JP7155962B2 - engine controller - Google Patents
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Description
本発明は、吸気弁と排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更する可変バルブ機構を備えたエンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to a device for controlling an engine having a variable valve mechanism that changes the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve.
エンジンには、その排気通路に、気筒から排出された排気を浄化するための触媒装置が設けられたものがある。このようなエンジンでは、触媒装置の温度が低いときに、触媒装置の温度を早期に活性化温度つまり排気を浄化可能な温度にまで高めるための運転が行われる。 2. Description of the Related Art Some engines have an exhaust passage provided with a catalytic device for purifying exhaust gas discharged from a cylinder. In such an engine, when the temperature of the catalyst device is low, operation is performed to quickly raise the temperature of the catalyst device to an activation temperature, that is, a temperature at which exhaust gas can be purified.
例えば、特許文献1には、触媒装置の温度が所定の温度未満のときに、気筒内に比較的多量の燃料を供給するとともに気筒内の空燃比を理論空燃比として、気筒内で生成される燃焼エネルギーを増大させるとともに、燃料と空気の混合気に点火を行う点火時期を通常の時期よりも遅角側の時期にして、気筒内で生成された高い燃焼エネルギーが排気通路に効率よく供給されるようにしたエンジンが開示されている。 For example, in Patent Document 1, when the temperature of the catalyst device is less than a predetermined temperature, a relatively large amount of fuel is supplied to the cylinder and the air-fuel ratio in the cylinder is set to the stoichiometric air-fuel ratio. In addition to increasing the combustion energy, the ignition timing for igniting the mixture of fuel and air is retarded from the normal timing, so that the high combustion energy generated in the cylinder is efficiently supplied to the exhaust passage. An engine is disclosed.
ここで、燃費性能を高める構成の一つとして気筒の圧縮比を高くすることが挙げられる。そして、気筒の圧縮比が高いエンジンにおいて触媒装置を設けて前記特許文献1の制御を適用することが考えられる。しかし、圧縮比が高いエンジンにおいて前記特許文献1の制御を単純に適用して、多量の空気と燃料を気筒内に導入し、且つ、その空燃比を理論空燃比近傍にすると、点火装置から点火が行われる前に混合気が燃焼を開始する過早着火が生じるおそれがある。 Here, increasing the compression ratio of the cylinder is one of the configurations for improving the fuel consumption performance. Then, it is conceivable to provide a catalyst device and apply the control of Patent Document 1 to an engine having a high cylinder compression ratio. However, in an engine with a high compression ratio, simply applying the control of Patent Document 1, introducing a large amount of air and fuel into the cylinder, and bringing the air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio, causes ignition from the ignition device. There is a risk of pre-ignition, in which the air-fuel mixture begins to burn before the
これに対して、例えば、点火時期や気筒に導入される空気量等を予め過早着火が生じない時期、量に設定しておくことが考えられる。しかしながら、過早着火の生じやすさつまり燃料の着火性は、燃料の種類によって異なる。例えば、ガソリンでは、オクタン価が低い種類の方が着火性が高く、過早着火が生じやすくなる。そのため、前記設定値を決定したときの燃料の種類と大きく異なる燃料が予期せずエンジンに供給された場合には、過早着火の発生を十分に回避できないおそれがある。 On the other hand, for example, it is conceivable to set the ignition timing, the amount of air introduced into the cylinder, and the like in advance to the timing and amount at which pre-ignition does not occur. However, the susceptibility to pre-ignition, ie, the ignitability of fuel, differs depending on the type of fuel. For example, gasoline with a lower octane number is more ignitable, and premature ignition is more likely to occur. Therefore, if the engine is unexpectedly supplied with a fuel that is significantly different from the type of fuel when the set value was determined, there is a possibility that premature ignition cannot be sufficiently avoided.
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、触媒を早期に活性化させつつ過早着火の発生をより確実に抑制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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an engine control apparatus capable of activating a catalyst at an early stage and more reliably suppressing the occurrence of pre-ignition.
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒と、気筒内の混合気の空燃比を変更可能な空燃比変更装置と、気筒内の混合気に点火する点火装置と、気筒に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、気筒から排気を排出するための排気ポートを開閉する排気弁と、排気弁の閉弁時期および吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を変更する可変バルブ機構と、気筒から排気ポートを通じて排出された排気が流通する排気通路と、排気通路に設けられて排気を浄化するための触媒装置と、を備えたエンジンを制御する装置であって、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、前記点火装置による点火が行われるよりも前に混合気が着火する過早着火が生じるか否か予測する、あるいは、過早着火が生じたか否かを検出する過早着火判定部と、前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記触媒装置の温度が予め設定された基準温度未満の場合に、気筒内の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さくなり、前記触媒装置の温度が前記基準温度以上のときよりも遅角側の時期で気筒内の混合気に点火が行われ、且つ、気筒内に既燃ガスが残留するように、前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する触媒暖機促進制御を実施し、前記触媒装置の温度が前記基準温度以上の場合に、気筒内の空燃比が理論空燃比よりも大きくなり、所定の時期で点火が行われ、且つ、前記吸気弁と前記排気弁の双方が排気上死点を跨いで所定の期間開弁するように、前記前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する通常運転制御を実施し、前記触媒暖機促進制御の実施中に前記過早着火判定部によって過早着火が生じると予測される、あるいは、過早着火が生じたと検出されたときは、前記気筒に残留する既燃ガスの量が低減する方向に前記可変バルブ機構を駆動し、前記通常運転制御の実施中に前記過早着火判定部によって過早着火が生じると予測される、あるいは、過早着火が生じたと検出されたときは、前記インジェクタから追加の燃料を気筒内に噴射させる、ことを特徴とするものである(請求項1)。 To solve the above problems, the present invention provides a cylinder, an air-fuel ratio changing device capable of changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder, an ignition device for igniting the air-fuel mixture in the cylinder, and an air-fuel mixture in the cylinder. At least one of the intake valve that opens and closes the intake port for introducing the exhaust gas, the exhaust valve that opens and closes the exhaust port for discharging the exhaust from the cylinder, and the closing timing of the exhaust valve and the opening timing of the intake valve. A device for controlling an engine comprising : a variable valve mechanism; an exhaust passage through which exhaust gas discharged from a cylinder through an exhaust port flows; and a catalytic device provided in the exhaust passage for purifying the exhaust gas, Predict whether or not pre-ignition will occur, in which the mixture ignites before ignition by the injector that injects fuel into the cylinder and the ignition device, or detect whether pre-ignition has occurred and a combustion control unit that controls the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism, wherein the combustion control unit controls the temperature of the catalyst device to a preset reference temperature, the air-fuel ratio in the cylinder becomes close to the stoichiometric air-fuel ratio or becomes smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel mixture in the cylinder is retarded at a timing more retarded than when the temperature of the catalytic device is equal to or higher than the reference temperature. and carry out catalyst warm-up promotion control for controlling the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism so that the ignition is performed and the burned gas remains in the cylinder, and the catalyst device is equal to or higher than the reference temperature, the air-fuel ratio in the cylinder becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio, ignition is performed at a predetermined timing, and both the intake valve and the exhaust valve are at exhaust top dead center normal operation control for controlling the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism so that the valve is opened for a predetermined period across the When the early ignition determination unit predicts that pre-ignition will occur or detects that pre-ignition has occurred, the variable valve mechanism is driven in the direction in which the amount of burnt gas remaining in the cylinder is reduced. When the pre-ignition determination unit predicts that pre-ignition occurs during the execution of the normal operation control, or detects that pre-ignition has occurred, additional fuel is injected from the injector into the cylinder. ( Claim 1).
