KR101773707B1 - 다기통 엔진 - Google Patents

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KR101773707B1
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히로유키 사카이
다케시 아시자와
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

다기통 엔진은, 복수의 흡기 포트, 복수의 통내 분사 밸브와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 복수의 흡기 포트는 상기 다기통 엔진의 각 기통에 접속되어 교축부를 스로트에 갖고, 상기 다기통 엔진의 상기 각 기통의 연소실에 텀블류가 발생한다. 상기 교축부와 상기 다기통 엔진의 실린더 헤드 하면과의 거리는 상기 각 기통 간에서 변동이 있다. 상기 복수의 통내 분사 밸브는 상기 다기통 엔진의 각 기통에 설치된다. 상기 통내 분사 밸브는, 상기 연소실 내의 상기 텀블류에 대향하도록 연료를 분사하고, 상기 통내 분사 밸브에 의한 연료 분사를 사용한 성층 연소 운전을 행하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되어, 기준 기통의 상기 제어 파라미터값에 대한 각 기통의 상기 제어 파라미터값의 차이의 기통 간의 분포와, 상기 기준 기통의 상기 교축부의 거리에 대한 각 기통의 상기 교축부의 거리의 차이의 기통 간의 분포의 사이에 공통의 규칙성이 있도록 구성된다. 상기 제어 파라미터는 상기 다기통 엔진의 성층 연소 운전에 있어서 점화 시기의 첨가 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 정하는 파라미터이다.

Description

다기통 엔진{MULTICYLINDER ENGINE}
본 발명은, 복수의 기통을 구비하는 다기통 엔진에 관한 것으로, 상세하게는, 연소실 내에 텀블류를 발생시키는 교축부를 스로트에 갖는 흡기 포트를 기통마다 구비하는 다기통 엔진에 관한 것이다.
연소실 내에 텀블류를 발생시키고, 이 텀블류에 대향하도록 통내 분사 밸브로부터 연료를 분사함으로써, 연소실 내에서의 연료 분무의 거동을 제어하고, 점화 플러그의 주변에 연료 농도가 짙은 혼합기의 층을 형성하는, 소위 에어 가이드 성층 연소가 알려져 있다. 에어 가이드 성층 연소에서는, 텀블류와 연료 분무의 밸런스에 의해 혼합기의 적절한 성층화가 실현되어, 양호한 착화성 및 연소성이 달성된다. 그러나, 텀블류와 연료 분무가 밸런스를 이루지 못하는 경우, 소기의 착화성 및 연소성을 얻을 수 없다. 이것은, 텀블류의 강도에 대하여 연료 분무의 관철력이 상대적으로 약한 경우, 점화 타이밍까지 혼합기가 점화 플러그에 충분히 도달되지 않고, 반대로 텀블류의 강도에 대하여 연료 분무의 관철력이 상대적으로 강한 경우, 혼합기가 점화 플러그 부근을 통과해 버리기 때문이다. 또한, 자동차용 내연 기관으로서 일반적인 다기통 엔진에서는, 텀블류와 연료 분무의 언밸런스 정도는 기통 간에서 상이한 경우가 많아，기통 간에 연소의 변동을 발생시키는 원인으로 되어 있다.
텀블류와 연료 분무의 언밸런스가 기통 간에서 변동되는 하나의 원인은, 각 기통의 흡기 포트가 갖고 있는 형상 오차이다. 흡기 포트가 형성되는 실린더 헤드는, 일반적으로는 주조에 의해 제조된다. 흡기 포트와 그것이 접속되는 연소실은, 각각 별도로 된 코어에 의해 형성된다. 각 코어는 서로 조합되어 주형 중에 놓이고, 굽도리에 의해 고정된다. 그러나, 주입 시에 코어를 완전히 고정하는 것은 어려워, 흡기 포트의 코어와 연소실의 코어의 사이에 근소한 위치의 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 흡기 포트가 형상적 효과에 의해 텀블류를 생성하는 텀블 생성 포트인 경우, 그 근소한 어긋남이 연소실 내에 생성되는 텀블류의 강도에 크게 영향을 미친다. 각 기통의 흡기 포트는 별도로 된 코어로 형성되기 때문에, 흡기 포트의 연소실에 대한 위치의 어긋남 정도는 기통마다 상이하다. 이로 인해, 텀블류의 강도에 기통 간에서 변동이 발생하여, 그 결과, 텀블류와 연료 분무의 언밸런스 정도는 기통마다 상이하게 된다.
하기의 일본 특허공개 제2002-276421에는, 텀블류와 연료 분무의 언밸런스를 기통마다 수정하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 의하면, 성층 연소 운전 시, 통내 분사 밸브의 연료 분사 압력을 강제적으로 변화시키고, 그것에 의해 발생하는 연소 변동을 검출하는 것이 행해진다. 그리고, 연소 변동의 정도가 작아지도록, 기통마다 연료 분사 시기를 보정하는 것이 행해진다. 텀블류의 강도에 대하여 연료 분무의 관철력이 상대적으로 약한 기통에서는, 연료 분사 시기를 진각시킴으로써, 점화 타이밍에 맞추도록 혼합기를 빠르게 점화 플러그 부근에 도달시킬 수 있다. 반대로, 텀블류의 강도에 대하여 연료 분무의 관철력이 상대적으로 강한 기통에서는, 연료 분사 시기를 지각시킴으로써, 점화 타이밍에 맞춰서 혼합기의 도달을 늦출 수 있다.
그러나, 일본 특허공개 제2002-276421에 기재된 기술은, 성층 연소 운전 시에 강제적으로 연소 변동을 발생시키고, 텀블류의 강도에 대하여 연료 분무의 관철력이 상대적으로 강한 기통인지 약한 기통인지를 확인한 후가 아니면, 기통마다의 연료 분사 시기의 보정을 행할 수는 없다. 즉, 유효한 보정을 행하기 위해서는, 텀블류의 강도와 연료 분무의 관철력의 밸런스를 기통마다 확인할 필요가 있어, 그것을 위해서는 엔진의 라인 오프 후 어느 정도의 운전 시간을 필요로 한다. 또한, 성층 연소 운전을 일시적으로만 행하는 엔진(예를 들어 촉매의 난기를 목적으로 하여 시동 시에만 성층 연소 운전을 행하는 엔진)의 경우, 상기 확인을 행할 수 있을 만큼의 긴 기간, 성층 연소 운전을 계속할 수 없을 가능성이 있다. 이로 인해, 일본 특허공개 제2002-276421에 기재된 기술에서는, 적어도 엔진의 라인 오프 후의 잠시동안, 텀블류와 연료 분무의 언밸런스에 기인하는 기통 간의 연소의 변동을 허용해 버리게 된다.
본 발명은, 흡기 포트의 형상 오차에 수반하여 발생하는 기통 간의 연소의 변동이 라인 오프 시부터 억제되어 있는 다기통 엔진을 제공한다.
본 발명의 제1 형태에 따른 다기통 엔진은 복수의 흡기 포트, 복수의 통내 분사 밸브와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 복수의 흡기 포트는 상기 다기통 엔진의 각 기통에 접속되어 교축부를 스로트에 갖고, 상기 다기통 엔진의 상기 각 기통의 연소실에 텀블류가 발생한다. 상기 교축부와 상기 다기통 엔진의 실린더 헤드 하면과의 거리는 상기 각 기통 간에서 변동이 있다. 상기 복수의 통내 분사 밸브는 상기 다기통 엔진의 각 기통에 설치된다. 상기 통내 분사 밸브는, 상기 연소실 내의 상기 텀블류에 대향하도록 연료를 분사하고, 상기 통내 분사 밸브에 의한 연료 분사를 사용한 성층 연소 운전을 행하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되어, 기준 기통의 상기 제어 파라미터값에 대한 각 기통의 상기 제어 파라미터값의 차이의 기통 간의 분포와, 상기 기준 기통의 상기 교축부의 거리에 대한 각 기통의 상기 교축부의 거리의 차이의 기통 간의 분포의 사이에 공통의 규칙성이 있도록 구성된다. 상기 제어 파라미터는 상기 다기통 엔진의 성층 연소 운전에 있어서 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 정하는 파라미터이다.
상기 제1 형태에 따른 다기통 엔진에 의하면, 기준 기통의 제어 파라미터값에 대한 각 기통의 제어 파라미터값의 차이의 기통 간의 분포(제1 분포)와, 기준 기통의 교축부의 거리에 대한 각 기통의 교축부의 거리의 차이의 기통 간의 분포(제2 분포)의 사이에 공통의 규칙성이 설정되어 있다. 제2 분포는, 텀블류의 강도의 기통 간의 분포에 대응한다. 따라서, 제1 분포가 제2 분포와 공통의 규칙성을 갖도록, 기통마다의 제어 파라미터의 초기 설정을 행함으로써, 텀블류의 강도의 기통 간의 변동에 의하지 않고, 연소 조건을 기통 간에서 일치시킬 수 있게 된다. 또한, 기준 기통은 특별히 정해져 있지 않으며, 복수의 기통 중 어느 하나를 기준 기통으로서 선택해도 된다.
상기 제1 형태에 따른 다기통 엔진에 있어서, 상기 제어 파라미터는, 성층 연소 운전 시의 점화 타이밍이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 각 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 거리가 짧은 기통의 상기 점화 타이밍이, 상기 거리가 긴 기통의 상기 점화 타이밍보다도 진각측에 설정되도록 구성될 수 있다. 이 설정에 의하면, 텀블류가 강한 기통에서는 점화 타이밍을 늦게 하고, 텀블류가 약한 기통에서는 점화 타이밍을 빠르게 할 수 있으므로, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 균일하게 할 수 있다.
