KR20170142112A - 내연 기관 및 내연 기관의 제어 방법 - Google Patents

내연 기관 및 내연 기관의 제어 방법 Download PDF

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요시히로 오카다
후미츠구 츠루
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

내연 기관(100)의 전자 제어 유닛(200)은 연료 분사 밸브(20)를 제어함과 함께 필요에 따라 점화 플러그(16)를 제어하고, 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소 또는 화염 전파 연소시키도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 전환 고장이 발생되지 않은 때는, 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 연소실(11) 내에 균일하게 확산된 연료를 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 균질 연소가 실시되도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 제2 운전 영역 내에 있어서, 연료 분사 경로 상의 연료를 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성된다.

Description

내연 기관 및 내연 기관의 제어 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CONTROL METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관 및 내연 기관의 제어 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2011-214477에는, 배기 밸브의 리프트 특성을, 당해 배기 밸브를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 제1 리프트 특성과, 당해 배기 밸브를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 제2 리프트 특성으로 전환 가능한 특성 전환 기구를 구비하는 내연 기관이 개시되어 있다. 또한 일본 특허 공개 제2011-214477에는, 연료를 화염 전파 연소시키는 운전 영역에서 배기 밸브의 리프트 특성을 제1 리프트 특성으로 전환하고, 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 운전 영역에서 배기 밸브의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환하도록 구성되는 내연 기관의 제어 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 공개 제2011-214477에서는, 이렇게 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 운전 영역에서 배기 밸브를 흡기 행정중에 다시 밸브 개방함으로써 배기 행정중에 자 기통으로부터 배출된 고온의 배기를 직후의 흡기 행정중에 자 기통에 다시 흡인하고, 예비 혼합 압축 자착화 연소를 실시 가능한 온도까지 통 내 온도를 상승시키고 있다.
그러나, 전술한 일본 특허 공개 제2011-214477의 것은, 특성 전환 기구가 고장난 경우를 고려하고 있지 않았다. 그로 인해, 어떠한 요인에 의해 특성 전환 기구가 고장나서, 배기 밸브의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로부터 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되면, 연료를 화염 전파 연소시키는 운전 영역에서도 고온의 배기가 기통 내에 다시 흡인되게 된다. 그로 인해, 연료를 화염 전파 연소시키는 운전 영역에서는 통 내 온도가 너무 높아져버려, 프리이그니션이나 노킹 등의 이상 연소가 발생할 우려가 있었다.
본 발명은 특성 전환 기구가 고장난 경우의 이상 연소의 발생을 억제한다.
본 발명의 제1 형태는, 내연 기관이다. 상기 내연 기관은, 기관 본체와, 연료 분사 밸브와, 점화 플러그와, 특성 전환 기구와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 연료 분사 밸브는, 상기 내연 기관의 상기 연소실에 직접 연료를 분사하도록 구성된다. 상기 점화 플러그의 전극부는, 연료 분사 경로 내와 연료 분사 경로 근방 중 어느 한쪽에 배치된다. 상기 특성 전환 기구는, 제1 리프트 특성과, 제2 리프트 특성을 전환하도록 구성된다. 상기 제1 리프트 특성은, 상기 배기 밸브를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브의 리프트 특성이다. 상기 제2 리프트 특성은, 상기 배기 밸브를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브의 리프트 특성이다. 상기 전자 제어 유닛은, 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소와 화염 전파 연소 중 어느 한쪽의 연소를 실시하도록 상기 연료 분사 밸브와 상기 점화 플러그를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 제어 유닛은, 소정의 제1 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구에 의해 상기 제2 리프트 특성으로 전환하도록 구성된다. 상기 소정의 제1 운전 영역은, 압축 자착화 운전 영역의 적어도 일부를 포함한다. 상기 압축 자착화 운전 영역은, 상기 연료를 상기 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 영역이다. 상기 전자 제어 유닛은, 소정의 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구에 의해 상기 제1 리프트 특성으로 전환하도록 구성된다. 상기 소정의 제2 운전 영역은, 불꽃 점화 운전 영역을 적어도 포함한다. 상기 불꽃 점화 운전 영역은, 상기 연료를 화염 전파 연소시키는 영역이다. 상기 전자 제어 유닛은, 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정하도록 구성된다. 상기 전환 고장은, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구에 의해 상기 제2 리프트 특성으로부터 상기 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장이다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생되지 않았다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 균질 연소를 실시하도록 구성된다. 상기 균질 연소는, 상기 연소실 내에 균일하게 확산된 연료를 상기 점화 플러그에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성된다. 상기 스프레이 가이드 성층 연소는, 상기 연료 분사 경로 상의 연료를 상기 점화 플러그에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다.
상기 구성에 의하면, 특성 전환 기구가 고장난 경우의 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관은 흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브를 더 포함해도 된다. 또한, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 스로틀 밸브의 개방도를 기관 부하에 따른 목표 개방도로 제어하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 스로틀 밸브의 개방도를, 최대 개방도와 상기 목표 개방도보다도 큰 개방도 중 어느 한쪽 개방도가 되게 제어하도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 기관 부하에 기초하여 스로틀 개방도를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하고 있는 제2 운전 영역에서, 흡기 행정중에 흡기 포트를 통하여 새로운 공기로서 연소실에 도입되는 흡입 공기량을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 제2 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브가 개방되었다고 해도, 흡입 공기량이 증가하는 분만큼, 배기 포트를 통하여 연소실 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있으므로, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 그 결과, 통 내 온도의 상승을 억제할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있고, 또한 내부 EGR 가스량도 감소되므로 실화의 발생을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관은, 배기 통로에 설치된 배기 터보 과급기와, 배기 조절기를 더 포함해도 된다. 상기 배기 조절기는, 상기 배기 터보 과급기의 터빈에 유입되는 배기의 유량을 조절하도록 구성되어도 된다. 상기 배기 조절기는 웨이스트 게이트 밸브와 가변 노즐 중 어느 한쪽이어도 된다. 또한, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 배기 조정기의 개방도를, 기관 부하에 따른 목표 개방도로 제어하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 조절기의 개방도를, 최대 개방도와 상기 목표 개방도보다도 큰 개방도 중 어느 한쪽이 되게 제어하도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 기관 부하에 기초하여 웨이스트 게이트 밸브를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하여 과급압을 제어하고 있는 제2 운전 영역에서, 배기 행정중에 연소실로부터 배출된 배기 중, 배기 포트나 배기 매니폴드에 머물러 있는 배기의 비율을 적게 할 수 있다. 그로 인해, 과급 SI 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브가 개방되었다고 해도, 흡기 행정중에 배기 포트를 통하여 연소실 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있으므로, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 그 결과, 통 내 온도의 상승을 억제할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있고, 또한 내부 EGR 가스량도 감소되므로 실화의 발생을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관은, 가변 배기 위상 기구를 더 포함해도 된다. 상기 가변 배기 위상 기구는, 배기 위상을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 배기 위상은, 크랭크 샤프트에 대한 배기 캠 샤프트의 위상이어도 된다. 또한, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 흡기 행정중에 있어서의 상기 배기 밸브의 밸브 개방 시기가, 소정 시기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 소정 시기는, 흡기 행정중에 있어서의 상기 연소실의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기여도 된다. 