本発明によれば、触媒装置の温度が基準温度未満の場合に、触媒暖機促進制御が実施されて、気筒内の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比未満にされるとともに、点火時期が通常時よりも遅角側の時期とされる。そのため、気筒内で高い燃焼エネルギーを生成させ、且つ、このエネルギーを効率よく触媒装置に供給することができ、触媒装置を早期に活性化させることができる。さらに、高温の既燃ガスが気筒内に残留するように構成されていることで、気筒内の温度を高めて気筒内に供給された燃料の気化・霧化を促進し、当該燃料を適切に燃焼させることができ、確実に高い燃焼エネルギーを触媒装置に供給できるとともに未燃燃料の排出を抑制することができる。 According to the present invention, when the temperature of the catalyst device is less than the reference temperature, the catalyst warm-up acceleration control is performed to bring the air-fuel ratio in the cylinder to near the stoichiometric air-fuel ratio or less than the stoichiometric air-fuel ratio. is the timing on the retarded side compared to the normal time. Therefore, high combustion energy can be generated in the cylinder, and this energy can be efficiently supplied to the catalyst device, so that the catalyst device can be activated early. In addition, since the high-temperature burned gas remains in the cylinder, the temperature inside the cylinder is increased, promoting the vaporization and atomization of the fuel supplied to the cylinder, and the fuel is properly dispensed. Therefore, it is possible to reliably supply high combustion energy to the catalyst device and to suppress the discharge of unburned fuel.
しかも、本発明では、過早着火が生じることを予測するあるいは過早着火が生じたことを検出する過早着火判定部が設けられている。そして、この過早着火判定部により過早着火が生じることが予測されるあるいは過早着火が検出された場合には、気筒内に残留する既燃ガスの量、つまり、内部EGRガスの量が少なくなるように可変バルブ機構が制御される。そのため、燃料の種類が予期せず燃焼性の高いものに変わったときでも、過早着火の発生を予測あるいは検出できるとともに、これが予測あるいは検出された場合に、高温の内部EGRガスの量を少なくして気筒内の温度を低減することができ、過早着火が生じるのを抑制することができる。 Moreover, the present invention is provided with a pre-ignition determination unit that predicts occurrence of pre-ignition or detects occurrence of pre-ignition. When the pre-ignition determining unit predicts that pre-ignition will occur or detects pre-ignition, the amount of burnt gas remaining in the cylinder, that is, the amount of internal EGR gas is The variable valve mechanism is controlled to reduce Therefore, even when the type of fuel unexpectedly changes to one with high combustibility, the occurrence of pre-ignition can be predicted or detected, and when this is predicted or detected, the amount of high-temperature internal EGR gas can be reduced. As a result, the temperature in the cylinder can be reduced, and the occurrence of premature ignition can be suppressed.
前記構成において、好ましくは、前記可変バルブ機構は、電動モータの駆動によりバルブの開閉位相を変更する電動式の可変機構である(請求項2)。 In the above configuration, preferably, the variable valve mechanism is an electric variable mechanism that changes the opening/closing phase of the valve by driving an electric motor (Claim 2).
この構成によれば、過早着火の発生が予測あるいは検出されたきに、迅速に排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期との少なくとも一方を変更して内部EGRガスの量を低減することができる。 According to this configuration, when the occurrence of pre-ignition is predicted or detected, at least one of the closing timing of the exhaust valve and the opening timing of the intake valve is quickly changed to reduce the amount of internal EGR gas. be able to.
本発明によれば、触媒暖機制御の実施中に過早着火が生じるのが抑制される。そのため、気筒の幾何学的圧縮比が13以上と高く過早着火が生じやすいエンジンに本発明が適用されれば、気筒の幾何学的圧縮比を高くして燃費性能を高くでき、且つ、過早着火の発生を防止しながら触媒を早期に暖機することができ、効果的である(請求項3)。 According to the present invention, the occurrence of premature ignition during execution of catalyst warm-up control is suppressed. Therefore, if the present invention is applied to an engine in which the geometric compression ratio of the cylinder is as high as 13 or more and is likely to cause pre-ignition, the geometric compression ratio of the cylinder can be increased to improve fuel efficiency, and It is effective because the catalyst can be warmed up early while preventing the occurrence of premature ignition (Claim 3).
ここで、気筒の幾何学的圧縮比を高くすれば、混合気の一部を自着火により燃焼させることが可能になる。そして、この場合には、混合気の燃焼時間を短くして燃費性能をさらに高めることができる。 Here, if the geometric compression ratio of the cylinder is increased, it becomes possible to burn part of the air-fuel mixture by self-ignition. In this case, the combustion time of the air-fuel mixture can be shortened to further improve the fuel efficiency.
従って、前記構成において、少なくとも前記触媒装置の温度が前記基準温度以上の場合に、気筒の混合気の一部を前記点火装置による点火点からの火炎伝播によりSI燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行させるように構成すれば、燃費性能をさらに高めつつ、過早着火の発生が防止されつつ触媒を早期に暖機できる高性能なエンジンを実現できる(請求項4)。 Therefore, in the above configuration, at least when the temperature of the catalyst device is equal to or higher than the reference temperature, part of the air-fuel mixture in the cylinder is SI-burned by flame propagation from the ignition point of the ignition device, and the other air-fuel mixture is automatically burned. If it is configured to execute partial compression ignition combustion in which CI combustion is performed by ignition, it is possible to realize a high-performance engine that can warm up the catalyst early while preventing premature ignition while further improving fuel efficiency (claim Item 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、触媒を早期に活性化させつつ過早着火の発生をより確実に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 more reliably suppress the occurrence of pre-ignition while activating the catalyst at an early stage.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の制御装置が適用された車両用エンジン(以下、単にエンジンともいう)の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流する外部EGR装置50を備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing a preferred embodiment of a vehicle engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which the control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a 4-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a power source for running. It has an
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、気筒2を上から閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。エンジン本体1は、典型的には複数の(例えば4つの)気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、1つの気筒2のみに着目して説明を進める。
The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a
ピストン5の上方には燃焼室6が画成されており、燃焼室6には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ15からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室6で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン5が上下方向に往復運動する。燃焼室6には、燃焼室6内の圧力つまり気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサSN10が設けられている。
A combustion chamber 6 is defined above the piston 5, and fuel containing gasoline as a main component is supplied to the combustion chamber 6 by injection from an
ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転駆動される。
A