상기 제1 형태에 따른 다기통 엔진에 있어서, 상기 각 기통마다의 상기 흡기 포트에 설치되는 포트 분사 밸브를 더 구비하고 있어도 된다. 상기 포트 분사 밸브는, 상기 흡기 포트에 연료를 분사하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 파라미터는, 성층 연소 운전 시에 상기 포트 분사 밸브가 분담하는 연료 분사량의 비율이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 각 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 거리가 짧은 기통의 상기 비율은, 상기 거리가 긴 기통의 상기 비율보다도 크게 설정되도록 구성될 수 있다. 동일한 총 연료 분사량으로 비교한 경우, 포트 분사 비율이 클수록, 통내 분사 밸브의 연료 분사량은 적어지게 되어, 통내 분사 밸브의 연료 분무의 관철력이 약해진다. 따라서, 이 설정에 의하면, 텀블류가 강한 기통에서는 통내 분사 밸브의 연료 분무의 관철력을 강하게 하고, 텀블류가 약한 기통에서는 통내 분사 밸브의 연료 분무의 관철력을 약하게 할 수 있으므로, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 균일하게 할 수 있다.
상기 제1 형태에 따른 다기통 엔진에 있어서, 상기 제어 파라미터는, 성층 연소 운전 시의 상기 통내 분사 밸브의 연료 분사 압력이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 각 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 거리가 짧은 기통의 상기 연료 분사 압력은, 상기 거리가 긴 기통의 상기 연료 분사 압력보다도 작게 설정되도록 구성될 수 있다. 이 설정에 의하면, 텀블류가 강한 기통에서는 통내 분사 밸브의 연료 분무의 관철력을 강하게 하고, 텀블류가 약한 기통에서는 통내 분사 밸브의 연료 분무의 관철력을 약하게 할 수 있으므로, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 균일하게 할 수 있다.
상기 제1 형태에 따른 다기통 엔진에 있어서, 상기 각 기통마다의 상기 흡기 포트에 배치되는 텀블 제어 밸브를 더 구비하고 있어도 된다. 상기 텀블 제어 밸브는, 상기 연소실 내의 상기 텀블류의 강도를 변화시키고, 상기 텀블 제어 밸브의 상승각이 클수록 상기 텀블류가 강해지도록 구성될 수 있다. 상기 제어 파라미터는, 성층 연소 운전 시의 상기 텀블 제어 밸브의 상기 상승각이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 각 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 거리가 짧은 기통의 상기 상승각은, 상기 거리가 긴 기통의 상기 상승각보다도 크게 설정되도록 구성될 수 있다. 이 설정에 의하면, 기통 간의 텀블류의 강도 변동을 억제할 수 있으므로, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 따른 다기통 엔진은, 복수의 흡기 포트와 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 복수의 흡기 포트는 상기 다기통 엔진의 각 기통에 접속되어 교축부를 스로트에 갖고, 상기 다기통 엔진의 상기 각 기통의 연소실에 텀블류가 발생한다. 상기 교축부와 상기 다기통 엔진의 실린더 헤드 하면의 거리는 상기 각 기통 간에서 변동이 있다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 균질 연소 운전 시의 점화 타이밍의 값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 각 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 거리가 짧은 기통의 균질 연소 운전 시의 상기 점화 타이밍은, 상기 거리가 긴 기통의 균질 연소 운전 시의 상기 점화 타이밍보다도 진각측에 설정되도록 구성된다. 텀블류가 강한 기통에서는 연소 속도가 빠르기 때문에 MBT 크랭크 앵글은 지각하고, 텀블류가 약한 기통에서는 연소 속도가 늦기 때문에 MBT 크랭크 앵글은 진각한다. 따라서, 이 설정에 의하면, 강한 텀블류가 발생하는 기통에서도, 약한 텀블류가 발생하는 기통에서도, 점화 타이밍을 MBT 크랭크 앵글에 근접할 수 있으므로, 기통 간에 연소의 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 형태 및 제2 형태에 따른 다기통 엔진에 의하면, 텀블류의 강도의 기통 간의 변동에 의하지 않고 연소 조건을 기통 간에서 일치시킬 수 있으므로, 흡기 포트의 형상 오차에 수반하여 발생하는 기통 간의 텀블류의 강도의 변동에 기인한 기통 간의 연소의 변동은, 당해 다기통 엔진의 라인 오프 시부터 억제되어 있다.
본 발명의 예시적 실시 양태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 중요성이 첨부된 도면을 참조로 하기에 기술될 것이며, 도면에서의 유사 번호는 유사 요소를 나타내는 것이고, 여기서:
도 1은, 실시 형태 1의 다기통 엔진의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 성층 연소 운전에서의 통내 분사의 타이밍으로부터의 점화 플러그 주변의 연료 농도의 시각에 의한 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은, 성층 연소 운전에서의 텀블비와 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이에 의해 텀블비가 변하는 이유를 설명하는 도면이다.
도 5는, 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와 텀블비와 유량 계수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 일치시키기 위한, 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와 점화 타이밍과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1의 ROM에 기억된 각 기통의 점화 타이밍의 설정값과, 각 기통의 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시 형태 2의 ROM에 기억된 각 기통의 통내 분사 비율 보정 계수의 설정값과, 각 기통의 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시 형태 2에서 행해지는 연료 분사 제어의 제어 플로우를 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 일치시키기 위한, 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와 통내 분사 연료 압력과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시 형태 3의 ROM에 기억된 각 기통의 통내 분사 연료 압력의 설정값과, 각 기통의 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 4의 다기통 엔진의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은, 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 기통 간에서 일치시키기 위한, 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와 텀블 제어 밸브의 상승각과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시 형태 4의 ROM에 기억된 각 기통의 TCV 상승각 보정 계수의 설정값과, 각 기통의 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는, 균질 연소 운전에서의 텀블비와 연소 속도와 MBT 크랭크 앵글과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은, 실시 형태 5의 ROM에 기억된 각 기통의 기본 점화 타이밍의 설정값과, 각 기통의 흡기 포트의 스로트 교축부의 높이와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시 형태에 있어서 각 요소의 개수, 수량, 양, 범위 등의 수로 언급한 경우, 특별히 명시한 경우나 원리적으로 명백하게 그 수로 특정되는 경우를 제외하고, 그 언급한 수로, 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 있어서 설명하는 구조는, 특별히 명시한 경우나 명백하게 원리적으로 그것으로 특정되는 경우를 제외하고, 본 발명에 반드시 필수적인 것은 아니다.
도 1은, 실시 형태 1에 따른 다기통 엔진(이하, 단순히 '엔진'이라고 함)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에는, 본 엔진을 구성하는 요소가 크랭크축에 수직인 1개의 평면 위에 투영해서 그려지고 있다(주: 도 1은, 본 엔진의 특정한 단면을 그린 단면도가 아님). 도 1에는 1개의 기통(4)만이 그려져 있지만, 본 엔진은 복수의 기통(4)을 구비한다. 본 엔진은, 기통(4)이 형성된 실린더 블럭(3)과, 실린더 블럭(3) 위에 도시하지 않은 가스킷을 개재하여 배치되는 실린더 헤드(2)를 갖고 있다. 기통(4) 내에는 그 축 방향으로 왕복 이동하는 피스톤(8)이 배치되어 있다. 실린더 헤드(2)의 하면에 해당하는 실린더 블럭(3)과의 접합면(30)에는, 기통(4)의 상부 공간인 펜트 루프 형상의 연소실(6)이 형성되어 있다.
실린더 헤드(2)에는, 연소실(6)에 연통하는 흡기 포트(10) 및 배기 포트(16)가 형성되어 있다. 흡기 포트(10)의 연소실(6)에 연통하는 개구부에는, 흡기 밸브(18)가 설치되고, 배기 포트(16)의 연소실(6)에 연통하는 개구부에는, 배기 밸브(20)가 설치되어 있다. 도시는 되지 않았지만, 흡기 포트(10)는 실린더 헤드(2)의 측면에 형성된 입구로부터 연소실(6)에 연통하는 개구부를 향하는 도중에 두 갈래로 나뉘어 있다. 흡기 포트(10)가 두 갈래로 나뉘는 부분의 상류에는, 흡기 포트(10)의 내부에 연료를 분사하는 포트 분사 밸브(24)가 설치되어 있다. 두 갈래로 나뉜 흡기 포트(10)의 사이이며, 흡기 포트(10)와 실린더 블럭 접합면(30)의 사이에 끼워진 부위에는, 첨단이 연소실(6)을 면하도록, 연소실(6)의 내부에 연료를 분사하는 통내 분사 밸브(26)가 설치되어 있다. 또한, 실린더 헤드(2)에는, 연소실(6)의 정상부로부터 내부로 돌출되도록 점화 플러그(28)가 설치되어 있다.
흡기 포트(10)는, 그 입구로부터 연소실(6)을 향해서 거의 곧바로 연장되고, 연소실(6)과의 접속 부분인 스로트(12)에 있어서 유로 단면적을 좁히고 있다. 흡기 포트(10)의 이와 같은 형상은, 연소실(6)에 흡입된 흡기에 텀블류를 발생시킨다. 연소실(6)의 저부를 형성하는 피스톤(8)에는, 텀블류를 유지하기 위한 오목부가 형성되어 있다. 이론 공연비보다도 희박한 공연비에 의한 운전 시에는, 통내 분사에 의한 에어 가이드 성층 연소가 실시된다. 에어 가이드 성층 연소에서는, 연소실(6) 내에 생성된 텀블류에 대향하도록, 통내 분사 밸브(26)로부터 연료가 분사된다. 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무에 대하여 텀블류의 제동력이 작용함으로써, 연소실(6) 내에서의 연료 분무의 거동이 제어되고, 점화 플러그(28)의 주변에 연료 농도가 짙은 혼합기의 층이 형성된다.
