態を適用すれば、効果的である。 Further, the geometric compression ratio of the cylinder is not limited to 15 or more. However, when the geometric compression ratio of the cylinder is 15 or more, knocking is likely to occur. Therefore, it is effective to apply the above embodiment to this engine.

また、前記実施形態では、高負荷低速領域A1において、低温酸化反応が生じている期間あるいは低温酸化反応直後に追加噴射を実施する場合について説明したが、追加噴射は、低温酸化反応が生じている期間中あるいは高温酸化反応が生じている期間の前半に実施されればよい。従って、高負荷低速領域A1においても、高温酸化反応が開始してから予め設定された所定角度後であって高温酸化反応が生じている期間の前半に含まれる時期に追加噴射が実施されてもよい。ただし、前記のように、追加噴射の時期が遅くなるとスモークの発生量が増大するので、低温酸化反応が開始した後の比較的早い時期に追加噴射が実施されるのが好ましい。 Further, in the above embodiment, the case where the additional injection is performed during the period in which the low temperature oxidation reaction is occurring or immediately after the low temperature oxidation reaction in the high load low speed region A1 has been described, but the additional injection causes the low temperature oxidation reaction. It may be carried out during the period or in the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring. Therefore, even in the high-load low-speed region A1, even if the additional injection is performed at a time included in the first half of the period in which the high-temperature oxidation reaction occurs after a predetermined angle set in advance after the start of the high-temperature oxidation reaction. Good. However, as described above, since the amount of smoke generated increases when the timing of the additional injection is delayed, it is preferable that the additional injection is carried out at a relatively early time after the start of the low temperature oxidation reaction.

また、前記実施形態では、高負荷低速領域A1において、低温酸化反応が生じるとその後ノッキングが生じると判定(予測)した場合について説明したが、高負荷低速領域A1においても、高負荷高速領域A2と同様に圧縮上死点付近の圧力に基づいてノッキングが生じるか否かを判定(予測)してもよい。 Further, in the above embodiment, the case where it is determined (predicted) that knocking occurs after the low temperature oxidation reaction occurs in the high load low speed region A1 has been described, but also in the high load low speed region A1, the high load high speed region A2 Similarly, it may be determined (predicted) whether or not knocking occurs based on the pressure near the compression top dead center.

また、前記実施形態では、ノッキングが生じるか否かを予測し、ノッキングが生じると予測されたときに追加噴射を実施する場合について説明したが、これに代えて、実際にノッキングが発生したか否かを検出し、ノッキングが発生したときの次の燃焼サイクルで追加噴射を実施するようにしてもよい。そして、この場合には、ノックセンサ等の検出値に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するように構成してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where knocking or not is predicted and the additional injection is performed when knocking is predicted to occur has been described, but instead of this, whether or not knocking actually occurs or not. This may be detected and additional injection may be performed in the next combustion cycle when knocking occurs. Then, in this case, it may be configured to determine whether or not knocking has occurred based on the detected value of the knock sensor or the like.

1 エンジン本体
2 気筒
6 燃焼室
13 点火プラグ
14 インジェクタ(流体噴射手段)
100 PCM
1 Engine body 2 Cylinder 6 Combustion chamber 13 Spark plug 14 Injector (fluid injection means)
100 PCM

Claims (4)

燃焼室が形成された気筒を備え、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が前記燃焼室内で自着火する圧縮自着火燃焼が、点火アシストを伴って所定の条件下で実行されるエンジンの制御装置であって、
前記燃焼室内でのノッキングの発生を、前記燃焼室内での混合気の低温酸化反応の発生度合いに基づいて予測するノック判定手段と、
前記燃焼室内に30MPa以上の噴射圧で流体を噴射する流体噴射手段とを備え、
前記流体噴射手段は、エンジン負荷が予め設定された基準負荷以上であってエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の高負荷低速の運転領域において、前記ノック判定手段によってノッキングの発生が予測される低温酸化反応が検出されると、前記燃焼室内で混合気の低温酸化反応が生じている期間中または前記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じている期間の前半に、前記燃焼室内に流体を噴射する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In an engine having a cylinder in which a combustion chamber is formed, compression self-ignition combustion in which a mixture of fuel containing gasoline and air self-ignites in the combustion chamber is executed under predetermined conditions with ignition assist. It ’s a control device,
A knock determination means for predicting the occurrence of knocking in the combustion chamber based on the degree of occurrence of a low-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
A fluid injection means for injecting a fluid at an injection pressure of 30 MPa or more is provided in the combustion chamber.
In the fluid injection means, knocking is predicted by the knock determination means in a high load and low speed operating region where the engine load is equal to or higher than the preset reference load and the engine speed is lower than the preset reference speed. When the low temperature oxidation reaction is detected, the combustion chamber is in the period during which the low temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture is occurring in the combustion chamber or in the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture is occurring in the combustion chamber. An engine control device characterized by injecting fluid into an engine.
請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
前記流体噴射手段は、
前記燃焼室内に燃料を噴射するものであり、
エンジントルクの生成用に燃料を噴射するメイン噴射を実施するとともに、
前記メイン噴射の終了後、当該メイン噴射によって前記燃焼室に噴射された燃料と空気との混合気の低温酸化反応が生じている期間中または当該混合気の高温酸化反応が生じている期間の前半に、前記燃焼室内に燃料を噴射する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to claim 1,
The fluid injection means
Fuel is injected into the combustion chamber.
In addition to carrying out the main injection that injects fuel to generate engine torque
After the end of the main injection, during the period during which the low temperature oxidation reaction of the fuel and air injected into the combustion chamber by the main injection occurs or the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture occurs. An engine control device for injecting fuel into the combustion chamber.
請求項2に記載のエンジンの制御装置において、
前記低温酸化反応が生じている期間中または前記高温酸化反応が生じている期間の前半に前記燃焼室内に前記流体噴射手段から噴射される燃料の重量は、1燃焼サイクルで前記燃焼室内に供給される燃料の総重量の10%以下である、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to claim 2.
The weight of the fuel injected from the fluid injection means into the combustion chamber during the period during which the low temperature oxidation reaction is occurring or the first half of the period during which the high temperature oxidation reaction is occurring is supplied to the combustion chamber in one combustion cycle. An engine control device characterized in that it is 10% or less of the total weight of the fuel.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記気筒の幾何学的圧縮比は15以上に設定されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 3.
An engine control device characterized in that the geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more.
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