気筒2の幾何学的圧縮比、つまりピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するSPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)に好適な値として、13以上30以下、好ましくは14以上18以下に設定される。
The geometric compression ratio of
シリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転数(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。
The cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects the rotation angle (crank angle) of the
シリンダヘッド4には、吸気通路30から供給される空気を燃焼室6に導入するための吸気ポート9と、燃焼室6で生成された排気ガスを排気通路40に導出するための排気ポート10と、吸気ポート9の燃焼室6側の開口を開閉する吸気弁11と、排気ポート10の燃焼室6側の開口を開閉する排気弁12とが設けられている。
The
吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。
The intake valve 11 and the
吸気弁11用の動弁機構には、吸気弁11の開閉時期を変更可能な吸気VVT13が内蔵されている。同様に、排気弁12用の動弁機構には、排気弁12の開閉時期を変更可能な排気VVT14が内蔵されている。吸気VVT13(排気VVT14)は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁11(排気弁12)の開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する。また、吸気VVT13(排気VVT14)は、その駆動源として電動モータ13a(14a)を備えた電動式のものであり(図2参照)、この電動モータ13a(14a)の作動に応じて吸気弁11(排気弁12)の開閉時期を変更する。吸気VVT13および排気VVT14は、請求項にいう「可変バルブ機構」の一例に該当する。
A valve mechanism for the intake valve 11 incorporates an
図2は、吸気弁11および排気弁12のリフトカーブを示す図である(INは吸気弁11のリフトカーブを、EXは排気弁12のリフトカーブをそれぞれ示している)。本図に示すように、吸気弁11および排気弁12は、排気上死点(図2中のTDC)を跨いで開弁期間が重複するように駆動されることがある。この重複期間、つまり吸気弁11および排気弁12の双方が開弁する期間は、バルブオーバーラップ期間と呼ばれる。バルブオーバーラップ期間は、前述した吸気VVT13および排気VVT14の制御により調整することが可能である。図2における実線の波形は、バルブオーバーラップ期間が比較的長くされた場合を例示しており、この場合には、排気上死点を過ぎてから(吸気行程の初期に)排気弁12がしばらく開弁されることにより、排気ポート10から燃焼室6へと既燃ガスが引き戻されて、燃焼室6内に既燃ガスが残留する内部EGRが実現される。逆に、破線の波形として示すように、バルブオーバーラップ期間が短縮された場合には、前記のように排気ポート10から引き戻される既燃ガスの量が減少する結果、内部EGRが抑制または停止される。
FIG. 2 is a diagram showing lift curves of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 (IN indicates the lift curve of the intake valve 11 and EX indicates the lift curve of the exhaust valve 12). As shown in this figure, the intake valve 11 and the
シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料(ガソリン)を噴射するインジェクタ15と、インジェクタ15から燃焼室6に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ16とが設けられている。点火プラグ16は、請求項の「点火装置」に相当する。
The
吸気通路30は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路30の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路30および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。
The
吸気通路30には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ31と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁32と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機33と、過給機33により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ35と、サージタンク36とが設けられている。
The
吸気通路30の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサSN2と、吸気の温度を検出する吸気温センサSN3と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN4とが設けられている。エアフローセンサSN2および吸気温センサSN3は、吸気通路30におけるエアクリーナ31とスロットル弁32との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。吸気圧センサSN4は、サージタンク36に設けられ、当該サージタンク36内の吸気の圧力を検出する。
Each portion of the
過給機33は、エンジン本体1と機械的に連係された機械式の過給機(スーパーチャージャ)である。過給機33の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機33として用いることができる。
The
過給機33とエンジン本体1との間には、締結/解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ34が介設されている。電磁クラッチ34が締結されると、エンジン本体1から過給機33に駆動力が伝達されて、過給機33による過給が行われる。一方、電磁クラッチ34が解放されると、前記駆動力の伝達が遮断されて、過給機33による過給が停止される。
Between the
吸気通路30には、過給機33をバイパスするためのバイパス通路38が設けられている。バイパス通路38は、サージタンク36と後述するEGR通路51とを互いに接続している。バイパス通路38には開閉可能なバイパス弁39が設けられている。
A
排気通路40は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続されている。燃焼室6で生成された既燃ガスは、排気ポート10および排気通路40を通じて外部に排出される。
The
排気通路40には触媒コンバータ41が設けられている。触媒コンバータ41には、排気通路40を流通する排気ガス中に含まれる有害成分(HC、CO、NOx)を浄化するための三元触媒41aと、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するためのGPF(ガソリン・パティキュレート・フィルタ)41bとが内蔵されている。触媒コンバータ41には、三元触媒41aの温度を検出するための触媒温度センサSN11が取り付けられている。本実施形態では、三元触媒41aの直上流側部分に触媒温度センサSN11が取り付けられている。以下では、適宜、触媒温度センサSN11により検出された三元触媒41aの温度を、触媒温度という。三元触媒41aは、請求項の「触媒装置」の一例に該当する。
A
外部EGR装置50は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路51と、EGR通路51に設けられたEGRクーラ52およびEGR弁53とを有している。EGR通路51は、排気通路40における触媒コンバータ41よりも下流側の部位と、吸気通路30におけるスロットル弁32と過給機33との間の部位とを互いに接続している。EGRクーラ52は、EGR通路51を通じて排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(外部EGRガス)を熱交換により冷却する。EGR弁53は、EGRクーラ52よりも下流側(吸気通路30に近い側)のEGR通路51に開閉可能に設けられ、EGR通路51を流通する排気ガスの流量を調整する。
The
(2)制御系統
図3は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるPCM100は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(2) Control System FIG. 3 is a block diagram showing the engine control system. A
PCM100には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、PCM100は、前述したクランク角センサSN1、エアフローセンサSN2、吸気温センサSN3、吸気圧センサSN4、筒内圧センサSN10、触媒温度センサSN11と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報(つまり、クランク角、エンジン回転数、吸気流量、吸気温、吸気圧、筒内圧、触媒温度)がPCM100に逐次入力されるようになっている。
Detection signals from various sensors are input to the
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度(以下、アクセル開度という)を検出するアクセルセンサSN5と、車両の走行速度(以下、車速という)を検出する車速センサSN6とが設けられており、これらのセンサSN5,SN6による検出信号もPCM100に逐次入力される。
Further, the vehicle is equipped with an accelerator sensor SN5 for detecting the opening of an accelerator pedal operated by the driver of the vehicle (hereinafter referred to as accelerator opening), and a traveling speed of the vehicle (hereinafter referred to as vehicle speed). A vehicle speed sensor SN6 is provided, and detection signals from these sensors SN5 and SN6 are also input to the
PCM100は、前記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、PCM100は、吸気VVT13および排気VVT14の各電動モータ13a,14a、インジェクタ15、点火プラグ16、スロットル弁32、電磁クラッチ34、バイパス弁39、およびEGR弁53等と電気的に接続されており、前記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
The
具体的に、PCM100は、演算部101および燃焼制御部102を機能的に有している。
Specifically, the
燃焼制御部102は、燃焼室6での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部(吸・排気VVT13,14、インジェクタ15、点火プラグ16‥‥等)を制御する。演算部101は、燃焼制御部102による制御目標値を決定したりエンジンの運転状態を判定するといった各種演算を実行するための制御モジュールである。演算部101は、請求項の「過早着火判定部」に相当する。
The
(3)触媒暖機促進制御
本実施形態では、三元触媒41aの温度が所定の基準温度未満であって三元触媒41aが十分に活性化していないときには、三元触媒41aを昇温して三元触媒41aの活性化を促進する触媒暖機促進制御が実施される。以下では、触媒暖機促進制御を、適宜、AWS制御という。本実施形態では、前記の基準温度は、三元触媒41aの浄化率が50%となる活性化温度に設定されている。
(3) Catalyst Warm-Up Acceleration Control In this embodiment, when the temperature of the three-
演算部101は、触媒温度センサSN11で検出された触媒温度が基準温度未満であるか否かを判定する。演算部101は、触媒温度が基準温度未満であると判定すると、燃焼制御部102にAWS制御を実施するように指令し、触媒温度が基準温度以上であると判定すると、燃焼制御部102に通常の制御を実施するように指令する。本実施形態では、アクセル開度が踏み込まれた場合には、AWS制御の実施が禁止されるようになっており、演算部101は、触媒温度が基準温度未満であってもアクセル開度が踏み込まれていると判定した場合は、燃焼制御部102に通常の制御を実施するように指令する。
The
AWS制御では、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さくなる状態で多量の空気と燃料が燃焼室6内に供給され、AWS制御の非実施時つまり通常運転時よりも遅角側の時期で混合気に点火が行われ、且つ、燃焼室6内に既燃ガスが残留するように、スロットル弁32、点火プラグ16、インジェクタ15、吸気VVT13および排気VVT14が制御される。本実施形態では、AWS制御の実施時、燃焼室6内の空燃比は理論空燃比とされる。