본 엔진은, 제어부로서의 ECU(Electronic Control Unit)(50)를 구비한다. ECU(50)는, 적어도 입출력 인터페이스, ROM, RAM, CPU를 갖고 있다. 입출력 인터페이스는, 본 엔진 및 차량에 설치된 각종 센서로부터 센서 신호를 수신함과 함께, 본 엔진이 구비하는 액추에이터에 대하여 조작 신호를 출력하기 위해 설치된다. ROM에는, 본 엔진을 제어하기 위한 각종 제어 프로그램이나 맵을 포함하는 각종 제어 데이터가 기억되어 있다. 후술하는 제어 파라미터의 설정값(초기 설정값)도 미리 ROM에 기억되어 있다. CPU는, 제어 프로그램을 ROM으로부터 판독해서 실행하고, 수신된 센서 신호에 기초하여 조작 신호를 생성한다.
연소실(6) 내에 생성되는 텀블류의 강도는, "텀블비"라고 하는 지표를 사용해서 평가할 수 있다. 텀블비는, 피스톤(8)이 한 번 왕복하는 동안에 연소실(6) 내에서 텀블류가 회전한 횟수라 정의된다. 텀블비는, 통내 분사 밸브(26)로부터 분사된 연료가 점화 플러그(28)의 주변에 도달할 때까지의 시간에 영향을 미친다.
도 2는, 통내 분사의 타이밍으로부터의 점화 플러그 주변의 연료 농도의 시각에 의한 변화를 나타내고 있다. 도 2에는 복수의 곡선이 그려져 있지만, 곡선마다 텀블비가 상이하다. 텀블비가 낮을수록 점화 플러그 주변의 연료 농도는 빨리 피크에 도달되고, 텀블비가 높을수록 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달될 때까지 시간이 걸린다. 또한, 텀블비의 고저는 연료 농도의 피크의 높이 자체에도 영향을 미쳐, 텀블비가 지나치게 높거나 낮아도 연료 농도의 피크는 저하된다.
도 3은, 엔진 회전 속도, 부하, 및 점화 타이밍을 고정한 경우의, 텀블비와 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비(이하, '점화 시 플러그 주위 공연비'라고 함)와의 관계를 나타내고 있다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 점화 시 플러그 주위 공연비는, 텀블비에 대하여 아래로 볼록한 이차함수적으로 변화한다. 즉, 텀블비가 어떤 적정 범위에 있으면, 점화 시, 점화 플러그 주변에 연료 농도가 짙은 혼합기의 층을 형성할 수 있지만, 텀블비가 그 적정 범위로부터 벗어나면, 점화 시 플러그 주위 공연비는 얇아진다. 이러한 점은, 점화 플러그 주변의 연료 농도의 시각에 의한 변화와 텀블비의 관계와도 정합하고 있다.
점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비가 텀블비에 따라 상이한 것은, 텀블류가 연료 분무의 관철력을 제동하는 힘이 텀블비에 의해 바뀌기 때문이다. 텀블류에 의한 제동력과 연료 분무의 관철력이 밸런스를 이루었을 때, 점화 타이밍에 있어서 점화 플러그(28)의 주변에 연료 농도가 짙은 혼합기의 층이 형성된다. 그러나, 텀블비가 적정 범위보다 높은 경우, 텀블류에 의한 제동력이 연료 분무의 관철력에 대하여 과대해지기 때문에, 점화 타이밍까지 연료 농도가 짙은 혼합기가 점화 플러그(28)에 충분히 도달되지 않는다. 반대로, 텀블비가 적정 범위보다 낮은 경우, 텀블류에 의한 제동력이 연료 분무의 관철력에 대하여 부족하기 때문에, 연료 농도가 짙은 혼합기가 점화 플러그(28)의 부근을 앞질러 버린다. 이로 인해, 텀블비가 적정 범위보다 높거나 낮아도, 점화 시 플러그 주위 공연비는 얇아진다.
다시 도 1로 되돌아가서, 흡기 포트(10)에 관하여 보다 상세히 설명한다. 텀블비가 적정 범위로부터 어긋나는 원인은, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 있다. 실린더 헤드(2)는 주조에 의해 제조된다. 그 때, 연소실(6)과 흡기 포트(10)와 배기 포트(16)는 각각 별도로 된 코어에 의해 형성된다. 흡기 포트(10)에 착안하면, 흡기 포트(10)의 형상 중 흡기 포트(10)의 연소실(6)에 연결되는 부분, 즉 스로트(12)의 형상은, 주조 후에 기계 가공에 의해 만들어내진다. 스로트(12)에는, 흡기 밸브(18)가 착좌하는 밸브 시트가 형성된다. 코어에 의해 성형되는 흡기 포트(10)의 본체 부분과, 기계 가공에 의해 형성되는 스로트(12)와의 사이에는, 유로 단면적이 극소로 되는 교축부(14)가 생긴다.
실린더 헤드(2)의 주입 시, 흡기 포트(10)의 코어는 외측 프레임이나 굽도리 등에 의해 고정되고, 연소실(6)의 코어에 대하여 위치 결정된다. 그러나, 코어를 완전히 고정하는 것은 어려워, 흡기 포트(10)의 코어와 연소실(6)의 코어와의 위치 관계에 근소한 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 흡기 포트(10)는 텀블 생성 포트이므로, 코어의 근소한 어긋남은 연소실(6) 내에 생성되는 텀블의 강도에 크게 영향을 미친다.
흡기 포트(10)의 코어가 상하 방향으로 어긋난 경우, 그 어긋남은 기계 가공에 의해 스로트(12)를 형성했을 때, 실린더 블럭 접합면(30)으로부터의 스로트(12)의 교축부(14)의 거리의 어긋남으로서 나타난다. 여기서, 교축부(14)란, 스로트(12)와 흡기 포트(10)의 본체 부분과의 경계선이 되는 원환(圓環)이며, 교축부(14)의 거리란, 이 원환의 하단부[가장 실린더 헤드 접합면(30)에 가까운 부분]로부터 실린더 헤드 접합면(30)까지의 최단 거리이다. 실린더 블럭 접합면(30)으로부터의 스로트(12)의 교축부(14)의 거리는, 레이저 계측기를 사용함으로써 간이하게 계측할 수 있다.
스로트(12)의 교축부(14)의 "거리"는, 실린더 헤드(2)를 실린더 블럭 접합면(30)이 수평해지도록 두었을 때에는, 교축부(14)의 "높이"라고 표현할 수 있다. 교축부(14)의 높이가 낮으면, 교축부(14)의 거리가 짧은 것을 의미하고, 교축부(14)의 높이가 높으면, 교축부(14)의 거리가 긴 것을 의미한다. 도 4에는, 스로트(12)의 교축부(14)의 높이가 다른 3개의 기통(4A, 4B, 4C)이 그려져 있다. 기통(4A)은 교축부(14)의 높이가 전체 기통의 평균(혹은 전체 기통의 중앙값)이며, 기통(4B)은 교축부(14)의 높이가 전체 기통의 평균보다도 낮고, 기통(4C)은 교축부(14)의 높이가 전체 기통의 평균보다도 높다.
교축부(14)의 높이가 평균 높이보다 낮은 기통(4B)에서는, 흡기 밸브(18)의 상방을 통하여 연소실(6)에 들어가고, 순방향의 텀블류를 생성하는 흡기류가 약해지는 한편, 흡기 밸브(18)의 하방을 통하여 연소실(6)에 들어가고, 역방향의 텀블류를 생성하는 흡기류가 강해진다. 이 결과, 기통(4B)에는, 기통(4A)에 생성되는 텀블류보다도 약한 텀블류(텀블비가 작은 텀블류)가 생성된다. 이에 반하여, 교축부(14)의 높이가 평균 높이보다 높은 기통(4C)에서는, 흡기 밸브(18)의 상방을 통하여 연소실(6)에 들어가고, 순방향의 텀블류를 생성하는 흡기류가 강해지는 한편, 흡기 밸브(18)의 하방을 통하여 연소실(6)에 들어가고, 역방향의 텀블류를 생성하는 흡기류는 약해진다. 이 결과, 기통(4C)에는, 기통(4A)에 생성되는 텀블류보다도 강한 텀블류(텀블비가 큰 텀블류)가 생성된다.
이상의 관점에서, 어떤 기통(4)이 강한 텀블류가 생성되는 기통인지 약한 텀블류가 생성되는 기통인지는, 그 기통(4)의 흡기 포트(10)의 스로트(12)의 교축부(14)의 실린더 블럭 접합면(30)으로부터의 높이로부터 판단할 수 있다. 도 5는, 교축부(14)의 높이와 텀블비와의 관계에 대하여 조사한 결과를 나타내는 도면이다. 조사는 실제로 제조 라인에서 제조된 복수의 엔진에 대하여 행해지고, 소정의 회전 속도 및 부하를 기초로 텀블비의 계측이 행해졌다. 또한, 텀블비는 티플만 텀블 계측기로 계측되고, 교축부(14)의 높이는 실린더 헤드(2)를 실린더 블럭(3)으로부터 제거한 상태에서 레이저 계측기로 계측되었다.