상기 구성에 의하면, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기를, 연소실의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어한다. 그에 의해, 연소실의 용적 변화율이 상대적으로 커지는 시기로 제어하는 경우보다도, 흡기 행정중에 배기 포트를 통하여 연소실 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있어서, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 초기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 구성에 의하면, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 초기로 되도록 배기 위상을 변경함으로써, 흡기 행정중에 통 내 가스가 기통의 내벽면과의 열교환에 의해 냉각되는 기간을 길게 취할 수 있으므로, 통 내 온도의 상승을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에 이상 연소를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 후기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 구성에 의하면, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 후기로 되도록 배기 위상을 변경함으로써, 어느 정도의 공기(새로운 공기)가 기통 내에 흡입된 후에 배기가 다시 흡인되게 되기 때문에, 내부 EGR 가스량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다. 그로 인해, 실화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 내연 기관은 흡기 위상 기구를 더 포함한다. 상기 흡기 위상 기구는, 흡기 위상을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 흡기 위상은, 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트의 위상이다. 또한 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단하는 경우에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서 상기 흡기 위상을 변경하고, 흡기 밸브의 밸브 폐쇄 시기를 다음 제어 중 어느 한쪽을 제어하도록 구성되어도 된다: (i) 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때와 비교하여 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 진각(進角)하고, (ii) 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때와 비교하여 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 지각(遲角)한다. 이에 의해, 통상시와 비교하여 통 내 온도(압축단 온도)를 저하시킬 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 전체 운전 영역에서 상기 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성된다. 상기 구성에 의하면, 운전 모드의 전환에 의해 연소가 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장이 발생했는지 여부를 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에서 판정하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 전환 고장의 발생 후에 기관 운전 상태가 상기 제2 운전 영역 내로부터 상기 제1 운전 영역 내로 이행했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 소정 영역 내에서의 운전을 금지하고, 상기 제1 운전 영역 내에서 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키도록 구성되어도 된다. 상기 소정 영역은 적어도 상기 제1 운전 영역보다도 고부하측의 상기 제2 운전 영역과, 상기 제1 운전 영역보다도 고회전측의 상기 제2 운전 영역 중 어느 한쪽이어도 된다. 상기 구성에 의하면, 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때에, 통상시에 배기 밸브의 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서 내연 기관의 운전을 행함으로써 발생하는 이상 연소 등의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 내연 기관의 제어 방법이다. 상기 내연 기관은, 기관 본체와, 연료 분사 밸브와, 점화 플러그와, 특성 전환 기구와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 연료 분사 밸브는, 상기 내연 기관의 상기 연소실에 직접 연료를 분사하도록 구성된다. 상기 점화 플러그의 전극부는, 연료 분사 경로 내와 연료 분사 경로 근방 중 어느 한쪽에 배치된다. 상기 특성 전환 기구는, 제1 리프트 특성과, 제2 리프트 특성을 전환하도록 구성된다. 상기 제1 리프트 특성은, 상기 배기 밸브를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브의 리프트 특성이다. 상기 제2 리프트 특성은, 상기 배기 밸브를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브의 리프트 특성이다. 상기 제어 방법은, 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소와 화염 전파 연소 중 어느 한쪽의 연소를 실시하도록 상기 연료 분사 밸브와 상기 점화 플러그를 상기 전자 제어 유닛에 의해 제어하는 것; 소정의 제1 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛에 의해 상기 제2 리프트 특성으로 전환하는 것; 소정의 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛에 의해 상기 제1 리프트 특성으로 전환하는 것; 전환 고장이 발생했는지 여부를 상기 전자 제어 유닛에 의해 판정하는 것; 상기 전환 고장이 발생되지 않았다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 균질 연소를 상기 전자 제어 유닛에 의해 실시하는 것; 및 상기 전환 고장이 발생했다고 상기 전자 제어 유닛이 판단할 때는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 스프레이 가이드 성층 연소를 상기 전자 제어 유닛에 의해 실시하는 것을 포함한다. 상기 소정의 제1 운전 영역은, 압축 자착화 운전 영역의 적어도 일부를 포함한다. 상기 압축 자착화 운전 영역은, 상기 연료를 상기 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 영역이다. 상기 소정의 제2 운전 영역은, 불꽃 점화 운전 영역을 적어도 포함한다. 상기 불꽃 점화 운전 영역은, 상기 연료를 화염 전파 연소시키는 영역이다. 상기 전환 고장은, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛에 의해 상기 제2 리프트 특성으로부터 상기 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장이다. 상기 균질 연소는, 상기 연소실 내에 균일하게 확산된 연료를 상기 점화 플러그에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다. 상기 스프레이 가이드 성층 연소는, 상기 연료 분사 경로 상의 연료를 상기 점화 플러그에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다.
상기 구성에 의하면, 특성 전환 기구가 고장난 경우의 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 내연 기관 및 내연 기관을 제어하는 전자 제어 유닛의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 내연 기관의 기관 본체의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 흡기동 밸브 장치의 개략 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가변 흡기 위상 기구의 개략 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 배기동 밸브 장치의 개략 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 특성 전환 기구의 개략 단면도이다.
도 7은, 기관 본체의 운전 영역을 도시하는 도면이다.
도 8a는, SI 운전 모드중에 있어서의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 개방 동작의 일례를 도시한 도면이다.
도 8b는, CI 운전 모드중에 있어서의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 개방 동작의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는, 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정하기 위한 전환 고장 판정 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 10은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 11은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 12는, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다.
도 13은, 흡기 행정중에 배기 밸브가 밸브 개방되는 시기를, 흡기 행정의 초기, 중기, 및 후기로 제어한 경우에 있어서의 내부 EGR 가스량과 압축단 온도를 각각 비교하여 도시한 도면이다.
도 14는, 가변 배기 위상 기구에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각 또는 지각시켜서, 흡기 행정중에 배기 밸브가 밸브 개방되는 시기를, 흡기 행정의 초기, 중기, 및 후기로 제어한 경우의 예를 도시한 도면이다.
도 15는, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 16은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다.
도 17은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 18은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다.
도 19는, 전환 고장이 발생한 경우의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 개방 시기의 일례를 도시한 도면이다.
도 20은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
도 21은, 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 22는, 전환 고장이 발생한 경우의 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 내연 기관(100) 및 내연 기관(100)을 제어하는 전자 제어 유닛(200)의 개략 구성도이다. 도 2는, 내연 기관(100)의 기관 본체(1)의 단면도이다.
내연 기관(100)은 복수의 기통(10)을 구비하는 기관 본체(1)와, 연료 공급 장치(2)와, 흡기 장치(3)와, 배기 장치(4)와, 흡기동 밸브 장치(5)와, 배기동 밸브 장치(6)를 구비한다.