Under the AWS control, a large amount of air and fuel are supplied to the combustion chamber 6 in a state where the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is close to the stoichiometric air-fuel ratio or smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. The
具体的には、演算部101からAWS制御実施の指令を受けると、燃焼制御部102は、スロットル弁32の開度を全開にするとともに、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比となるような量の燃料をインジェクタ15から噴射させる。詳細には、燃焼制御部102は、エアフローセンサSN2の検出値等に基づいて燃焼室6内に導入される空気の量を推定し、推定した空気量に対して空燃比が理論空燃比となる燃料の量を算出して、算出した量の燃料が燃焼室6内に噴射されるようにインジェクタ15を駆動する。このように、本実施形態では、スロットル弁32とインジェクタ15とが、燃焼室6内(気筒2内)の混合気の空燃比を変更する空燃比変更装置として機能する。
Specifically, upon receiving a command to perform AWS control from the
また、燃焼制御部102は、点火プラグ16が混合気に点火を行う時期である点火時期を、通常運転時(AWS制御の非実施時)の時期よりも遅角側の時期に設定する。すなわち、同じエンジン回転数およびエンジン負荷であっても、AWS制御の実施時の方が通常運転時よりも点火時期が遅角側に設定される。そして、燃焼制御部102は、設定した点火時期で点火プラグ16に点火を行わせる。例えば、通常運転時の点火時期が、後述するように、圧縮上死点付近あるいは圧縮行程後期に設定されるのに対して、AWS制御時の点火時期は、圧縮上死点から20°CA(クランク角)程度遅角側の時期に設定される。このAWS制御実施時の点火時期は、予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。
Further, the
また、燃焼制御部102は、排気弁12が排気上死点よりも遅角側の時期で閉弁し、且つ、吸気弁11が排気上死点よりも進角側の時期で開弁し、吸気弁11と排気弁12とが排気上死点を跨いでともに開弁するように、吸気VVT13および排気VVT14を駆動する。吸気弁11と排気弁12とがこのように開閉されると、前記のように、内部EGRが実現されて、燃焼室6内に比較的多量の既燃ガスが残留することになる。
Further, the
本実施形態では、AWS制御実施時の排気弁12の開閉時期および吸気弁11の開閉時期の基本値である基本開閉時期が予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。演算部101からAWS制御の実施指令が出されると、燃焼制御部102は、吸・排気弁11、12の開閉時期がそれぞれこの基本値となるように、吸気VVT13および排気VVT14を駆動する。前記基本開閉時期は、例えば、吸気弁11と排気弁12のバルブオーバーラップ期間が40℃A程度になるように設定されている。
In the present embodiment, basic opening/closing timings, which are basic values for the opening/closing timing of the
このように、AWS制御では、多量の燃料と空気とが燃焼室6に導入され、且つ、その空燃比が理論空燃比とされて、これにより燃焼室6内で生成される燃焼エネルギーが高くされる。特に、内部EGRガスが実現されることで燃焼室6内の温度が高められて燃料の気化・霧化が促進されるので、多量の燃料が適切に燃焼し、確実に高い燃焼エネルギーが生成される。また、未燃燃料の排出も抑制される。そして、点火時期が遅角側とされることで、燃焼エネルギーが生成されるタイミングが排気弁12の開弁時期に近くなり、燃焼室6内で生成された高い燃焼エネルギーが排気通路40内に効率よく排出される。これにより、三元触媒41aが昇温される。
Thus, in the AWS control, a large amount of fuel and air are introduced into the combustion chamber 6, and the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, thereby increasing the combustion energy generated in the combustion chamber 6. . In particular, when the internal EGR gas is realized, the temperature in the combustion chamber 6 is raised and the vaporization and atomization of the fuel are promoted, so that a large amount of fuel is appropriately burned, and high combustion energy is reliably generated. be. In addition, the discharge of unburned fuel is also suppressed. By retarding the ignition timing, the timing at which the combustion energy is generated becomes closer to the opening timing of the
(4)通常運転時の制御
次に、AWS制御の非実施時つまり通常運転時の制御について説明する。
(4) Control during normal operation Next, control during non-execution of AWS control, that is, during normal operation will be described.
まず、エンジン水温が所定の温度以上であるときつまり温間時の制御について説明する。 First, the control when the engine water temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, that is, when the engine is warm, will be described.
図4は、温間時における、エンジンの回転数/エンジン負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、3つの運転領域A1~A3に大別される。それぞれ第1運転領域A1、第2運転領域A2、第3運転領域A3とすると、第1運転領域A1は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第2運転領域A2は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第3運転領域A3は、回転速度が高い高速領域である。温間時であるか否か(エンジン水温が前記の所定の温度以上であるか否か)、および、第1~第3運転領域A1~A3のいずれの運転領域でエンジンが運転されているかは、演算部101によって判定される。
FIG. 4 is a map diagram for explaining differences in control according to the engine speed/engine load when the engine is warm. As shown in the figure, the operating range of the engine is roughly divided into three operating ranges A1 to A3. A first operating area A1, a second operating area A2, and a third operating area A3, respectively. is a low-speed, high-load region in which the rotational speed is low and the load is high, and the third operating region A3 is a high-speed region in which the rotational speed is high. Whether the engine is warm (whether or not the engine water temperature is equal to or higher than the predetermined temperature), and in which of the first to third operating regions A1 to A3 the engine is being operated are determined. , is determined by the
(a)第1運転領域A1および第2運転領域A2
第1運転領域A1および第2運転領域A2では、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼(以下、これをSPCCI燃焼という)が実行される。SI燃焼とは、点火プラグ16により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、CI燃焼とは、ピストン5の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらSI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「SPCCI」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
(a) First operating region A1 and second operating region A2
In the first operating region A1 and the second operating region A2, partial compression ignition combustion (hereinafter referred to as SPCCI combustion) combining SI combustion and CI combustion is performed. SI combustion is a form in which the air-fuel mixture is ignited by the
図5は、SPCCI燃焼が起きたときの燃焼波形、つまりクランク角に対する熱発生率(J/deg)の変化を示したグラフである。SPCCI燃焼では、SI燃焼時の熱発生がCI燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、SPCCI燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図5に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室6における圧力変動(つまりdP/dθ:Pは筒内圧 θはクランク角度)も、SI燃焼時はCI燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、SPCCI燃焼時の熱発生率の波形は、SI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第1熱発生率部(Q1で示した部分)と、CI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第2熱発生部と(Q2で示した部分)が、この順に連続するように形成される。 FIG. 5 is a graph showing combustion waveforms when SPCCI combustion occurs, that is, changes in heat release rate (J/deg) with respect to crank angle. In SPCCI combustion, the heat release during SI combustion is milder than that during CI combustion. For example, the waveform of the heat release rate when SPCCI combustion is performed has a relatively small rising slope as shown in FIG. Also, the pressure fluctuation in the combustion chamber 6 (that is, dP/dθ: P is the in-cylinder pressure, θ is the crank angle) is also gentler during SI combustion than during CI combustion. In other words, the waveform of the heat release rate during SPCCI combustion consists of the first heat release rate portion (portion indicated by Q1) formed by SI combustion and having a relatively small rising slope, and the relative heat release rate portion formed by CI combustion. A second heat generating portion (portion indicated by Q2) having a relatively steep rising slope is formed so as to be continuous in this order.