도 5에 의해, 텀블비와 교축부(14)의 높이의 사이에는 선형의 관계가 있는 것을 알 수 있다. 이 관계를 예측식으로 표현함으로써, 교축부(14)의 높이를 알 수 있으면, 예측식으로부터 텀블비의 예측값을 계산할 수 있다. 또한, 도 5에는, 교축부(14)의 높이와 유량 계수와의 관계에 대하여 조사한 결과가 함께 나타나 있다. 유량 계수와 교축부(14)의 높이와의 사이에도 선형의 관계가 있으며, 교축부(14)의 높이가 커질수록 유량 계수는 작아진다.
교축부(14)의 높이의 계측은, 실린더 헤드(2)의 제조 공정에 있어서, 로트마다 또한 기통(4)마다 실시된다. 이 계측을 실시함으로써, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 수반하여 발생하는 기통(4, 4, …4) 사이의 텀블류의 강도 변동을, 실린더 헤드(2)를 제조한 단계에서 예측하는 것이 가능해진다. 또한, 1개의 연소실(6)에 대하여 2개의 흡기 밸브(18)가 설치되어 있기 때문에, 흡기 포트(10)의 스로트(12)는 1개의 연소실(6)에 대하여 2개 존재한다. 교축부(14)의 높이의 계측은, 어느 하나(바람직하게는 미리 정한 측, 예를 들어 우측)의 스로트(12)의 교축부(14)에 대하여 행해도 되고, 양쪽의 스로트(12)의 교축부(14)를 계측해서 그 평균값을 취해도 된다.
종래, 에어 가이드 성층 연소 운전(이하, 단순히 '성층 연소 운전'이라고 함) 시의 점화 타이밍, 특히 운전 결과에 기초하는 학습이나 보정이 행해지지 않은 초기 설정에서의 점화 타이밍은, 기통(4, 4, …4) 사이에서 통일된 값(설계값)이 사용되고 있었다. 초기 설정된 점화 타이밍은, 텀블비가 설계값대로의 경우에, 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되는 시각에 맞춰서 설정되어 있다. 그러나, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 의해 텀블비의 설계값과 실제값의 사이에는 어긋남이 발생하고, 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되는 시각과 점화 타이밍의 사이에도, 텀블비의 설계값과 실제값의 차에 따른 시간차가 발생한다. 이로 인해, 기통(4, 4, …4) 사이에서 텀블비에 변동이 있는 경우, 점화 시 플러그 주위 공연비는 기통(4)마다 상이한 값으로 된다.
여기서, 다시 전술의 도 2에 착안하면, 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달될 때까지의 시간은 텀블비에 의해 크게 바뀐다. 그러나, 점화에 필요한 연료 농도의 범위에 들어 있는 한은, 연료 농도의 피크값에는 큰 차는 없다. 이러한 점에서, 텀블비에 따라 점화 타이밍의 설정을 기통(4)마다 바꾸고, 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되는 시각과 점화 타이밍을 맞춤으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비가 기통(4, 4, …4) 사이에서 거의 균일해지는 것이 예상된다.
도 2에 도시한 그래프로부터는, 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되는 시각을 점화 타이밍으로 하는 것이면, 텀블비가 설계값보다도 높을수록 점화 타이밍을 설계값보다도 보다 지각하고, 텀블비가 설계값보다도 낮을수록 점화 타이밍을 설계값보다도 보다 진각하면 되는 것을 알 수 있다. 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달될 때까지의 시간을 텀블비의 높이를 바꿔 조사함으로써, 텀블비와 그것에 따른 점화 타이밍의 적합값과의 관계를 나타내는 데이터(예를 들어 관계식으로 표현됨)를 얻을 수 있다.
텀블비와 점화 타이밍의 적합값과의 관계를 나타내는 데이터가 얻어지면, 텀블비와 교축부(14)의 높이와의 관계를 나타내는 예측식을 사용함으로써, 교축부(14)의 높이로부터 점화 타이밍의 적합값을 구하기 위한 데이터를 얻을 수 있다. 도 6에는, 교축부(14)의 높이를 횡축으로 하는 3개의 그래프가 횡축을 일치시켜 배열되어 있다. 상단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와 텀블비와의 관계를 나타내고 있다. 중단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와 점화 타이밍의 적합값과의 관계를 나타내고 있다. 그리고, 하단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와, 점화 타이밍을 중단의 그래프에 나타내는 값으로 설정한 경우의 점화 시 플러그 주위 공연비와의 관계를 나타내고 있다. 각 그래프에 나타내는 검정색 동그라미는, 교축부(14)의 높이를 바꿔 실험을 행함으로써 얻어진 데이터이다. 도 6으로부터, 교축부(14)의 높이에 따라서 점화 타이밍의 설정을 바꿈으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비를 거의 설계값대로 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 엔진의 제조 행정에 있어서, 도 6의 중단 그래프에 나타내는 교축부(14)의 높이와 점화 타이밍의 적합값과의 관계는, 점화 타이밍을 기통(4)마다 정하기 위한 참조 데이터로서 미리 준비되어 있다. 이 참조 데이터와 기통(4)마다 계측된 교축부(14)의 높이로부터, 성층 연소 운전 시의 설정값으로서 상응하는 점화 타이밍을 기통(4)마다 결정할 수 있다. 결정된 각 기통(4)의 점화 타이밍은, ECU(50)의 ROM에 설정값(초기 설정값)으로서 기입된다. 또한, 계측된 교축부(14)의 높이와, ROM에 기입된 점화 타이밍의 설정값이 반드시 대응하도록, 본 엔진의 제조 공정에 있어서 실린더 헤드(2)와 ECU(50)는 결부되어 있다.
도 7은, 각 기통(4)의 교축부(14)의 높이와, ROM에 기억된 각 기통(4)의 점화 타이밍의 설정값과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 본 엔진이 4기통 엔진인 것으로 하여, 상단의 그래프에서는, 기통(4)마다 교축부(14)의 높이를 나타내고, 하단의 그래프에서는, 기통(4)마다 점화 타이밍의 설정값을 나타내고 있다. 제1 기통을 기준 기통으로 하여, 기준 기통의 점화 타이밍의 설정값에 대한 각 기통의 점화 타이밍의 설정값의 차이의 기통 간의 분포(하단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)와, 기준 기통의 교축부(14)의 높이에 대한 각 기통의 교축부(14)의 높이의 차이의 기통 간의 분포(상단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)를 비교하면, 2개의 분포의 사이에는 공통의 규칙성이 있는 것을 확인할 수 있다. 적어도 라인 오프 후의 최초의 운전에서는, ROM에 기억된 설정값에 따라서 점화 타이밍의 설정(초기 설정)이 행해진다. 이 초기 설정에 의하면, 본 엔진이 갖는 4개의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 교축부(14)의 높이가 낮은 기통의 점화 타이밍은, 교축부(14)의 높이가 높은 기통의 점화 타이밍보다도 진각측에 설정된다.
이와 같이, 각 기통(4)의 점화 타이밍을 교축부(14)의 높이에 따라서 별도로 설정함으로써, 텀블류의 강도 기통(4, 4, …4) 사이의 변동에 의하지 않고, 연소 조건인 점화 시 플러그 주위 공연비를 기통(4, 4, …4) 사이에서 일치시킬 수 있다. 이에 의해, 본 엔진에 의하면, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 수반하여 텀블류의 강도에 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동이 발생했다고 하여도, 텀블류의 강도 변동에 기인한 기통(4, 4, …4) 사이의 연소 변동은, 본 엔진의 라인 오프 시부터 억제된다.
또한, 본 실시 형태에서는 교축부(14)의 높이로부터 점화 타이밍을 결정하고 있지만, 교축부(14)의 높이로부터 점화 타이밍의 설계값에 대한 보정 계수를 결정하는 것이어도 된다. 보정 계수는, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 높은 경우, 점화 타이밍을 설계값보다도 지각시키는 값을 취하고, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 낮은 경우, 점화 타이밍을 설계값보다도 진각시키는 값을 취한다. 이와 같은 보정 계수를 교축부(14)의 높이로부터 기통(4)마다 결정하고, 점화 타이밍의 설계값과 함께 ECU(50)의 ROM에 기입해 둔다. ECU(50)는, 점화 타이밍의 설계값을 기통(4)마다의 보정 계수로 보정하고, 보정된 점화 타이밍을 기통(4)마다의 점화 타이밍의 설정값으로서 사용한다.
또한, 교축부(14)의 높이로부터 점화 타이밍의 설정값을 계산하는 로직과, 기통(4)마다의 교축부(14)의 높이의 계측값을 ECU(50)의 ROM에 기입하고, 기통(4)마다의 점화 타이밍의 설정값의 계산은 ECU(50)에 의해 행하게 하도록 해도 된다. 이 경우, 작업자는 단순히 교축부(14)의 높이를 계측하는 것만이어도 되게 되므로, 교축부(14)의 높이로부터 기통(4)마다의 점화 타이밍이나 보정 계수를 계산하기 위한 공정수를 삭감할 수 있다는 장점이 얻어진다.
실시 형태 2에 따른 엔진은, 실시 형태 1과 동일하게 도 1에 도시한 구성을 갖고 있다. 단, 후술하는 바와 같이, 실시 형태 2에 따른 엔진은, ECU(50)의 ROM에 기억되어 있는 제어 파라미터의 내용에 있어서 실시 형태 1과의 차이를 갖고 있다.