기관 본체(1)는 각 기통(10)에 형성되는 연소실(11) 내(도 2 참조)에서 연료를 연소시켜서, 예를 들어 차량 등을 구동하기 위한 동력을 발생시킨다. 기관 본체(1)에는, 기통마다 하나의 점화 플러그(16)가 각 기통(10)의 연소실(11)에 면하도록 설치된다. 또한 기관 본체(1)에는, 기통마다 한 쌍의 흡기 밸브(50)와 한 쌍의 배기 밸브(60)가 설치된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 각 기통(10)의 내부에는, 연소 압력을 받아서 각 기통(10)의 내부를 왕복 운동하는 피스톤(12)을 수용할 수 있다. 피스톤(12)은 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트와 연결되어 있고, 크랭크 샤프트에 의해 피스톤(12)의 왕복 운동이 회전 운동으로 변환된다.
연료 공급 장치(2)는 전자 제어식의 연료 분사 밸브(20)와, 딜리버리 파이프(21)와, 서플라이 펌프(22)와, 연료 탱크(23)와, 압송 파이프(24)를 구비한다.
연료 분사 밸브(20)는 연소실(11)의 중앙 정상부에 배치되고, 각 기통(10)의 연소실(11)에 면하도록 각 기통(10)에 1개 설치된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 후술하는 스프레이 가이드 성층 연소를 실시할 수 있도록, 점화 플러그(16)의 전극부(16a)가 연료 분사 밸브(20)의 연료 분사 영역 R 내 또는 연료 분사 영역 R의 근방에 위치하도록, 점화 플러그(16)에 인접하여 연료 분사 밸브(20)가 배치된다. 연료 분사 밸브(20)의 밸브 개방 시간(분사량) 및 밸브 개방 시기(분사 시기)는 전자 제어 유닛(200)으로부터의 제어 신호에 의해 변경되고, 연료 분사 밸브(20)가 밸브 개방되면 연료 분사 밸브(20)로부터 연소실(11) 내에 직접 연료가 분사된다.
딜리버리 파이프(21)는 압송 파이프(24)를 통하여 연료 탱크(23)에 접속된다. 압송 파이프(24)의 도중에는, 연료 탱크(23)에 저장된 연료를 가압하여 딜리버리 파이프(21)에 공급하기 위한 서플라이 펌프(22)가 설치된다. 딜리버리 파이프(21)는 서플라이 펌프(22)로부터 압송되어 온 고압 연료를 일시적으로 저장한다. 연료 분사 밸브(20)가 밸브 개방되면, 딜리버리 파이프(21)에 저장된 고압 연료가 연료 분사 밸브(20)로부터 연소실(11) 내에 직접 분사된다. 딜리버리 파이프(21)에는, 딜리버리 파이프(21) 내의 연료 압력, 즉 연료 분사 밸브(20)로부터 기통 내에 분사되는 연료의 압력(분사압)을 검출하기 위한 연료압 센서(211)가 설치된다.
서플라이 펌프(22)는 토출량을 변경할 수 있도록 구성되어 있고, 서플라이 펌프(22)의 토출량은, 전자 제어 유닛(200)으로부터의 제어 신호에 의해 변경된다. 서플라이 펌프(22)의 토출량을 제어함으로써, 딜리버리 파이프(21) 내의 연료 압력, 즉 연료 분사 밸브(20)의 분사압이 제어된다.
흡기 장치(3)는 연소실(11) 내에 흡기를 유도하기 위한 장치이며, 연소실(11) 내에 흡입되는 흡기의 상태(흡기압, 흡기온, 외부 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 가스량)을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 흡기 장치(3)는 흡기 통로(30)와, 흡기 매니폴드(31)와, EGR 통로(32)를 구비한다.
흡기 통로(30)는 일단부가 에어 클리너(34)에 접속되고, 타단부가 흡기 매니폴드(31)의 흡기 콜렉터(31a)에 접속된다. 흡기 통로(30)에는, 상류부터 순서대로 에어플로우 미터(212), 배기 터보 과급기(7)의 컴프레서(71), 인터쿨러(35) 및 스로틀 밸브(36)가 설치된다.
에어플로우 미터(212)는 흡기 통로(30) 내에 흘러서 최종적으로 각 기통(10) 내에 흡입되는 공기의 유량(이하 「실흡입 공기량」이라고 한다.)을 검출한다.
컴프레서(71)는 컴프레서 하우징(71a)과, 컴프레서 하우징(71a) 내에 배치된 컴프레서 휠(71b)을 구비한다. 컴프레서 휠(71b)은, 동축 상에 설치된 배기 터보 과급기(7)의 터빈 휠(72b)에 의해 회전 구동되어, 컴프레서 하우징(71a) 내에 유입되어 온 흡기를 압축하여 토출한다.
인터쿨러(35)는 컴프레서(71)에 의해 압축되어서 고온이 된 흡기를, 예를 들어 주행풍이나 냉각수 등에 의해 냉각하기 위한 열교환기이다.
스로틀 밸브(36)는 흡기 통로(30)의 통로 단면적을 변화시킴으로써, 흡기 매니폴드(31)에 도입하는 흡기량을 조정한다. 스로틀 밸브(36)는 스로틀 액추에이터(36a)에 의해 개폐 구동되고, 스로틀 센서(213)에 의해 그 개방도(스로틀 개방도)가 검출된다.
흡기 매니폴드(31)는 기관 본체(1)에 형성된 흡기 포트(14)(도 2 참조)에 접속되어 있고, 흡기 통로(30)로부터 유입되어 온 흡기를, 흡기 포트(14)를 통하여 각 기통(10)에 균등하게 분배한다. 흡기 매니폴드(31)의 흡기 콜렉터(31a)에는, 통 내에 흡입되는 흡기의 압력(흡기압)을 검출하기 위한 흡기압 센서(214)와, 통 내에 흡입되는 흡기의 온도(흡기온)를 검출하기 위한 흡기온 센서(215)가 설치된다.
EGR 통로(32)는 배기 매니폴드(41)와 흡기 매니폴드(31)의 흡기 콜렉터(31a)를 연통하여, 각 기통(10)으로부터 배출된 배기의 일부를 압력차에 의해 흡기 콜렉터(31a)로 되돌리기 위한 통로이다. 이하, EGR 통로(32)에 유입된 배기를 「외부 EGR 가스」라고 한다. 외부 EGR 가스를 흡기 콜렉터(31a), 나아가서는 각 기통(10)에 환류시킴으로써, 연소 온도를 저감시켜서 질소산화물(NOx)의 배출을 억제할 수 있다. EGR 통로(32)에는, 상류부터 순서대로 EGR 쿨러(37)와, EGR 밸브(38)가 설치된다.
EGR 쿨러(37)는 외부 EGR 가스를, 예를 들어 주행풍이나 냉각수 등에 의해 냉각하기 위한 열교환기이다.
EGR 밸브(38)는 연속적 또는 단계적으로 개방도를 조정할 수 있는 전자기 밸브이며, 그 개방도는 기관 운전 상태에 따라서 전자 제어 유닛(200)에 의해 제어된다. EGR 밸브(38)의 개방도를 제어함으로써, 흡기 콜렉터(31a)에 환류시키는 외부 EGR 가스의 유량이 조절된다.