SI燃焼によって、燃焼室6内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、CI燃焼が開始される。図5に例示するように、この自着火のタイミング(つまりCI燃焼が開始するタイミング)で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングθciで現れる変曲点(図5のX)を有している。 When the temperature and pressure in the combustion chamber 6 increase due to SI combustion, the unburned air-fuel mixture self-ignites and CI combustion starts. As illustrated in FIG. 5, the slope of the waveform of the heat release rate changes from small to large at the timing of this self-ignition (that is, the timing at which CI combustion starts). That is, the waveform of the heat release rate in SPCCI combustion has an inflection point (X in FIG. 5) that appears at the timing θci at which CI combustion starts.
CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、CI燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン5の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、CI燃焼時のdp/dθが過大になることが回避される。このように、SPCCI燃焼では、SI燃焼の後にCI燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるdp/dθが過大になり難く、単純なCI燃焼(全ての燃料をCI燃焼させた場合)に比べて燃焼騒音を抑制することができる。 After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. Since CI combustion generates more heat than SI combustion, the heat release rate is relatively high. However, since CI combustion is performed after compression top dead center, the slope of the heat release rate waveform does not become excessive. That is, when the compression top dead center is passed, the motoring pressure drops due to the descent of the piston 5, which suppresses the rise in the heat release rate, thereby avoiding an excessive increase in dp/dθ during CI combustion. be. In this way, in SPCCI combustion, CI combustion is performed after SI combustion. ), combustion noise can be suppressed.
CI燃焼の終了に伴いSPCCI燃焼も終了する。CI燃焼はSI燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なSI燃焼(全ての燃料をSI燃焼させた場合)に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、SPCCI燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、SPCCI燃焼では、単純なSI燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。 SPCCI combustion also ends with the end of CI combustion. Since the CI combustion has a higher combustion speed than the SI combustion, it is possible to advance the combustion end timing as compared to the simple SI combustion (when all the fuel is SI-burned). In other words, in SPCCI combustion, the end of combustion can be brought closer to compression top dead center in the expansion stroke. As a result, SPCCI combustion can improve fuel efficiency compared to simple SI combustion.
ここで、CI燃焼を実現するためには、燃焼室6内の温度、圧力を十分に高くする必要がある。これに対して、本実施形態では、前記のように、エンジンの幾何学的圧縮比が高くされていることで、圧縮上死点付近において燃焼室6内の温度、圧力を高くすることができ、混合気の一部をCI燃焼させることができる。 Here, in order to realize CI combustion, it is necessary to sufficiently increase the temperature and pressure in the combustion chamber 6 . In contrast, in the present embodiment, as described above, the geometric compression ratio of the engine is increased, so that the temperature and pressure in the combustion chamber 6 can be increased near the top dead center of the compression stroke. , a portion of the air-fuel mixture can be CI-burned.
(第1運転領域)
演算部101により、エンジン水温が所定温度以上であり、且つ、第1運転領域A1でエンジンが運転されていると判定されると、エンジンの各部は、燃焼制御部102によって次のように制御される。
(First operating region)
When the
第1運転領域A1では、インジェクタ15は、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第1運転領域A1では、インジェクタ15は、圧縮行程の中期から後期にかけた2回に分けて燃料を噴射する。具体的には、燃焼制御部102は、エンジン回転数とアクセルペダルの開度等からエンジンに要求されているトルクを算出するとともに、この要求トルクを実現するために必要な燃料量を算出する。そして、燃焼制御部102は、この算出した量の燃料の全量または大半が圧縮行程中に噴射されるようにインジェクタ15を駆動する。以下では、このエンジンに要求されているトルクを実現するための燃料噴射をメイン噴射という。
In the first operating region A1, the
第1運転領域A1では、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比よりも高く(リーンに)なるように、スロットル弁32の開度が全開付近とされて多量の空気が燃焼室6に導入される。例えば、第1運転領域A1において燃焼室6内の空燃比は30程度とされる。
In the first operating region A1, the opening degree of the
第1運転領域A1では、点火プラグ16は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。このときの点火時期は、AWS制御時と同様に、予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。
In the first operating region A1, the
第1運転領域A1では、吸気VVT13および排気VVT14は、吸・排気弁11、12の双方が排気上死点を跨いで開弁されて内部EGRが実現されるように駆動される。EGR弁53は所定の開度まで開弁され、EGR通路51を通じて排気通路40内のガスが外部EGRガスとして燃焼室6内に還流される。このように、第1運転領域A1では、前記のように空燃比(A/F)が理論空燃比よりもリーンに設定される上に、燃焼室6にEGRガス(外部EGRガスおよび内部EGRガス)が導入されるので、燃焼室6内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比(G/F)がリーンとなる。
In the first operating region A1, the
過給機33は、第1運転領域A1のうち回転速度が低い側ではOFF状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が解放されて過給機33とエンジン本体1との連結が解除されるとともに、バイパス弁39が全開とされることにより、過給機33による過給が停止される。一方、運転領域A1のうち回転速度が高い側では、過給機33はON状態とされる。すなわち、電磁クラッチ34が締結されて過給機33とエンジン本体1とが連結されることにより、過給機33による過給が行われる。このとき、第2吸気圧センサSN7により検出されるサージタンク36内の圧力(過給圧)が、運転条件(回転速度/負荷)ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁39の開度が制御される。
The
(第2運転領域)
演算部101により、エンジン水温が所定温度以上であり、且つ、第2運転領域A2でエンジンが運転されていると判定されると、エンジンの各部は、燃焼制御部102によって次のように制御される。
(Second operating region)
When the
第2運転領域A2では、燃焼室6内の空燃比が理論空燃比となるように、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてスロットル弁32の開度が設定される。また、インジェクタ15は、メイン噴射を吸気行程と圧縮行程とに分けて実施する。つまり、インジェクタ15は、要求トルクに対応する量の燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。点火プラグ16は、第1運転領域A1と同様に、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。このときの点火時期も、AWS制御時等と同様に、予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。
In the second operating region A2, the opening degree of the
吸気VVT13および排気VVT14は、第2運転領域A2の低負荷側の一部においてのみ内部EGRが行われるように(言い換えると高負荷側では内部EGRが停止されるように)駆動される。EGR弁53は、EGR通路51を通じて還流される排気(外部EGRガス)の量が高負荷側ほど少なくなるように制御される。エンジンの最高負荷の近傍では、EGR弁53は全閉とされて、外部EGRガスの量はほぼゼロとされる。これに伴い、第2運転領域A2でも、燃焼室6内のガス空燃比(G/F)は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。
The
過給機33は、第2運転領域A2のうち回転速度および負荷がともに低い領域では、OFF状態される。一方、第2運転領域A2のその他の領域では、過給機33はON状態とされる。
The
(b)第3運転領域
演算部101により、エンジン水温が所定温度以上であり、且つ、第3運転領域A3でエンジンが運転されていると判定されたときは、通常のSI燃焼が実行される。例えば、少なくとも吸気行程の一部と重複する所定期間にわたってメイン噴射が実施されるとともに、圧縮行程後期に点火プラグ16による火花点火が実行される。この火花点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。なお、このときの点火時期も、AWS制御時等と同様に、予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。
(b) Third operating region When the
(c)冷間時
前記のように温間時は、エンジンの運転領域に応じて異なる燃焼形態が実現される。一方、演算部101により、エンジン水温が所定温度未満である、つまり、エンジン冷間時であると判定されたときは、全運転領域において、第3運転領域と同様に通常のSI燃焼が実施される。なお、このときの点火時期も、AWS制御時等と同様に、予め設定されて燃焼制御部102に記憶されている。
(c) When Cold As described above, when the engine is warm, different combustion modes are realized depending on the operating range of the engine. On the other hand, when the
(5)過早着火防止制御
次に、点火時期よりも早いタイミングで混合気が燃焼を開始する過早着火が生じるのを防止するための制御について説明する。
(5) Premature Ignition Prevention Control Next, control for preventing premature ignition, in which the air-fuel mixture starts to burn at a timing earlier than the ignition timing, will be described.