본 엔진에 의하면, 엔진의 운전 영역에 따라서, 포트 분사 밸브(24)에 의한 포트 분사만을 사용한 운전과, 통내 분사 밸브(26)에 의한 통내 분사만을 사용한 운전과, 포트 분사와 통내 분사를 병용한 운전을 구분지어 사용할 수 있다. 성층 연소 운전 시에는, 통내 분사 밸브(26)에 의한 통내 분사를 주체로 하여, 포트 분사와 통내 분사가 병용되어 있다.
성층 연소 운전 시에 포트 분사 밸브(24)가 분담하는 연료 분사량의 비율(이하, '흡기 포트 분사 비율'이라고 함)은, 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력에 영향을 미친다. 흡기 포트 분사 비율을 줄이면, 그만큼 통내 분사 밸브(26)가 분담하는 연료 분사량이 늘어나게 되어, 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력은 증대된다. 반대로, 흡기 포트 분사 비율을 늘리면, 그만큼 통내 분사 밸브(26)가 분담하는 연료 분사량이 줄어들게 되어, 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력은 감소된다. 이로 인해, 흡기 포트 분사 비율의 크기에 의해, 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력과 연소실(6) 내에 생성되는 텀블류에 의한 제동력과의 밸런스가 변화한다.
종래, 성층 연소 운전 시의 흡기 포트 분사 비율, 특히 운전 결과에 기초하는 학습이나 보정이 행해지지 않는 초기 설정에서의 흡기 포트 분사 비율은, 기통(4, 4, …4) 사이에서 통일된 값(설계값)이 사용되고 있었다. 그러나, 흡기 포트 분사 비율을 기통(4)마다 별도로 설정하면, 연료 분무의 관철력과 텀블류에 의한 제동력과의 밸런스를 기통(4)마다 조정할 수 있다. 텀블비에 따라서 흡기 포트 분사 비율의 설정을 기통(4)마다 바꾸고, 점화 타이밍에 있어서 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되도록, 연료 분무의 관철력과 텀블류에 의한 제동력과의 밸런스를 기통(4)마다 조정함으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비를 기통(4, 4, …4) 사이에서 거의 균일하게 할 수 있다.
흡기 포트 분사 비율의 설정을 기통(4)마다 바꾸는 구체적인 방법으로서, 본 실시 형태에서는, 통내 분사 밸브(26)가 분담하는 연료 분사량의 비율인 통내 분사 비율에 대하여, 기통(4)마다 설정한 보정 계수를 곱한다. 통내 분사 비율의 베이스 값은, 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따라서 바뀌는 변수값이며, 이것에는 기통(4, 4, …4) 사이에서 공통의 값이 사용된다. 교축부(14)의 높이가 설계값인 경우, 통내 분사 비율 보정 계수의 값은 1로 한다. 그리고, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 높은 경우, 통내 분사 비율 보정 계수의 값을 1보다도 크게 하고, 교축부(14)의 높이가 높을수록, 통내 분사 비율 보정 계수의 값을 보다 크게 한다. 반대로, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 낮은 경우, 통내 분사 비율 보정 계수의 값을 1보다도 작게 하고, 교축부(14)의 높이가 낮을수록, 통내 분사 비율 보정 계수의 값을 보다 작게 한다. 이와 같이, 교축부(14)의 높이에 따라서 통내 분사 비율 보정 계수의 값을 바꿈으로써, 연소실(6)에 생성되는 텀블류의 강도에 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력을 밸런스시킬 수 있다.
본 엔진의 제조 행정에서는, 미리 확인된 교축부(14)의 높이와 통내 분사 비율 보정 계수의 적합값과의 관계가, 통내 분사 비율 보정 계수를 기통(4)마다 결정학 위한 참조 데이터로서 미리 준비되어 있다. 이 참조 데이터와 기통(4)마다 계측된 교축부(14)의 높이로부터, 성층 연소 운전 시의 통내 분사 비율 및 포트 분사 비율의 설정값을 정하는 데도 상응하는 통내 분사 비율 보정 계수를 기통(4)마다 결정할 수 있다. 결정된 기통(4)마다의 통내 분사 비율 보정 계수는, ECU(50)의 ROM에 기입된다.
도 8은, 각 기통(4)의 교축부(14)의 높이와, ROM에 기억된 각 기통(4)의 통내 분사 비율 보정 계수와의 관계의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 본 엔진이 4기통 엔진인 것으로 하여, 상단의 그래프에서는, 기통(4)마다 교축부(14)의 높이를 나타내고, 하단의 그래프에서는, 기통(4)마다 통내 분사 비율 보정 계수를 나타내고 있다. 제1 기통을 기준 기통으로 하여, 기준 기통의 통내 분사 비율 보정 계수에 대한 각 기통의 통내 분사 비율 보정 계수의 차이의 기통 간의 분포(하단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)와, 기준 기통의 교축부(14)의 높이에 대한 각 기통의 교축부(14)의 높이 차이의 기통 간의 분포(상단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)를 비교하면, 2개의 분포의 사이에는 공통의 규칙성이 있는 것을 확인할 수 있다. 적어도 라인 오프 후의 최초의 운전에서는, ROM에 기억된 통내 분사 비율 보정 계수를 사용해서 통내 분사 비율 및 포트 분사 비율의 설정(초기 설정)이 행해진다. 이 초기 설정에 의하면, 본 엔진이 갖는 4개의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 교축부(14)의 높이가 낮은 기통의 포트 분사 비율은, 교축부(14)의 높이가 높은 기통의 포트 분사 비율보다도 큰 값으로 설정된다.
도 9는, 본 실시 형태에서 행해지는 연료 분사 제어의 제어 플로우를 나타내는 흐름도이다. 본 실시 형태에서는, 촉매의 난기를 목적으로 하여 성층 연소 운전이 행해진다. ROM에 기억된 통내 분사 비율 보정 계수는, 그 성층 연소 운전에 있어서, 각 기통(4)의 포트 분사량 및 통내 분사량의 계산에 사용된다. 이하, 통내 분사 비율 보정 계수를 사용한 각 기통(4)의 포트 분사량 및 통내 분사량의 계산 방법에 대하여, 도 9에 도시한 제어 플로우를 따라 설명한다.
우선, 스텝 S2에서는, ROM에 기억된 각 기통(4)의 통내 분사 비율 보정 계수가 CPU로 판독된다. 이어서, 스텝 S4에서는, 현재의 주목 기통을 나타내는 기통 카운터가 시동 제어로부터 계승된다. 시동 제어는, 본 엔진의 시동 시에 실행되는 연료 분사 제어이며, 촉매 난기를 실시하기 전에 본 제어 플로우와는 다른 제어 플로우에 따라서 실행되고 있다. 기통 카운터는, 본 엔진의 기통수에 맞춰서 1부터 4까지의 값을 취하고, 4의 다음은 다시 1로 되돌린다.
다음으로, 스텝 S6에서는, 현재의 운전 모드가 촉매의 난기를 행하는 촉매 난기 모드인지 여부가 판정된다. 촉매 난기 모드가 해제되어 있는 경우, 본 제어 플로우에 의한 연료 분사 제어는 종료된다.
현재의 운전 모드가 촉매 난기 모드인 경우, 스텝 S8 내지 스텝 S20까지의 처리가 순차 행해진다. 스텝 S8에서는, 압축 행정에서의 연료 분사량의 비율인 압축 행정 분사 비율 Kcomp가 엔진 회전 속도 NE와 엔진 부하 KL로부터 산출된다. 압축 행정에서의 연료 분사는 통내 분사 밸브(26)에 의해 행해지므로, 압축 행정 분사 비율은 통내 분사 비율을 의미한다. 이 계산에는 엔진 회전 속도 NE와 엔진 부하 KL을 파라미터로 하는 맵이 사용된다.
스텝 S10에서는, 스텝 S8에서 산출된 압축 행정 분사 비율 Kcomp에 대하여, 기통 카운터가 나타내는 현재의 주목 기통의 통내 분사 비율 보정 계수를 곱할 수 있다.
스텝 S12에서는, 스텝 S10에서 보정된 압축 행정 분사 비율 Kcomp를 1부터 감산함으로써, 흡기 행정에서의 연료 분사량의 비율인 흡기 행정 분사 비율 Kint가 산출된다. 흡기 행정에서의 연료 분사는 포트 분사 밸브(24)에 의해 행해지므로, 흡기 행정 분사 비율은 포트 분사 비율을 의미한다.
스텝 S14에서는, 1 사이클에서의 전 연료 분사량 Q가 엔진 회전 속도 NE와 엔진 부하 KL로부터 산출된다. 이 계산에는 엔진 회전 속도 NE와 엔진 부하 KL을 파라미터로 하는 맵이 사용된다.
스텝 S16에서는, 스텝 S14에서 산출된 전 연료 분사량 Q에 대하여, 스텝 S12에서 산출된 흡기 행정 분사 비율 Kint를 곱함으로써, 포트 분사 밸브(24)가 담당하는 연료 분사량인 포트 분사량이 산출된다.
스텝 S18에서는, 스텝 S14에서 산출된 전체 연료 분사량 Q에 대하여, 스텝 S10에서 보정된 압축 행정 분사 비율 Kcomp를 곱함으로써, 통내 분사 밸브(26)가 담당하는 연료 분사량인 통내 분사량이 산출된다.
스텝 S20에서는, 기통 카운터의 갱신이 행해진다. 촉매 난기 모드가 계속 되어 있는 경우에는, 갱신 후의 기통 카운터가 나타내는 다음의 주목 기통에 관하여, 스텝 S8 내지 스텝 S18까지의 연산이 행해진다.