배기 장치(4)는 통 내에서 배기를 배출하기 위한 장치이며, 배기 매니폴드(41)와, 배기 통로(42)와, 배기 후 처리 장치(43)와, 배기 바이패스 통로(44)를 구비한다.
배기 매니폴드(41)는 기관 본체(1)에 형성된 배기 포트(15)에 접속되어 있고, 각 기통(10)으로부터 배출된 배기를 통합하여 배기 통로(42)에 도입한다.
배기 통로(42)에는, 상류부터 순서대로 배기 터보 과급기(7)의 터빈(72)과, 배기 후 처리 장치(43)가 설치된다.
터빈(72)은 터빈 하우징(72a)과, 터빈 하우징(72a) 내에 배치된 터빈 휠(72b)을 구비한다. 터빈 휠(72b)은 터빈 하우징(72a) 내에 유입되어 온 배기의 에너지에 의해 회전 구동되어, 동축 상에 설치된 컴프레서 휠(71b)을 구동한다.
배기 후 처리 장치(43)는 배기를 정화한 뒤에 외기로 배출하기 위한 장치이며, 유해 물질을 정화하는 각종 배기 정화 촉매나 유해 물질을 포집하는 필터 등을 구비한다.
배기 바이패스 통로(44)는 터빈(72)을 우회하도록 터빈(72)의 상류측의 배기 통로(42)와 하류측의 배기 통로(42)에 접속되는 통로이다.
배기 바이패스 통로(44)에는, 웨이스트 게이트 액추에이터(도시하지 않음)에 의해 구동되어서, 배기 바이패스 통로(44)의 통로 단면적을 연속적 또는 단계적으로 조절할 수 있는 웨이스트 게이트 밸브(45)가 설치된다. 웨이스트 게이트 밸브(45)가 개방되면, 터빈(72)의 상류측의 배기 통로(42)에 흘러 온 배기의 일부 또는 전부가 배기 바이패스 통로(44)에 유입되고, 터빈(72)을 우회하여 외기로 배출된다. 그로 인해, 웨이스트 게이트 밸브(45)의 개방도(이하 「웨이스트 게이트 개방도」라고 한다.)를 조절함으로써, 터빈(72)에 유입되는 배기의 유량을 조절하여, 터빈(72)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 즉, 웨이스트 게이트 개방도를 조절함으로써, 컴프레서(71)에 의해 압축되는 공기의 압력(과급압)을 제어할 수 있다.
흡기동 밸브 장치(5)는 각 기통(10)의 흡기 밸브(50)를 개폐 구동하기 위한 장치이며, 기관 본체(1)에 설치된다. 본 실시 형태에 따른 흡기동 밸브 장치(5)는 각 기통(10)의 흡기 밸브(50)를 흡기 행정중에 밸브 개방시킬 수 있도록 구성된다. 흡기동 밸브 장치(5)가 상세한 구성에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.
배기동 밸브 장치(6)는 각 기통(10)의 배기 밸브(60)를 개폐 구동하기 위한 장치이며, 기관 본체(1)에 설치된다. 본 실시 형태에 따른 배기동 밸브 장치(6)는 각 기통(10)의 배기 밸브(60)를 배기 행정중에 밸브 개방시킴과 함께, 필요에 따라 흡기 행정중에도 밸브 개방시킬 수 있도록 구성된다. 배기동 밸브 장치(6)의 상세한 구성에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 후술한다.
전자 제어 유닛(200)은 디지털 컴퓨터로부터 구성되고, 양쪽성 버스(201)에 의해 서로 접속된 ROM(리드 온리 메모리)(202), RAM(랜덤 액세스 메모리)(203), CPU(마이크로프로세서)(204), 입력 포트(205) 및 출력 포트(206)를 구비한다.
입력 포트(205)에는, 전술한 연료압 센서(211) 등의 출력 신호가, 대응하는 각 AD 변환기(207)를 통하여 입력된다. 또한 입력 포트(205)에는, 기관 부하를 검출하기 위한 신호로서, 액셀러레이터 페달(220)의 답입량(이하 「액셀러레이터 답입량」이라고 한다.)에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(217)의 출력 전압이, 대응하는 AD 변환기(207)를 통하여 입력된다. 또한 입력 포트(205)에는, 기관 회전 속도 등을 산출하기 위한 신호로서, 기관 본체(1)의 크랭크 샤프트가 예를 들어 15° 회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(218)의 출력 신호가 입력된다. 이렇게 입력 포트(205)에는, 내연 기관(100)을 제어하기 위하여 필요한 각종 센서의 출력 신호가 입력된다.
출력 포트(206)는 대응하는 구동 회로(208)를 통하여, 연료 분사 밸브(20) 등의 각 제어 부품에 접속된다.
전자 제어 유닛(200)은 입력 포트(205)에 입력된 각종 센서의 출력 신호에 기초하여, 각 제어 부품을 제어하기 위한 제어 신호를 출력 포트(206)로부터 출력하여 내연 기관(100)을 제어한다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 흡기동 밸브 장치(5)의 개략 사시도이다.
흡기동 밸브 장치(5)는 기통 열방향으로 연장되는 흡기 캠 샤프트(51)와, 흡기 밸브(50)를 구동하기 위한 흡기 밸브 구동 기구(52)와, 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트(51)의 위상(이하 「흡기 위상」이라고 한다.)을 변화시키기 위한 가변 흡기 위상 기구(53)를 구비한다.
흡기 캠 샤프트(51)는 기관 본체(1)에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록, 기관 본체(1)에 설치된다. 흡기 캠 샤프트(51)는 그 일단부에 설치된 스프로킷(55)을 통하여, 벨트나 체인으로 크랭크 샤프트와 연계되어 있어, 크랭크 샤프트와 연동하여 축 주위로 회전한다. 흡기 캠 샤프트(51)에는, 흡기 캠 샤프트(51)와 일체로 되어서 회전하는 흡기 캠(54)이 기통마다 1개 고정되어 있다.
흡기 밸브 구동 기구(52)는 흡기 지지 샤프트(521)와, Y자형 로커 아암(522)을 구비한다.
흡기 지지 샤프트(521)는 흡기 캠 샤프트(51)의 하방에 배치됨과 함께 흡기 캠 샤프트(51)와 평행하게 기통 열방향으로 연장되어 있고, 기관 본체(1)에 고정 지지되어 있다.
Y자형 로커 아암(522)은 그 선단측이 두갈래로 나누어져 있고, 흡기 지지 샤프트(521)의 축심을 중심으로 하여 소정의 회전 범위에서 요동(상하 이동)시킬 수 있도록, 그 기단부측에 흡기 지지 샤프트(521)가 삽입되어 있다. 그리고, 두갈래로 나뉘어진 Y자형 로커 아암(522)의 선단부에, 흡기 밸브(50)의 스템부(50a)가 고정되어 있다. 또한 Y자형 로커 아암(522)은 그 중앙부에 흡기 캠(54)이 미끄럼 접촉하는 니들 롤러(522a)를 구비하고 있고, 흡기 캠 샤프트(51)가 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하면, 니들 롤러(522a)가 흡기 캠(54)에 의해 눌려 내려진다. 이에 의해, Y자형 로커 아암(522)이 흡기 지지 샤프트(521)의 축심을 중심으로 하여 소정의 회전 범위에서 요동하고, 흡기 밸브(50)가 밸브 개방된다.