前記のように、点火時期は、エンジンの運転条件に応じて予め設定されて燃焼制御部102に記憶されており、燃焼制御部102は、エンジンの運転条件に応じた値を抽出して点火時期に設定する。例えば、エンジン回転数とエンジン負荷とについてそれぞれ点火時期が設定されてマップ化されているとともに、このマップが、AWS制御時と、温間時の通常運転時と、冷間時の通常運転時とについてそれぞれ設定されて、燃焼制御部102に記憶されている。
As described above, the ignition timing is preset according to the operating conditions of the engine and stored in the
燃焼制御部102に記憶されている点火時期は、燃焼室6内で混合気の燃焼を適切に開始できる時期として実験等に基づいて決められた時期である。しかしながら、温間時の過渡時に外部EGRガスの燃焼室6内への導入遅れが生じたとき等には、過早着火が生じるおそれがある。これは、燃焼室6内の温度が点火時期を設定したときの温度よりも高くなることに起因する。ここで、このように、過早着火は、温間時等の燃焼室6内の温度が高いときに生じると考えられる。しかし、本願発明者らは、エンジン始動時等の燃焼室6内の温度が比較的低いときに実施されるAWS制御の実施中にも過早着火が生じるおそれがあることを突き止めた。これは、AWS制御では前記のように点火時期が比較的遅角側の時期に設定されているためであり、着火性が過度に高い種類の燃料がエンジンに供給されたときには、点火時期に至る前に混合気が着火してしまう場合がありうる。
The ignition timing stored in the
これより、本実施形態では、AWS制御時および温間時において、過早着火が生じるか否かの判定を行い、過早着火が生じると判定されるとこれを防止するための制御を実施する。 Accordingly, in the present embodiment, it is determined whether or not pre-ignition occurs during AWS control and during warm-up, and when it is determined that pre-ignition occurs, control is performed to prevent this. .
(過早着火判定)
過早着火の判定手順について説明する。この判定は、演算部101により行われる。
(premature ignition judgment)
A procedure for determining premature ignition will be described. This determination is made by the
AWS制御の実施中は、演算部101は、過早着火が実際に生じたか否かを判定する。具体的には、演算部101は、筒内圧センサSN10で検出された筒内圧を用いて熱発生率を算出する。そして、点火時期よりも前に熱発生率が予め設定された第1判定値以上になると、過早着火が生じたと判定する。第1判定値は0よりも大きい値に設定されている。
During execution of AWS control, the
一方、演算部101は、エンジンの温間時は、過早着火が生じるか否かを判定する。具体的には、演算部101は、点火時期よりも前に、筒内圧の上昇率(単位時間あたりの上昇量)が第2判定値以上になると、その後、過早着火が生じると判定する。第2判定値は、モータリング時の筒内圧の上昇率の最大値よりも大きい値に設定されている。
On the other hand, the
(温間時の過早着火防止制御)
温間時、演算部101により過早着火が生じると判定されると、燃焼制御部102は、メイン噴射とは別にインジェクタ15から燃料を噴射させて、燃焼室6内に追加の燃料を供給する。
(premature ignition prevention control when warm)
When it is determined by the
燃焼室6内に追加の燃料が供給されると、この燃料の気化潜熱によって燃焼室6内の混合気の温度は低下する。従って、混合気の反応が緩慢となり過早着火が防止される。ここで、追加された燃料の一部は、未燃のまま燃焼室6から排出されるおそれがあるが、AWS制御の非実施時は基本的に三元触媒41aは活性化している。そのため、未燃の燃料は三元触媒41aによって浄化され、排ガス性能は良好に維持される。
When additional fuel is supplied into the combustion chamber 6, the latent heat of vaporization of this fuel causes the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 to drop. Therefore, the reaction of the air-fuel mixture becomes slow and premature ignition is prevented. Here, part of the added fuel may be discharged from the combustion chamber 6 unburned, but the three-
(AWS制御実施時の過早着火防止制御)
前記のように、温間時であってAWS制御の非実施時は、追加の燃料噴射に過早着火を防止しつつ排ガス性能を良好に維持できる。しかしながら、AWS制御の実施時は、三元触媒41aが充分に活性化していないので、追加の燃料噴射を行うと未燃の燃料が浄化されずに排出されるおそれがある。そこで、AWS制御の実施時は、追加の燃料噴射を行うのではなく、内部EGRガスの量を低減することで燃焼室6内の温度を下げ、これにより過早着火を防止する。本実施形態では、吸気弁11と排気弁12とのバルブオーバーラップ期間を低減することで、内部EGRガスの量を低減する。
(Premature ignition prevention control when AWS control is implemented)
As described above, when the engine is warm and the AWS control is not performed, the exhaust gas performance can be maintained satisfactorily while preventing premature ignition of the additional fuel injection. However, when AWS control is performed, the three-
具体的には、AWS制御の実施中に演算部101によって過早着火が生じたと判定されると、燃焼制御部102は、吸気弁11の開弁時期が所定量進角するように吸気VVT13を駆動するとともに、排気弁12の閉弁時期が所定量遅角するように排気VVT14を駆動する。本実施形態では、吸気弁11の開弁時期の進角量と排気弁12の遅角量とは同じ値に設定されている。例えば、これらの値は、5°CA程度に設定されており、前記判定が行われると、バルブオーバーラップ期間は10°CA程度低減される。前記のように、本実施形態では、吸気VVT13および排気VVT14が電動式であることから、吸気弁11の開弁時期と排気弁12お閉弁時期とは燃焼制御部102からの指令を受けた後すぐさま変更され、過早着火が生じたと判定された燃焼サイクルの次の燃焼サイクルでバルブオーバーラップ期間は低減される。
Specifically, when the
AWS制御実施時の吸・排気弁11、12の制御の流れを図6のフローチャートに示す。
The flow of control of the intake/
まず、ステップS1では、演算部101が、AWS制御の開始条件が成立したか否かを判定する。前記のように、本実施形態では、アクセルペダルが踏み込まれていない状態で触媒の温度が判定温度未満であり、かつ、AWS制御がまだ開始されていない場合に、AWS制御を開始する条件が成立したと判定される。この判定がNOであってAWS制御の開始条件が非成立の場合は、ステップS7に進む。ステップS7では、燃焼制御部102は、通常の制御を実施して処理を終了する(ステップS1に戻る)。
First, in step S1, the
一方、ステップS1の判定がYESであってAWS制御開始条件が成立した場合は、ステップS2に進む。ステップS2では、燃焼制御部102は、吸・排気弁11、12の開閉時期が前記の基本開閉時期となるように吸気VVT13および排気VVT14を駆動する。
On the other hand, if the determination in step S1 is YES and the AWS control start condition is satisfied, the process proceeds to step S2. In step S2, the
ステップS2の後はステップS3に進む。ステップS3では、演算部101によって、過早着火が生じたか否かが判定される。この判定がNOであって、過早着火が生じなかった場合は、ステップS4に進む。ステップS4では、燃焼制御部102は、吸気VVT13および排気VVT14を駆動せず、吸・排気弁11、12の開閉時期を現在の時期に維持する。
After step S2, the process proceeds to step S3. In step S3, the
一方、ステップS3の判定がYESであって、過早着火が生じた場合は、ステップS5に進む。ステップS5において、燃焼制御部102は、吸気弁11の開弁時期が現在の開弁時期(前回の演算サイクル時の開弁時期)よりも前記の所定量分進角するように吸気VVT13を駆動するとともに、排気弁12の閉弁時期が現在の閉弁時期(前回の演算サイクル時の閉弁時期)よりも前記の所定量分進角するように排気VVT14を駆動する。これにより、吸・排気弁11、12のバルブオーバーラップ期間が短くされる。
On the other hand, if the determination in step S3 is YES and premature ignition has occurred, the process proceeds to step S5. In step S5, the