상기의 제어 플로우에 의하면, 텀블류에 대향하도록 통내 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 양(통내 분사량)은, 통내 분사 비율 보정 계수가 교축부(14)의 높이에 따라서 기통(4)마다 별도로 설정되어 있음으로써, 텀블류의 강도와 밸런스한 관철력이 얻어지는 양으로 조정된다. 이에 의해, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 수반하여 텀블류의 강도에 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동이 발생했다고 하여도, 통내 분사 밸브(26)의 연료 분무의 관철력은 당초부터 그 변동에 맞춰져 있으므로, 연소 조건인 점화 시 플러그 주위 공연비가 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동되는 것은 억제된다. 따라서, 본 엔진에 의하면, 텀블류의 강도 변동에 기인한 기통(4, 4, …4) 사이의 연소 변동은, 본 엔진의 라인 오프 시부터 억제된다.
또한, 본 실시 형태에서는 교축부(14)의 높이로부터 통내 분사 비율 보정 계수를 결정하고 있지만, 교축부(14)의 높이로부터 포트 분사 비율 혹은 통내 분사 비율을 직접 결정하고, 그것을 ECU(50)의 ROM에 기입해도 된다. 또한, 교축부(14)의 높이로부터 통내 분사 비율 보정 계수를 계산하는 로직과, 기통(4)마다의 교축부(14)의 높이의 계측값을 ECU(50)의 ROM에 기입하고, 기통(4)마다의 통내 분사 비율 보정 계수의 계산은 ECU(50)에 의해 행하게 하도록 해도 된다.
실시 형태 3에 따른 엔진은, 기본적으로는 실시 형태 1과 동일하게 도 1에 도시한 구성을 갖고 있다. 단, 실시 형태 3에 따른 엔진은, 통내 분사 밸브(26)의 연료 압력(이하, '통내 분사 연료 압력'이라고 함)을 기통(4)마다 조정할 수 있는 방식을 구비하고 있다. 그 방식에는 한정은 없다. 예를 들어, 통내 분사 밸브(26)의 리프트량을 기통(4)마다 설정하는 것이어도 되고, 연료 펌프를 기통(4)마다 설치하는 것이어도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 엔진은, ECU(50)의 ROM에 기억되어 있는 제어 파라미터의 내용에 있어서 실시 형태 1 및 2의 차이를 갖고 있다.
일반적으로, 통내 분사 밸브(26)로부터는, 어느 기통(4)이라도 동일한 크기의 압력에 의해 연료가 분사되고 있다. 그러나, 통내 분사 연료 압력을 기통(4)마다 별도로 설정하면, 연료 분무의 관철력과 텀블류에 의한 제동력과의 밸런스를 기통(4)마다 조정할 수 있다. 텀블비에 따라서 통내 분사 연료 압력의 설정을 기통(4)마다 바꾸고, 점화 타이밍에 있어서 점화 플러그 주변의 연료 농도가 피크에 도달되도록, 연료 분무의 관철력과 텀블류에 의한 제동력과의 밸런스를 기통(4)마다 조정함으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비가 기통(4, 4, …4) 사이에서 거의 균일해지는 것이 예상된다.
도 10에는, 교축부(14)의 높이를 횡축으로 하는 3개의 그래프가 횡축을 일치시켜 배열되어 있다. 상단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와 텀블비와의 관계를 나타내고 있다. 중단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와 통내 분사 연료 압력의 적합값과의 관계를 나타내고 있다. 통내 분사 연료 압력과 연료 분무의 관철력과의 사이에는 이차함수로 표현되는 관계가 있기 때문에, 교축부(14)의 높이와 연료 분사 압력의 적합값과의 관계는 선형이 아니라, 위로 볼록한 완만한 곡선으로 표현되는 관계로 된다. 그리고, 하단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와, 통내 분사 연료 압력을 중단의 그래프로 나타내는 값으로 설정한 경우의 점화 시 플러그 주위 공연비와의 관계를 나타내고 있다. 각 그래프에 나타내는 검정색 동그라미는, 교축부(14)의 높이를 바꿔 실험을 행함으로써 얻어진 데이터이다. 도 10으로부터, 교축부(14)의 높이에 따라서 통내 분사 연료 압력의 설정을 바꿈으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비를 거의 설계값대로 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 엔진의 제조 행정에 있어서, 도 10의 중단의 그래프에 나타내는 교축부(14)의 높이와 통내 분사 연료 압력의 적합값과의 관계는, 통내 분사 연료 압력을 기통(4)마다 정하기 위한 참조 데이터로서 미리 준비되어 있다. 이 참조 데이터와 기통(4)마다 계측된 교축부(14)의 높이로부터, 성층 연소 운전 시의 설정값으로서 상응하는 통내 분사 연료 압력을 기통(4)마다 결정할 수 있다. 결정된 각 기통(4)의 통내 분사 연료 압력은, ECU(50)의 ROM에 설정값(초기 설정값)으로서 기입된다.
도 11은, 각 기통(4)의 교축부(14)의 높이와, ROM에 기억된 각 기통(4)의 통내 분사 연료 압력의 설정값과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 본 엔진이 4기통 엔진인 것으로 하여, 상단의 그래프에서는, 기통(4)마다 교축부(14)의 높이를 나타내고, 하단의 그래프에서는, 기통(4)마다 통내 분사 연료 압력의 설정값을 나타내고 있다. 제1 기통을 기준 기통으로 하여, 기준 기통의 통내 분사 연료 압력의 설정값에 대한 각 기통의 통내 분사 연료 압력의 설정값의 차이의 기통 간의 분포(하단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)와, 기준 기통의 교축부(14)의 높이에 대한 각 기통의 교축부(14)의 높이의 차이의 기통 간의 분포(상단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)를 비교하면, 2개의 분포의 사이에는 공통의 규칙성이 있는 것을 확인할 수 있다. 적어도 라인 오프 후의 최초의 운전에서는, ROM에 기억된 설정값을 따라서 통내 분사 연료 압력의 설정(초기 설정)이 행해진다. 본 엔진이 갖는 4개의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 교축부(14)의 높이가 낮은 기통의 통내 분사 연료 압력은, 교축부(14)의 높이가 높은 기통의 통내 분사 연료 압력보다도 작은 값으로 설정된다.
이와 같이, 각 기통(4)의 통내 분사 연료 압력을 교축부(14)의 높이에 따라서 별도로 설정함으로써, 텀블류의 강도 기통(4, 4, …4) 사이의 변동에 의하지 않고, 연소 조건인 점화 시 플러그 주위 공연비를 기통(4, 4, …4) 사이에서 일치시킬 수 있다. 이에 의해, 본 엔진에 의하면, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 수반하여 텀블류의 강도에 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동이 발생했다고 하여도, 텀블류의 강도 변동에 기인한 기통(4, 4, …4) 사이의 연소 변동은, 본 엔진의 라인 오프 때부터 억제된다.
또한, 본 실시 형태에서는 교축부(14)의 높이로부터 통내 분사 연료 압력을 결정하고 있지만, 교축부(14)의 높이로부터 통내 분사 연료 압력의 설계값[또는 통내 분사 밸브(26)의 리프트량의 설계값]에 대한 보정 계수를 결정하는 것이어도 된다. 보정 계수는, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 높은 경우, 통내 분사 연료 압력을 설계값보다도 증대시키는 값을 취하고, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 낮은 경우, 통내 분사 연료 압력을 설계값보다도 저하시키는 값을 취한다. 이와 같은 보정 계수를 교축부(14)의 높이로부터 기통(4)마다 결정하고, 통내 분사 연료 압력의 설계값과 함께 ECU(50)의 ROM에 기입해 둔다. ECU(50)는, 통내 분사 연료 압력의 설계값을 기통(4)마다의 보정 계수로 보정하고, 보정된 통내 분사 연료 압력을 기통(4)마다의 통내 분사 연료 압력의 설정값으로서 사용한다. 또한, 교축부(14)의 높이로부터 통내 분사 연료 압력의 설정값을 계산하는 로직과, 기통(4)마다의 교축부(14)의 높이의 계측값을 ECU(50)의 ROM에 기입하고, 기통(4)마다의 통내 분사 연료 압력의 설정값의 계산은 ECU(50)에 의해 행하게 하도록 해도 된다.
도 12는, 실시 형태 4에 따른 엔진의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 12에 있어서, 도 1에 도시한 실시 형태 1의 엔진과 공통의 부위 및 부품에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 실시 형태 4에 따른 엔진은, 실시 형태 1에 따른 엔진이 갖는 부위 및 부품의 전부를 구비하고, 텀블 제어 밸브(40)를 더 구비하고 있다. 텀블 제어 밸브(40)는, 각 기통(4)의 흡기 포트(10)의 저면에 설치되고, 저면에 대한 상승각을 바꿈으로써 연소실(6)에 생성되는 텀블류의 강도를 제어하는 장치이다. 실시 형태 4에 따른 엔진이 구비하는 텀블 제어 밸브(40)는, 기통(4)마다 상승각을 상이하게 할 수 있도록 구성되어 있다. 예를 들어, 텀블 제어 밸브(40)는, 기통(4)마다 모터로 구동되도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 엔진은, ECU(50)의 ROM에 기억되어 있는 제어 파라미터의 내용에 있어서도 실시 형태 1-3의 차이를 갖고 있다.