가변 흡기 위상 기구(53)는 흡기 캠 샤프트(51)의 일단부에 설치된다. 가변 흡기 위상 기구(53)에 대해서는, 다시 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는, 가변 흡기 위상 기구(53)의 개략 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 가변 흡기 위상 기구(53)는 원통형 하우징(531)과, 회전축(532)과, 복수개의 구획벽(533)과, 베인(534)과, 진각용 유압실(535)과 지각용 유압실(536)과, 작동유 공급 제어 밸브(56)를 구비한다. 원통형 하우징(531)은 스프로킷(55)과 함께 회전한다. 회전축(532)은 흡기 캠 샤프트(51)와 일체로 회전하고 또한 원통형 하우징(531)에 대하여 상대 회전 가능하다. 복수개의 구획벽(533)은 원통형 하우징(531)의 내주면으로부터 회전축(532)의 외주면까지 연장된다. 베인(534)은 각 구획벽(533)의 사이에 회전축(532)의 외주면으로부터 원통형 하우징(531)의 내주면까지 연장된다. 진각용 유압실(535)과 지각용 유압실(536)은 각 베인(534)의 양측에 각각 형성된다. 작동유 공급 제어 밸브(56)는 진각용 유압실(535) 및 지각용 유압실(536)에 대하여 작동유의 급배 제어를 행한다.
작동유 공급 제어 밸브(56)는 진각용 유압실(535)에 연결된 진각용 유압 포트(561)와, 지각용 유압실(536)에 연결된 지각용 유압 포트(562)와, 유압 펌프(57)로부터 토출된 작동유가 공급되는 공급 포트(563)와, 제1 드레인 포트(564)와, 제2 드레인 포트(565)와, 각 포트(진각용 유압 포트(561), 지각용 유압 포트(562), 공급 포트(563), 제1 드레인 포트(564), 및 제2 드레인 포트(565)) 간의 연통 차단 제어를 행하는 스풀 밸브(566)를 구비한다.
흡기 위상을 진각해야할 때는, 도 4에 있어서 스풀 밸브(566)가 우측 방향으로 이동시켜져서, 공급 포트(563)로부터 공급된 작동유가 진각용 유압 포트(561)를 통하여 진각용 유압실(535)에 공급된다. 또한, 지각용 유압실(536) 내의 작동유가 제2 드레인 포트(565)로부터 배출된다. 이때 회전축(532)은 원통형 하우징(531)에 대하여 화살표 방향으로 상대 회전하게 한다.
이에 반해, 흡기 위상을 지각해야할 때는, 도 4에 있어서 스풀 밸브(566)가 좌측 방향으로 이동시켜져서, 공급 포트(563)로부터 공급된 작동유가 지각용 유압 포트(562)를 통하여 지각용 유압실(536)에 공급된다. 또한, 진각용 유압실(535) 내의 작동유가 제1 드레인 포트(564)로부터 배출된다. 이때 회전축(532)은 원통형 하우징(531)에 대하여 화살표와 반대 방향으로 상대 회전하게 한다.
회전축(532)이 원통형 하우징(531)에 대하여 상대 회전시켜지고 있을 때에 스풀 밸브(566)가 도 4에 도시되는 중립 위치로 복귀시켜지면 회전축(532)의 상대 회전 동작은 정지시켜져, 회전축(532)은 그때의 상대 회전 위치로 유지된다. 이와 같이 하여, 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 위상을 원하는 양만큼 진각 또는 지각시킬 수 있다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 배기동 밸브 장치(6)의 개략 사시도이다.
배기동 밸브 장치(6)는 기통 열방향으로 연장되는 배기 캠 샤프트(61)와, 배기 밸브(60)를 구동하기 위한 배기 밸브 구동 기구(62)와, 크랭크 샤프트에 대한 배기 캠 샤프트(61)의 위상(이하 「배기 위상」이라고 한다.)을 변화시키기 위한 가변 배기 위상 기구(63)와, 배기 밸브(60)의 리프트 특성을, 배기 밸브(60)를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 제1 리프트 특성과, 배기 밸브(60)를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 제2 리프트 특성으로 전환 가능한 특성 전환 기구(64)를 구비한다.
배기 캠 샤프트(61)는 기관 본체(1)에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록, 기관 본체(1)에 설치된다. 배기 캠 샤프트(61)는 그 일단부에 설치된 스프로킷(67)을 통하여, 벨트나 체인으로 크랭크 샤프트와 연계되어 있어, 크랭크 샤프트와 연동하여 축 주위로 회전한다.
배기 캠 샤프트(61)에는, 배기 캠 샤프트(61)와 일체로 되어서 회전하는 제1 배기 캠(65) 및 제2 배기 캠(66)이 기통마다 1조 고정되어 있다. 제1 배기 캠(65)은 각 기통(10)의 배기 밸브(60)를 배기 행정에서 밸브 개방시키기 위한 캠이다. 제2 배기 캠(66)은 각 기통(10)의 배기 밸브(60)를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키기 위한 캠이다. 제2 배기 캠(66)은 배기 밸브(60)를 배기 행정에 밸브 개방하기 위한 캠산(66a)과, 배기 밸브(60)를 흡기 행정에 밸브 개방하기 위한 캠산(66b)을 구비한다. 제2 배기 캠(66)의 캠산(66a)과 캠산(66b)은, 배기 행정에 있어서의 배기 밸브(60)의 리프트량에 대하여 흡기 행정에 있어서의 배기 밸브(60)의 리프트량이 작아지도록 형성되어 있다.
배기 밸브 구동 기구(62)는 배기 지지 샤프트(621)와, Y자형 로커 아암(622)을 구비한다.
배기 지지 샤프트(621)는 배기 캠 샤프트(61)의 하방에 배치됨과 함께 배기 캠 샤프트(61)와 평행하게 기통 열방향으로 연장되어 있고, 기관 본체(1)에 고정 지지되어 있다.
Y자형 로커 아암(622)은 그 선단측이 두갈래로 나누어져 있고, 배기 지지 샤프트(621)의 축심을 중심으로 하여 소정의 회전 범위에서 요동시킬 수 있도록, 그 기단부측에 배기 지지 샤프트(621)가 삽입되어 있다. 그리고, 두갈래로 나뉘어진 Y자형 로커 아암(622)의 선단부에, 배기 밸브(60)의 스템부(60a)가 고정되어 있다. 또한 Y자형 로커 아암(622)은 그 중앙부에, 특성 전환 기구(64)의 전환 상태에 따라서 제1 배기 캠(65) 및 제2 배기 캠(66) 중 어느 한쪽이 미끄럼 접촉하는 니들 롤러(622a)를 구비하고 있고, 배기 캠 샤프트(61)가 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하면, 특성 전환 기구(64)의 전환 상태에 따라서 니들 롤러(522a)가 제1 배기 캠(65) 및 제2 배기 캠(66) 중 어느 한쪽에 의해 눌려 내려간다. 이에 의해, Y자형 로커 아암(622)이 배기 지지 샤프트(621)의 축심을 중심으로 하여 소정의 회전 범위에서 요동하고, 배기 밸브(60)가 밸브 개방된다.