ステップS5の後は、ステップS6に進む。ステップS6では、演算部101により、AWS制御を終了するか否かが判定される。具体的には、演算部101は、触媒温度が判定温度以上になったとき、あるいは、アクセルペダルが踏み込み操作されたときに、AWS制御を終了すると判定する。ステップS6の判定がYESであって演算部101によってAWS制御を終了すると判定されると、ステップS7に進み、燃焼制御部102は通常制御を実施して処理を終了する(ステップS1に戻る)。
After step S5, the process proceeds to step S6. In step S6, the
一方、ステップS6の判定がNOであって演算部101によってAWS制御をまだ継続すると判定されると、ステップS3に戻り、ステップS3からステップS6が繰り返される。つまり、AWS制御を終了するまでの間、演算部101は繰り返し過早着火が生じたか否かを判定し続け、過早着火が生じたと判定されるたびに吸気弁11の開弁時期を所定量ずつ進角させ、排気弁12の閉弁時期を所定量ずつ遅角させる。
On the other hand, if the determination in step S6 is NO and the
(6)作用効果
以上説明したように、本実施形態では、触媒温度が基準温度未満の場合に、前記のように、AWS制御が実施されるため、触媒を早期に活性化して、排ガス性能を高めることができる。特に、AWS制御の実施時に内部EGRが実施されて、高温の既燃ガスが燃焼室6内に残留するように構成されていることで、未燃燃料の排出を抑制しながら触媒をより早期に活性化させることができる。
(6) Effect As described above, in the present embodiment, when the catalyst temperature is lower than the reference temperature, the AWS control is performed as described above, so the catalyst is activated early and the exhaust gas performance is improved. can be enhanced. In particular, the internal EGR is performed when the AWS control is performed, and the high-temperature burned gas remains in the combustion chamber 6, thereby suppressing the discharge of unburned fuel and quickly reactivating the catalyst. can be activated.
しかも、AWS制御の実施中にも過早着火が生じたか否かの判定が行われて、AWS制御の実施中に過早着火が生じたときには、吸・排気弁11、12のバルブオーバーラップ期間が短くなって燃焼室6内の内部EGRガスの量が少なくなるように、吸気VVT13および排気VVT14が制御される。そのため、高温の内部EGRガスの量を少なくして燃焼室6内の温度を低減することができ、過早着火が連続して生じるのを抑制することができる。
Moreover, it is determined whether or not pre-ignition has occurred during the execution of the AWS control. The
また、本実施形態では、吸・排気VVT13、14として、電動モータ13a、14aの駆動によりバルブの開閉位相を変更する電動式のVVTが用いられている。そのため、例えば油圧式のVVTを採用した場合に比して、過早着火が生じたと判定されたときに迅速にバルブオーバーラップ期間を短縮することができ、高応答に内部EGR量を低減することができる。
In this embodiment, as the intake/
また、本実施形態では、気筒2の圧縮比が高くされて、SPCCI燃焼が実現されるようになっており、燃費性能を高めることができる一方で、燃焼室6内の温度が上昇しやすく過早着火が生じやすい。これに対して、前記のように過早着火の発生を防止することができ、燃費性能を高めつつ混合気の適切な燃焼が可能となる。
Further, in the present embodiment, the compression ratio of the
(7)変形例
前記実施形態では、AWS制御の実施中に過早着火が生じたと判定されたときに、排気上死点を挟んで吸・排気弁11、12の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間を短縮する(それによって内部EGR量を減少させる)制御を実行するようにしたが、内部EGR量が低減する方向にバルブタイミングを変更できればよく、その限りにおいて種々の制御を採用可能である。例えば、内部EGRを減少させる制御として、吸気弁11の開閉時期を一定に維持しつつ排気弁12の開閉時期を進角側に変更する制御を実行してもよい。この制御によっても、吸気行程中における排気弁12の開弁期間が短くなるので、内部EGR量を減少させることができる。
(7) Modification In the above embodiment, when it is determined that pre-ignition has occurred during AWS control, both the intake and
また、内部EGR量を減少させる制御は、バルブオーバーラップ期間(吸・排気弁11、12の双方が開弁する期間)を短縮する前記のような制御に限られない。例えば、エンジンによっては、内部EGRを実現するための制御として、排気上死点を挟んで吸・排気弁11、12の双方が閉弁するいわゆるネガティブオーバーラップ期間を形成し、それによって既燃ガスを燃焼室6に閉じ込めることが考えられる。このようなタイプのエンジンでは、AWS制御の実施中に過早着火が生じたと判定されたときに内部EGRを減少させる前記制御として、前記ネガティブオーバーラップ期間が短縮される方向にバルブタイミングを変更する制御を実行すればよい。
Further, the control for reducing the internal EGR amount is not limited to the aforementioned control for shortening the valve overlap period (the period during which both the intake and
また、本発明が適用され得るエンジンは、前述したバルブオーバーラップ期間またはネガティブオーバーラップ期間の変更によって内部EGR量を調整することが可能なエンジンであればよく、必ずしも吸気弁および排気弁の双方の開閉時期を変更できるものである必要はなく、また、開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する位相式の可変機構(VVT)を備える必要もない。言い換えると、本発明における可変バルブ機構は、少なくとも排気弁の閉弁時期および吸気弁の開弁時期の少なくとも一方を変更可能な可変機構であればよい。 Further, the engine to which the present invention can be applied may be any engine capable of adjusting the internal EGR amount by changing the valve overlap period or the negative overlap period described above. It is not necessary to be able to change the opening and closing timing, and it is not necessary to provide a phase type variable mechanism (VVT) that simultaneously changes the valve opening timing and the valve closing timing by the same amount. In other words, the variable valve mechanism in the present invention may be any variable mechanism that can change at least one of the closing timing of the exhaust valve and the opening timing of the intake valve.
また、前記実施形態では、SI燃焼とCI燃焼を組み合わせたSPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼)が可能なエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明を適用可能なエンジンは、点火プラグ等の点火装置による点火時期に応じて出力トルクを調整可能なエンジンであればよく、例えば混合気の全てをSI燃焼(点火点からの火炎伝播による燃焼)させる従来型な火花点火式エンジンにも本発明を適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an engine capable of SPCCI combustion (partial compression ignition combustion) combining SI combustion and CI combustion has been described. Any engine that can adjust the output torque according to the ignition timing by an ignition device such as, for example, a conventional spark ignition engine that burns all of the air-fuel mixture with SI combustion (combustion by flame propagation from the ignition point) The present invention is applicable.