본 엔진이 구비하는 흡기 포트(10)는 연소실(6)에 텀블류를 생성하는 텀블 생성 포트이다. 텀블 제어 밸브(40)는, 흡기 포트(10)에 의해 생성된 텀블류를 더욱 강화할 수 있다. 텀블 제어 밸브(40)의 상승각이 흡기 포트(10)의 저면에 대하여 수직으로 근접할수록, 연소실(6)에 생성되는 텀블류의 강도는 증가되어 간다.
종래, 텀블 제어 밸브(40)는 어느 기통(4)이라도 동일한 상승각으로 제어되고 있었다. 그러나, 텀블 제어 밸브(40)의 상승각을 기통(4)마다 별도로 설정하면, 기통(4)마다 텀블류의 강도를 조정할 수 있다. 교축부(14)의 높이에 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동이 있으면, 교축부(14)의 높이에 따라서 텀블 제어 밸브(40)의 상승각을 기통(4)마다 바꿈으로써, 기통(4, 4, …4) 사이의 텀블류 강도 변동을 억제할 수 있다.
도 13에는, 교축부(14)의 높이를 횡축으로 하는 3개의 그래프가 횡축을 일치시켜 배열되어 있다. 상단의 그래프는, 텀블 제어 밸브(40)가 쓰러져 있는 경우(텀블류에 작용하지 않는 경우)의 교축부(14)의 높이와 텀블비와의 관계를 나타내고 있다. 중단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와 텀블 제어 밸브(40)의 상승각(이하, 'TCV 상승각'이라 표기함)의 적합값과의 관계를 나타내고 있다. 교축부(14)의 높이와 TCV 상승각의 적합값과의 관계는 선형으로 표현된다. 그리고, 하단의 그래프는, 교축부(14)의 높이와, TCV 상승각을 중단의 그래프에 나타내는 값으로 설정한 경우의 점화 시 플러그 주위 공연비와의 관계를 나타내고 있다. 각 그래프에 나타내는 검정색 동그라미는, 교축부(14)의 높이를 바꿔 실험을 행함으로써 얻어진 데이터이다. 도 12로부터, 교축부(14)의 높이에 따라서 TCV 상승각의 설정을 바꿈으로써, 점화 시 플러그 주위 공연비를 거의 설계값대로 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
텀블 제어 밸브(40)의 상승각의 설정을 기통(4)마다 바꾸는 구체적인 방법으로서, 본 실시 형태에서는, TCV 상승각의 베이스 값에 대하여 기통(4)마다 설정한 TCV 상승각 보정 계수를 곱한다. TCV 상승각의 베이스 값은, 예를 들어 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따라서 바뀌는 변수값이며, 이것에는 기통(4, 4, …4) 사이에서 공통의 값이 사용된다. 교축부(14)의 높이가 설계값인 경우, TCV 상승각 보정 계수의 값은 1로 한다. 그리고, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 높은 경우, TCV 상승각 보정 계수의 값을 1보다도 작고, 교축부(14)의 높이가 높을수록, TCV 상승각 보정 계수의 값을 보다 작게 한다. 반대로, 교축부(14)의 높이가 설계값보다도 낮은 경우, TCV 상승각 보정 계수의 값을 1보다도 크게 하고, 교축부(14)의 높이가 낮을수록, TCV 상승각 보정 계수의 값을 보다 크게 한다. 이와 같이, 교축부(14)의 높이에 따라서 TCV 상승각 보정 계수의 값을 바꿈으로써, 연소실(6)에 생성되는 텀블류의 강도를 설계값에 근접시킬 수 있다.
본 엔진의 제조 행정에서는, 미리 확인된 교축부(14)의 높이와 TCV 상승각 보정 계수의 적합값과의 관계가, TCV 상승각 보정 계수를 기통(4)마다 정하기 위한 참조 데이터로서 미리 준비되어 있다. 이 참조 데이터와 기통(4)마다 계측된 교축부(14)의 높이로부터, 성층 연소 운전 시의 TCV 상승각의 설정값을 정하는 데도 상응하는 TCV 상승각 보정 계수를 기통(4)마다 결정할 수 있다. 결정된 기통(4)마다의 TCV 상승각 보정 계수는, ECU(50)의 ROM에 기입된다.
도 14는, 각 기통(4)의 교축부(14)의 높이와, ROM에 기억된 각 기통(4)의 TCV 상승각 보정 계수와의 관계의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 본 엔진이 4기통 엔진인 것으로 하여, 상단의 그래프에서는, 기통(4)마다 교축부(14)의 높이를 나타내고, 하단의 그래프에서는, 기통(4)마다 TCV 상승각 보정 계수를 나타내고 있다. 제1 기통을 기준 기통으로 하여, 기준 기통의 TCV 상승각 보정 계수에 대한 각 기통의 TCV 상승각 보정 계수의 차이 기통 간의 분포(하단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)와, 기준 기통의 교축부(14)의 높이에 대한 각 기통의 교축부(14)의 높이의 차이의 기통 간의 분포(상단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)를 비교하면, 2개의 분포의 사이에는 공통의 규칙성이 있는 것을 확인할 수 있다. 적어도 라인 오프 후의 최초의 운전에서는, ROM에 기억된 TCV 상승각 보정 계수를 사용해서 TCV 상승각의 설정(초기 설정)이 행해진다. 이 초기 설정에 의하면, 본 엔진이 갖는 4개의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 교축부(14)의 높이가 낮은 기통의 TCV 상승각은, 교축부(14)의 높이가 높은 기통의 TCV 상승각보다도 큰 값으로 설정된다.
이와 같이, TCV 상승각 보정 계수가 교축부(14)의 높이에 따라서 기통(4)마다 별도로 설정되어 있음으로써, TCV 상승각을 기통(4)마다 별도로 설정해서 텀블류의 강도를 기통(4, 4, …4) 사이에서 일치시킬 수 있다. 따라서, 본 엔진에 의하면, 텀블류의 강도 변동에 기인한 기통(4, 4, …4) 사이의 연소 변동은, 본 엔진의 라인 오프 시부터 억제된다.
또한, 본 실시 형태에서는 교축부(14)의 높이로부터 TCV 상승각 보정 계수를 결정하고 있지만, 교축부(14)의 높이로부터 TCV 상승각을 직접 결정하고, 그것을 ECU(50)의 ROM에 기입해도 된다. 또한, 교축부(14)의 높이로부터 TCV 상승각 보정 계수를 계산하는 로직과, 기통(4)마다의 교축부(14)의 높이의 계측값을 ECU(50)의 ROM에 기입하고, 기통(4)마다의 TCV 상승각 보정 계수의 계산은 ECU(50)에 의해 행하게 하도록 해도 된다.
그런데, TCV 상승각이 바뀌면 흡기 포트(10)의 유량 계수가 변화한다. 이로 인해, 기통(4)마다 별도로 TCV 상승각을 설정하는 경우, 기통(4, 4, …4) 사이에서 흡기량에 변동이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 바람직하게는 기통(4)마다 스로틀을 설치하여, 흡기량이 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동되지 않도록, TCV 상승각에 따라서 기통(4)마다 스로틀 개방도를 조정하는 것이 바람직하다. 또는, 흡기 밸브(18)의 최대 리프트량을 가변하도록 하는 가변 밸브 리프트 장치를 설치하여, TCV 상승각에 따라서 기통(4)마다 흡기 밸브(18)의 최대 리프트량을 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 스로틀 개방도[혹은 흡기 밸브(18)의 최대 리프트량]를 기통(4)마다 보정하기 위한 보정 계수는, 미리 TCV 상승각 보정 계수와 함께 ECU(50)의 ROM에 기입해 두는 것이 바람직하다.
실시 형태 5에 따른 엔진은, 기본적으로는 실시 형태 1과 동일하게 도 1에 도시한 구성을 갖고 있다. 단, 실시 형태 5에 따른 엔진은, 포트 분사 밸브(24)에 의한 포트 분사, 혹은 통내 분사 밸브(26)에 의한 흡기 행정에서의 통내 분사에 의해, 연료를 공기에 균질하게 혼합시켜서 연소시키는 균질 연소 운전을 행할 수 있는 엔진이다. 또한, 실시 형태 5에서는, 포트 분사 밸브(24)만 혹은 통내 분사 밸브(26)만을 구비하는 변형예나, 연소실(6)의 정상부에 통내 분사 밸브(26)가 설치되는 변형예를 채용할 수도 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 실시 형태 5에 따른 엔진은, ECU(50)의 ROM에 기억되어 있는 제어 파라미터의 내용에 있어서 실시 형태 1-4와의 차이를 갖고 있다.
도 15는, 엔진 회전 속도 및 엔진 부하를 고정한 경우의, 균질 연소 운전에서의 텀블비와 연소 속도와의 관계를 나타내고 있다. 텀블비가 제로일 때, 연소실(6)의 혼합기의 흐름은 흐트러짐이 없는 층류로 되기 때문에 연소 속도는 가장 느려진다. 그리고, 텀블비가 높아질수록, 연소실(6)의 혼합기의 흐름의 흐트러짐은 더 커지게 되기 때문에, 연소 속도는 더 빠르게 되어 간다.
도 15는, 엔진 회전 속도 및 엔진 부하를 고정한 경우의, 균질 연소 운전에서의 텀블비와 MBT 크랭크 앵글과의 관계도 나타내고 있다. MBT 크랭크 앵글은 연소 속도에 의존한다. 연소 속도가 늦으면 MBT 크랭크 앵글은 TDC로부터 진각측으로 멀어지고, 연소 속도가 빠를수록 MBT 크랭크 앵글은 TDC에 가까이 간다. 이로 인해, 도 15에 도시한 바와 같이, 텀블비가 제로일 때, MBT 크랭크 앵글은 가장 진각하고, 텀블비가 높아질수록, MBT 크랭크 앵글은 TDC에 가까이 간다. 텀블비와 MBT 크랭크 앵글과의 사이에는 선형의 관계가 있다.