가변 배기 위상 기구(63)는 배기 캠 샤프트(61)의 일단부에 설치된다. 가변 배기 위상 기구(63)의 구성은, 가변 흡기 위상 기구(53)와 동일한 구성이므로, 여기에서는 설명을 생략한다. 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 원하는 양만큼 진각 또는 지각시킬 수 있다.
특성 전환 기구(64)는 배기 캠 샤프트(61)의 타단부에 설치된다. 특성 전환 기구(64)에 대해서는, 또한 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은, 특성 전환 기구(64)의 개략 단면도이다.
특성 전환 기구(64)는 원통형 하우징(641)과, 슬라이더(642)와, 전자석(643)과, 코일 스프링(644)을 구비한다.
원통형 하우징(641)은 배기 캠 샤프트(61)의 타단부측에 설치되고, 그 내부에 슬라이더(642), 전자석(643), 코일 스프링(644), 및 배기 캠 샤프트(61)의 일부를 수용하기 위한 하우징이다.
슬라이더(642)는 배기 캠 샤프트(61)의 타단부에 설치되고, 배기 캠 샤프트(61)와 일체로 되어서 회전한다. 또한 슬라이더(642)는 자성체로 구성되어 있다. 또한, 슬라이더(642)는 전자석(643)에 여자 전류를 흐르게 하였을 때에, 코일 스프링(644)의 스프링력에 저항하여 배기 캠 샤프트(61)와 함께 배기 캠 샤프트(61)의 축방향 일단부측(도면 중 우측)을 향하여 이동할 수 있도록, 원통형 하우징(641)의 내부에 수용되어 있다.
전자석(643)은 슬라이더(642)의 주위에 배치된다. 전자석(643)에 대한 여자 전류의 제어는, 전자 제어 유닛(200)에 의해 행하여진다.
코일 스프링(644)은 자연 길이보다도 짧게 한 상태에서 원통형 하우징(641)의 내부에 배치되고, 슬라이더(642)를 배기 캠 샤프트(61)의 축방향 타단부측(도면 중 좌측)으로 향하여 항상 가압한다.
이하, 전자 제어 유닛(200)이 실시하는 내연 기관(100)의 제어에 대하여 설명한다.
전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태(기관 회전 속도 및 기관 부하)에 기초하여, 기관 본체(1)의 운전 모드를 불꽃 점화 운전 모드(이하 「SI 운전 모드」라고 한다.), 또는 압축 자착화 운전 모드(이하 「CI 운전 모드」라고 한다.) 중 어느 것으로 전환한다.
구체적으로는 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 도 7에 실선으로 둘러싸인 압축 자착화 운전 영역(이하 「CI 운전 영역」이라고 한다.) 내에 있으면, 운전 모드를 CI 운전 모드로 전환한다. 또한, 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 CI 운전 영역 이외의 불꽃 점화 운전 영역(이하 「SI 운전 영역」이라고 한다.) 내에 있으면, 운전 모드를 SI 운전 모드로 전환한다. 그리고 전자 제어 유닛(200)은 각 운전 모드에 따른 기관 본체(1)의 제어를 실시한다.
또한 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 CI 운전 영역 내의 고부하측의 운전 영역에서 과급을 실시함과 함께, SI 운전 영역 내의 고부하측의 운전 영역에서 과급을 실시하고 있다. 이하의 설명에서는, 과급을 실시하는 영역과 실시하지 않는 영역을 특별히 구별할 필요가 있을 때에는, CI 운전 영역 내 및 SI 운전 영역 내에서 과급을 실시하는 운전 영역을, 각각 「과급 CI 운전 영역」 및 「과급 SI 운전 영역」이라고 한다. 또한, CI 운전 영역 내 및 SI 운전 영역 내에서 과급을 실시하지 않는 운전 영역을, 각각 「자연 흡기 CI 운전 영역」 및 「자연 흡기 SI 운전 영역」이라고 한다.
전자 제어 유닛(200)은 운전 모드가 SI 운전 모드인 때에는, 기본적으로 흡기 행정에 연료를 분사함으로써 연소실(11) 내에 이론 공연비 또는 이론 공연비 근방의 균질한 예혼합 기체를 형성하여 점화 플러그(16)에 의한 점화를 행하고, 그 예혼합 기체를 화염 전파 연소시켜서 기관 본체(1)의 운전을 행한다. 즉 전자 제어 유닛(200)은 운전 모드가 SI 운전 모드인 때에는, 연소실(11) 내에 균일하게 확산된 연료를 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 균질 연소를 실시한다.
또한 전자 제어 유닛(200)은 운전 모드가 CI 운전 모드인 때에는, 기본적으로 압축 행정에 연료를 분사하여 연소실(11) 내에 이론 공연비보다도 희박한 공연비(예를 들어 30∼40 정도)의 예혼합 기체를 형성하고, 그 예혼합 기체를 압축 자착화 연소시켜서 기관 본체(1)의 운전을 행한다. 즉, 예비 혼합 압축시 착화 연소는, Premixed Charge Compression Ignition(PCCI)이다.
예비 혼합 압축 자착화 연소는, 화염 전파 연소와 비교하여 공연비를 린으로 해도 실시할 수 있고, 또한 압축비를 높게 해도 실시할 수 있다. 그로 인해, 예비 혼합 압축 자착화 연소를 실시함으로써, 연비를 향상시킬 수 있음과 함께, 열효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 예비 혼합 압축 자착화 연소는, 화염 전파 연소와 비교하여 연소 온도가 낮아지기 때문에, NOx의 발생을 억제할 수 있다. 또한 연료의 둘레에는 충분한 산소가 존재하기 때문에, 미연소 HC의 발생도 억제할 수 있다.
또한, 예비 혼합 압축 자착화 연소를 실시하는 데는, 예혼합 기체를 자착화시키는 것이 가능한 온도까지 통 내 온도를 상승시킬 필요가 있고, SI 운전 모드중과 같이 예혼합 기체를 연소실(11) 내에서 모두 화염 전파 연소시킬 때보다도 통 내 온도를 고온으로 할 필요가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 도 8a에 도시한 바와 같이, SI 운전 모드중에는, 특성 전환 기구(64)에 의해 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제1 리프트 특성으로 전환하고, 배기 밸브(60)가 배기 행정만 밸브 개방하도록 하고 있다.