また、前記実施形態では、AWS制御の実施中、筒内圧センサSN10で検出された筒内圧を用いて過早着火が生じたか否かを判定した場合について説明したが、過早着火が生じたか否かの判定方法はこれに限らない。例えば、ノッキングの発生の有無を検出するノックセンサを用い、ノックセンサの検出結果に基づいて過早着火が生じたか否かを判定してもよい。 Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which it is determined whether or not pre-ignition has occurred using the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor SN10 during execution of AWS control. The method for determining whether or not is not limited to this. For example, a knock sensor that detects whether or not knocking has occurred may be used, and whether or not pre-ignition has occurred may be determined based on the detection result of the knock sensor.
さらに、AWS制御の実施中においても、実際に過早着火が生じたか否かではなく、過早着火が生じるか否かを予測して、過早着火が生じると予測されたときに前記のように内部EGRガスの量が低減するように各VVT13、14を制御するようにしてもよい。例えば、筒内圧の最大値が所定値以上のときには、次の燃焼サイクルにて過早着火が生じると予測するようにしてもよい。
Furthermore, even during execution of AWS control, it is predicted whether or not pre-ignition will occur, rather than whether or not pre-ignition has actually occurred, and when it is predicted that pre-ignition will occur, the above-described Each
また、前記実施形態では、AWS制御の実施中、燃焼室6内の空燃比を理論空燃比にする場合について説明したが、前記のように、この空燃比は理論空燃比よりもわずかに高くてもよい。また、理論空燃比よりも小さくされてもよい。ただし、三元触媒41aの早期活性化を図るために、AWS制御の実施中の燃焼室6内の空燃比は15.5程度以下とされるのが望ましい。
In the above embodiment, the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is set to the stoichiometric air-fuel ratio during AWS control. good too. Also, it may be made smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. However, in order to achieve early activation of the three-
また、排気通路に設けられてAWS制御の対象となる触媒装置は、三元触媒41aに限らない。
Further, the catalyst device provided in the exhaust passage and subject to the AWS control is not limited to the three-
2 気筒
6 燃焼室
9 吸気ポート
10 排気ポート
11 吸気弁
12 排気弁
13 吸気VVT(可変バルブ機構)
14 排気VVT(可変バルブ機構)
13a 電動モータ
14a 電動モータ
15 インジェクタ(空燃比変更装置)
16 点火プラグ(点火装置)
32 スロットル弁(空燃比変更装置)
41a 三元触媒(触媒装置)
101 演算部(過早着火判定部)
102 燃焼制御部
2 cylinders 6
14 exhaust VVT (variable valve mechanism)
13a
16 spark plug (ignition device)
32 Throttle valve (air-fuel ratio changing device)
41a three-way catalyst (catalytic device)
101 calculation unit (premature ignition determination unit)
102 Combustion control unit
Claims (4)
前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
前記点火装置による点火が行われるよりも前に混合気が着火する過早着火が生じるか否か予測する、あるいは、過早着火が生じたか否かを検出する過早着火判定部と、
前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する燃焼制御部とを備え、
前記燃焼制御部は、
前記触媒装置の温度が予め設定された基準温度未満の場合に、気筒内の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さくなり、前記触媒装置の温度が前記基準温度以上のときよりも遅角側の時期で気筒内の混合気に点火が行われ、且つ、気筒内に既燃ガスが残留するように、前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する触媒暖機促進制御を実施し、
前記触媒装置の温度が前記基準温度以上の場合に、気筒内の空燃比が理論空燃比よりも大きくなり、所定の時期で点火が行われ、且つ、前記吸気弁と前記排気弁の双方が排気上死点を跨いで所定の期間開弁するように、前記前記空燃比変更装置、前記点火装置、および前記可変バルブ機構を制御する通常運転制御を実施し、
前記触媒暖機促進制御の実施中に前記過早着火判定部によって過早着火が生じると予測される、あるいは、過早着火が生じたと検出されたときは、前記気筒に残留する既燃ガスの量が低減する方向に前記可変バルブ機構を駆動し、
前記通常運転制御の実施中に前記過早着火判定部によって過早着火が生じると予測される、あるいは、過早着火が生じたと検出されたときは、前記インジェクタから追加の燃料を気筒内に噴射させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A cylinder, an air-fuel ratio changing device that can change the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder, an ignition device that ignites the air-fuel mixture in the cylinder, an intake valve that opens and closes an intake port for introducing intake air into the cylinder, An exhaust valve that opens and closes an exhaust port for discharging exhaust gas from the cylinder, a variable valve mechanism that changes at least one of the closing timing of the exhaust valve and the opening timing of the intake valve, and the exhaust discharged from the cylinder through the exhaust port. and a catalyst device provided in the exhaust passage for purifying exhaust gas, wherein
an injector that injects fuel into the cylinder;
A pre-ignition determination unit that predicts whether pre-ignition occurs in which the air-fuel mixture ignites before ignition by the ignition device occurs, or detects whether pre-ignition has occurred;
A combustion control unit that controls the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism,
The combustion control unit is
When the temperature of the catalyst device is lower than a preset reference temperature, the air-fuel ratio in the cylinder becomes close to the theoretical air-fuel ratio or lower than the theoretical air-fuel ratio, and the temperature of the catalyst device becomes lower than when the temperature of the catalyst device is equal to or higher than the reference temperature. A catalyst that controls the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism so that the air-fuel mixture in the cylinder is ignited at a retarded timing and the burned gas remains in the cylinder. Carry out warm-up promotion control ,
When the temperature of the catalyst device is equal to or higher than the reference temperature, the air-fuel ratio in the cylinder becomes larger than the stoichiometric air-fuel ratio, ignition is performed at a predetermined timing, and both the intake valve and the exhaust valve are exhausted. Carrying out normal operation control for controlling the air-fuel ratio changing device, the ignition device, and the variable valve mechanism so as to open the valve for a predetermined period across top dead center;
When the pre-ignition determination unit predicts that pre-ignition occurs during the execution of the catalyst warm-up promotion control, or detects that pre-ignition has occurred, the burnt gas remaining in the cylinder is reduced. driving the variable valve mechanism in a direction in which the amount of
When the pre-ignition determination unit predicts that pre-ignition occurs during the execution of the normal operation control or detects that pre-ignition has occurred, the injector injects additional fuel into the cylinder. A control device for an engine , characterized in that
前記可変バルブ機構は、電動モータの駆動によりバルブの開閉位相を変更する電動式の可変機構である、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 1,
An engine control device, wherein the variable valve mechanism is an electric variable mechanism that changes the opening/closing phase of a valve by driving an electric motor.
前記気筒の幾何学的圧縮比は13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。 The engine control device according to claim 1 or 2,
A control device for an engine, wherein the geometric compression ratio of the cylinder is set to 13 or more.
前記燃焼制御部は、少なくとも前記触媒装置の温度が前記基準温度以上の場合に、気筒の混合気の一部を前記点火装置による点火点からの火炎伝播によりSI燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行する、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 3,
At least when the temperature of the catalyst device is equal to or higher than the reference temperature, the combustion control unit causes part of the air-fuel mixture in the cylinder to undergo SI combustion by flame propagation from the ignition point of the ignition device, and the other air-fuel mixture is automatically burned. A control device for an engine, characterized in that it executes partial compression ignition combustion in which CI combustion is performed by ignition.
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