종래, 균질 연소 운전 시의 기본 점화 타이밍(점화 타이밍 제어의 기준으로 되는 점화 타이밍), 특히 운전 결과에 기초하는 학습이나 보정이 행해지지 않은 초기 설정에서의 기본 점화 타이밍은, 기통(4, 4, …4) 사이에서 통일된 값(설계값)이 사용되고 있었다. 그러나, 텀블류의 강도가 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동되는 것이면, MBT 크랭크 앵글도 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동되어 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 텀블류의 강도를 나타내는 텀블비와 흡기 포트(10)의 스로트(12)의 교축부(14)의 높이와의 사이에는 일정한 관계가 있다. 이 관계와 도 15에 도시한 텀블비와 MBT 크랭크 앵글과의 관계에 기초하여, 교축부(14)의 높이에 따라서 기본 점화 타이밍을 기통(4)마다 별도로 설정하면, 각 기통(4)에 있어서 기본 점화 타이밍을 MBT 크랭크 앵글에 맞출 수 있다.
본 엔진의 제조 행정에서는, 미리 확인된 교축부(14)의 높이와 MBT 크랭크 앵글과의 관계가, 기본 점화 타이밍을 기통(4)마다 결정하기 위한 참조 데이터로 서 미리 준비되어 있다. 이 참조 데이터와 기통(4)마다 계측된 교축부(14)의 높이로부터, 균질 연소 운전 시의 기본 점화 타이밍의 설정값을 기통(4)마다 결정할 수 있다. 결정된 기통(4)마다의 기본 점화 타이밍은, 교축부(14)의 높이를 계측된 실린더 헤드(2)에 결부되어 있는 ECU(50)의 ROM에 설정값(초기 설정값)으로서 기입된다.
도 16은, 각 기통(4)의 교축부(14)의 높이와, ROM에 기억된 각 기통(4)의 기본 점화 타이밍의 설정값과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 여기에서는, 본 엔진이 4기통 엔진인 것으로 하여, 상단의 그래프에서는, 기통(4)마다 교축부(14)의 높이를 나타내고, 하단의 그래프에서는, 기통(4)마다 기본 점화 타이밍의 설정값을 나타내고 있다. 제1 기통을 기준 기통으로 하여, 기준 기통의 기본 점화 타이밍의 설정값에 대한 각 기통의 기본 점화 타이밍의 설정값의 차이의 기통 간의 분포(하단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)와, 기준 기통의 교축부(14)의 높이에 대한 각 기통의 교축부(14)의 높이의 차이의 기통 간의 분포(상단의 그래프 중에 꺾은선으로 나타냄)를 비교하면, 2개의 분포의 사이에는 공통의 규칙성이 있는 것을 확인할 수 있다. 적어도 라인 오프 후의 최초의 운전에서는, ROM에 기억된 설정값에 따라서 기본 점화 타이밍의 설정(초기 설정)이 행해진다. 이 초기 설정에 의하면, 본 엔진이 갖는 4개의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 교축부(14)의 높이가 낮은 기통의 점화 타이밍은, 교축부(14)의 높이가 높은 기통의 점화 타이밍보다도 진각측에 설정된다.
이와 같이, 각 기통(4)의 기본 점화 타이밍을 교축부(14)의 높이에 따라서 별도로 설정함으로써, 당해 기통(4)이 강한 텀블류가 발생하는 기통이더라도, 약한 텀블류가 발생하는 기통이더라도, 균질 연소 운전 시의 점화 타이밍을 MBT 크랭크 앵글에 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 본 엔진에 의하면, 흡기 포트(10)의 형상 오차에 수반하여 텀블류의 강도에 기통(4, 4, …4) 사이에서 변동이 발생했다고 하여도, 텀블류의 강도 변동에 기인한 기통(4, 4, …4) 사이의 연소 변동은, 본 엔진의 라인 오프 시부터 억제된다.
또한, 본 실시 형태에서는 교축부(14)의 높이로부터 기본 점화 타이밍을 결정하고 있지만, 교축부(14)의 높이로부터 기본 점화 타이밍의 설계값에 대한 보정 계수를 결정하는 것이어도 된다. 보정 계수를 교축부(14)의 높이로부터 기통(4)마다 결정하고, 기본 점화 타이밍의 설계값과 함께 ECU(50)의 ROM에 기입해 둔다. ECU(50)는, 기본 점화 타이밍의 설계값을 기통(4)마다의 보정 계수로 보정하고, 보정된 기본 점화 타이밍을 기통(4)마다의 기본 점화 타이밍의 설정값으로서 사용한다. 또한, 교축부(14)의 높이로부터 기본 점화 타이밍의 설정값을 계산하는 로직과, 기통(4)마다의 교축부(14)의 높이의 계측값을 ECU(50)의 ROM에 기입하고, 기통(4)마다의 기본 점화 타이밍의 설정값의 계산은 ECU(50)에 의해 행하게 하도록 해도 된다.

Claims (6)

  1. 다기통 엔진이며,
    상기 다기통 엔진의 각 기통에 접속되어 교축부를 스로트에 갖고, 상기 다기통 엔진의 상기 각 기통의 연소실에 텀블류가 발생하고, 상기 교축부와 상기 다기통 엔진의 실린더 헤드 하면과의 거리는 상기 다기통 엔진의 기통 간에서 변동이 있도록 구성된, 복수의 흡기 포트와,
    상기 다기통 엔진의 각 기통에 설치되고, 상기 연소실 내의 상기 텀블류에 대향하도록 연료를 분사하고, 통내 분사 밸브에 의한 연료 분사를 사용한 성층 연소 운전을 행하도록 구성된, 복수의 통내 분사 밸브와,
    상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되어, 기준 기통의 상기 제어 파라미터값에 대한 각 기통의 상기 제어 파라미터값의 차이의 기통 간의 분포와, 상기 기준 기통의 상기 교축부의 거리에 대한 각 기통의 상기 교축부의 거리의 차이의 기통 간의 분포의 사이에 공통의 규칙성이 있고, 상기 제어 파라미터는 상기 다기통 엔진의 상기 성층 연소 운전에 있어서 점화 시의 점화 플러그 주변의 혼합기의 공연비를 정하는 파라미터이도록 구성된, 전자 제어 유닛을
    포함하는, 다기통 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 성층 연소 운전 시의 점화 타이밍이고,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 복수의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 교축부의 거리가 짧은 기통의 상기 점화 타이밍이, 상기 교축부의 거리가 긴 기통의 상기 점화 타이밍보다도 진각측에 설정되도록 구성되는, 다기통 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 기통마다의 상기 흡기 포트에 설치되는 포트 분사 밸브를 더 포함하고,
    상기 포트 분사 밸브는, 상기 흡기 포트에 연료를 분사하도록 구성되고,
    상기 제어 파라미터는, 상기 성층 연소 운전 시에 상기 포트 분사 밸브가 분담하는 연료 분사량의 비율이며,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 복수의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 교축부의 거리가 짧은 기통의 상기 비율은, 상기 교축부의 거리가 긴 기통의 상기 연료 분사량의 비율보다도 크게 설정되도록 구성되는, 다기통 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 성층 연소 운전 시의 상기 통내 분사 밸브의 연료 분사 압력이고,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 복수의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 교축부의 거리가 짧은 기통의 상기 연료 분사 압력은, 상기 교축부의 거리가 긴 기통의 상기 연료 분사 압력보다도 작게 설정되도록 구성되는, 다기통 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 기통마다의 상기 흡기 포트에 배치되는 텀블 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 텀블 제어 밸브는, 상기 연소실 내의 상기 텀블류의 강도를 변화시키고, 상기 텀블 제어 밸브의 상승각이 클수록 상기 텀블류가 강해지도록 구성되며,
    상기 제어 파라미터는, 상기 성층 연소 운전 시의 상기 텀블 제어 밸브의 상기 상승각이고,
    상기 전자 제어 유닛은, 상기 다기통 엔진의 제어 파라미터값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 복수의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 교축부의 거리가 짧은 기통의 상기 상승각은, 상기 교축부의 거리가 긴 기통의 상기 상승각보다도 크게 설정되도록 구성되는, 다기통 엔진.
  6. 다기통 엔진이며,
    상기 다기통 엔진의 각 기통에 접속되어 교축부를 스로트에 갖고, 상기 다기통 엔진의 상기 각 기통의 연소실에 텀블류가 발생하고, 상기 교축부와 상기 다기통 엔진의 실린더 헤드 하면과의 거리는 상기 각 기통 간에서 변동이 있도록 구성된, 복수의 흡기 포트와,
    상기 다기통 엔진의 균질 연소 운전 시의 점화 타이밍의 값이 기통마다 별도로 초기 설정되고, 상기 복수의 기통 중 임의의 2개의 기통의 비교에 있어서, 상기 교축부의 거리가 짧은 기통의 상기 균질 연소 운전 시의 상기 점화 타이밍은, 상기 교축부의 거리가 긴 기통의 상기 균질 연소 운전 시의 상기 점화 타이밍보다도 진각측에 설정되도록 구성된, 전자 제어 유닛을
    포함하는, 다기통 엔진.
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