그리고 도 8b에 도시한 바와 같이, CI 운전 모드중에는, 특성 전환 기구(64)에 의해 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환하고, 배기 밸브(60)가 배기 행정의 이외에 흡기 행정에서도 밸브 개방하도록 하고 있다. 배기 밸브(60)를 흡기 행정중에 다시 밸브 개방하는 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시함으로써, 배기 행정중에 자 기통으로부터 배출된 고온의 배기를 직후의 흡기 행정중에 자 기통에 다시 흡인할 수 있다. CI 운전 모드중에는, 이 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시함으로써 통 내 온도를 상승시키고, 각 기통(10)의 통 내 온도를 예비 혼합 압축 자착화 연소를 실시 가능한 온도로 유지하고 있다. 이하의 설명에서는, 외부 EGR 가스와 구별하기 위해서, 이 배기 밸브 2회 개방 동작에 의해 자 기통에 다시 흡인된 배기를 「내부 EGR 가스」라고 한다.
이렇게 본 실시 형태에서는, 특성 전환 기구(64)에 의해, SI 운전 모드중에는 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제1 리프트 특성으로 전환한다. 또한 특성 전환 기구(64)에 의해, CI 운전 모드중에는 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환하고 있다.
또한 본 실시 형태에서는, CI 운전 모드중에는, CI 운전 영역 내의 전체 운전 영역에서 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환하고 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하고 있지만, CI 운전 영역 내의 고부하측의 운전 영역에서 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하면, 반대로 통 내 온도가 너무 높아지는 경우가 있다. 이러한 경우에는, CI 운전 영역 내의 저중부하측의 일부의 운전 영역에서만 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환하고 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하게 해도 된다. 이하의 설명에서는, 전환 고장이 발생되지 않은 때(이하 「통상시」라고 한다.)에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 운전 영역을, 필요에 따라 「제1 운전 영역」이라고 한다. 한편, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 운전 영역을, 필요에 따라 「제2 운전 영역」이라고 한다. 따라서 본 실시 형태에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 CI 운전 영역 내의 전체 운전 영역이 제1 운전 영역이 되고, SI 운전 영역 내의 전체 운전 영역이 제2 운전 영역이 된다.
여기서, 예를 들어 코일 스프링(644)의 열화 등에 의해, 슬라이더(642)를 배기 캠 샤프트(61)의 축방향 타단부측을 향하여 압박하는 코일 스프링(644)의 스프링력이 약해져버린 경우나, 배선이 쇼트되어버려서, 전자석(643)에 여자 전류가 계속하여 흐르게 되어버린 경우 등, 어떠한 요인에 의해 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제2 리프트 특성으로 전환한 후, 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장(이하 「전환 고장」이라고 한다.)이 특성 전환 기구(64)에 대하여 발생할 우려가 있다.
그리고, 전환 고장이 발생하면, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역에서, 이하와 같은 문제가 발생한다.
즉, 본 실시 형태와 같이 SI 운전 영역 내의 전체 운전 영역이 제2 운전 영역인 경우에는, 전환 고장이 발생하여 SI 운전 모드중에 배기 밸브 2회 개방 동작이 실시되면, 통 내 온도가 너무 높아져버려서, 점화 플러그(16)에 의한 점화 전에 예혼합 기체가 자착화를 일으키는 프리이그니션이 발생할 우려가 있다. 또한 SI 운전 모드중에는, 연소실(11) 내의 전체에 균질한 예혼합 기체를 형성하여 화염 전파 연소시키고 있다. 그로 인해, 통 내 온도가 너무 높아지면, 점화 플러그(16)에 의한 점화 후의 화염 전파중에, 기통(10)의 내벽면의 둘레에 존재하는 미연소 혼합 기체(엔드 가스)가 피스톤(12)이나 기통(10)의 내벽면에 압박되고, 그 엔드 가스가 자착화를 일으키는 노킹이 발생할 우려가 있다.
또한, SI 운전 영역 내의 전체 운전 영역 외에, CI 운전 영역 내의 고부하측의 일부의 운전 영역도 제2 운전 영역이 되어 있는 경우에는, CI 운전 영역 내의 고부하측의 일부의 운전 영역에서 통 내 온도가 너무 높아져버린다. 그로 인해, 예혼합 기체가 통상의 자착화 시기보다도 전에 자착화를 일으키는 조기 자착화가 발생할 우려가 있다.
이와 같이, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역에서 배기 밸브 2회 개방 동작이 실시되면, 프리이그니션이나 노킹, 조기 자착화 등의 이상 연소가 단속적 또는 계속적으로 발생할 우려가 있어, 기관 본체(1)가 열화될 우려가 있다.
또한, 전환 고장이 발생하여 SI 운전 모드중에 배기 밸브 2회 개방 동작이 실시되면, 기통(10) 내에 다량의 배기가 다시 흡인되기 때문에, 예혼합 기체의 균질화가 도모되지 않아 연소가 불안정해지기 쉽고, 예를 들어 화염 전파가 도중에 끊어지거나 하여 실화(miss fire)를 초래할 우려가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에 있을 때에, 운전 모드를 페일 세이프용(퇴피 주행용)의 운전 모드로 전환하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 스프레이 가이드 불꽃 점화 운전 모드(이하 「SGSI 운전 모드」라고 한다.)로 전환하는 것으로 하였다.
SGSI 운전 모드는, 소위 스프레이 가이드에 의해 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방에 성층 혼합 기체를 형성하고, 그 성층 혼합 기체를 화염 전파 연소시키는 성층 연소(이하 「스프레이 가이드 성층 연소」라고 한다.)를 실시하여, 기관 본체(1)의 운전을 행하는 운전 모드이다.
스프레이 가이드란, 가연층과 공기층을 갖는 성층 혼합 기체를 형성하여 성층 연소를 실시하기 위한 방법 하나이며, 성층 혼합 기체를 형성하여 성층 연소를 실시하기 위한 방법으로서는, 스프레이 가이드 이외에도 월 가이드나 에어 가이드 등이 알려져 있다.
월 가이드란, 피스톤관면에 형성된 캐비티를 향하여 연료를 분사하고, 캐비티를 이용하여 연료를 점화 플러그(16)의 근방으로 안내하여 점화 플러그(16)의 근방에 부분적으로 가연층을 형성하여, 성층 혼합 기체를 형성하는 방법이다.
에어 가이드란, 연료 분사 밸브(20)로부터 분사된 연료를, 주로 흡기 밸브(50)가 밸브 개방되었을 때에 연소실(11) 내에 흡입되는 흡기의 가스 유동을 이용하여 점화 플러그(16)의 근방으로 안내하여 점화 플러그(16)의 근방에 가연층을 형성하여, 성층 혼합 기체를 형성하는 방법이다.
이들에 반하여 스프레이 가이드란, 캐비티나 흡기의 가스 유동을 이용하지 않고, 점화 플러그(16)의 전극부(16a)가 연료 분사 밸브(20)의 연료 분사 영역 R 내 또는 연료 분사 영역 R의 근방에 위치하도록 점화 플러그(16)를 배치한다. 그리고, 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방의 공간을 향하여 직접 연료를 분사함으로써, 연료가 연소실(11) 전체로 확산되기 전에 일시적으로 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방에 형성되는 가연층에 의해 성층 혼합 기체를 형성하는 방법이다.
월 가이드나 에어 가이드에 의해 성층 연소를 실시하기 위해서는, 연료 분사 밸브(20)로부터 분사된 연료를, 캐비티나 흡기의 가스 유동을 이용하여 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방까지 안내할 필요가 있다. 그로 인해, 연료를 분사하고 나서 성층 혼합 기체가 형성될 때까지는, 일정한 시간 간격이 필요하게 된다. 따라서, 연료를 분사하고 나서 일정한 시간을 둔 후에 점화를 행할 필요가 있고, 연료 분사 시기와 점화 시기 사이에 일정한 시간 간격이 발생한다. 또한, 피스톤(12)이 소정의 위치에 존재하는 동안이나 흡기의 가스 유동이 감쇠할 때까지의 동안에 연료 분사를 실시할 필요가 있어, 연료 분사 시기가 제한된다.
이들에 반하여 스프레이 가이드 성층 연소는, 캐비티나 흡기의 가스 유동을 이용하지 않고, 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방의 공간을 향하여 직접 연료를 분사한다. 그에 의해, 연료가 연소실(11) 전체로 확산되기 전에 일시적으로 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방에 형성되어 있는 가연층(성층 혼합 기체)에 대하여 점화됨으로써 성층 연소를 행하는 것이다. 그로 인해, 연료 분사 시기가 피스톤 위치 등에 좌우되지 않기 때문에, 성층 혼합 기체를 형성할 수 있는 범위 내에서 연료 분사를 자유로운 시기에 행할 수 있다. 또한, 연소를 분사하고 나서 성층 혼합 기체가 형성될 때까지의 시간 간격이 매우 짧기 때문에, 연료 분사 시기와 거의 같은 시기에 성층 혼합 기체에 점화를 행할 수 있다.
즉 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하는 경우에는, 월 가이드나 에어 가이드에 의해 성층 연소를 실시하는 경우와 비교하여, 성층 혼합 기체를 형성할 수 있는 범위 내에서 연료 분사 시기를 자유롭게 설정할 수 있다. 또한 연료 분사 시기부터 점화 시기까지의 시간 간격을 짧게 할 수 있다.
여기서 연소실(11) 내에 분사된 연료는, 통 내 온도 및 통 내 압력의 상승에 수반하여 단계적으로 여러가지의 화학 반응을 일으켜서 자착화에 이른다. 그로 인해, 연료가 자착화에 이르기까지에는 어느 정도의 시간이 필요해진다.
그로 인해, 전환 고장이 발생한 경우에, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역(본 실시 형태에서는 SI 운전 영역)에 있어서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함으로써, 연료 분사 시기부터 점화 시기까지의 시간 간격을 짧게 할 수 있다. 그로 인해, 자착화에 이르기 전에 점화를 행할 수 있어, 프리이그니션의 발생을 억제할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 스프레이 가이드 성층 연소는, 연료가 연소실(11) 전체로 확산되기 전에 일시적으로 점화 플러그(16)의 전극부(16a)의 근방에 형성되어 있는 가연층(성층 혼합 기체)에 대하여 점화함으로써 성층 연소를 행하는 것이다. 그로 인해, 연소실(11) 내의 중앙부에 가연층을 갖고, 기통(10)의 내벽면의 둘레에 공기층을 갖는 성층 혼합 기체를 형성할 수 있다. 그로 인해, 기통(10)의 내벽면의 둘레에는, 기본적으로 미연소 혼합 기체가 존재하고 있지 않으므로, 노킹의 발생도 억제할 수 있다.
또한, 기통(10) 내에 다량의 배기가 다시 흡인되어서 예혼합 기체의 균질화가 도모되지 않고 화염 전파 연소가 불안정해지는 상황 하에 있어서도, 연소실(11) 내에 부분적으로 형성되는 가연층에 대하여 점화를 행하는 성층 연소를 실시함으로써 연소의 안정성을 도모할 수 있다. 그로 인해, 실화의 발생을 억제할 수 있다.
이하, 전자 제어 유닛(200)이 실시하는 각 제어에 대하여 설명한다.
도 9는, 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정하기 위한 전환 고장 판정 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S1에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 크랭크각 센서(218)의 출력 신호에 기초하여 산출된 기관 회전 속도와, 부하 센서(217)에 의해 검출된 기관 부하를 읽어들이고, 기관 운전 상태를 검출한다.
스텝 S2에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 SI 운전 영역 내에 있는지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 SI 운전 영역 내에 있으면, 스텝 S3의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 CI 운전 영역 내에 있으면, 금회의 처리를 종료한다.
스텝 S3에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 에어플로우 미터(212)에 의해 검출된 실흡입 공기량을 읽어들인다.
스텝 S4에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정한다. 구체적으로는 전자 제어 유닛(200)은 기관 부하에 따라서 미리 설정되어 있는 목표 흡입 공기량으로부터, 실흡입 공기량을 감산한 차분값이 소정의 역치 이상이면, 전환 고장이 발생했다고 판정한다. 이러한 방법에 의해 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정할 수 있는 것은, 가령 전환 고장이 발생했다면, 배기 밸브 2회 개방 동작에 의해 흡기 행정중에 다시 흡인되는 배기의 양만큼, 실흡입 공기량이 목표 흡입 공기량보다도 적어지기 때문이다. 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했다면 스텝 S5의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생되지 않았다면 금회의 처리를 종료한다.
또한, 전환 고장이 발생했는지 여부의 판정 방법은, 상기와 같은 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 노크 센서나 통 내압 센서를 구비하고 있는 경우라면, 기관 운전 상태가 CI 운전 영역 내로부터 SI 운전 영역 내로 이행하여 운전 모드를 SI 운전 모드로 전환하고 나서 소정 기간 동안에 노킹이 발생했을 때에, 전환 고장이 발생했다고 판정하도록 해도 된다.
스텝 S5에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 엔진 경고등(MIL)을 점등시켜, 드라이버에 대하여 특성 전환 기구(64)의 수리를 촉구한다.
스텝 S6에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F를 1로 설정한다. 전환 고장 판정 플래그 F는, 초기값이 0으로 설정되어 있는 플래그이며, 전환 고장이 발생했다고 판정되었을 때에 1로 설정되는 플래그이다. 또한, 전환 고장 판정 플래그 F는, 예를 들어 특성 전환 기구(64)의 수리가 종료되었을 때 등에 0으로 되돌려진다.
도 10은, 전환 고장이 발생한 경우의 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S11에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 1로 설정되어 있는지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 1로 설정되어 있으면 스텝 S12의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 0으로 설정되어 있으면 금회의 처리를 종료한다.
스텝 S12에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내(본 실시 형태에서는 CI 운전 영역 내)에 있는지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 제1 운전 영역 내에 있다면 스텝 S13의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 제1 운전 영역 내에 있지 않으면 스텝 S14의 처리로 진행한다.
스텝 S13에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 운전 모드를 CI 운전 모드로 전환하고, 기관 본체(1)의 운전을 행한다.
스텝 S14에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 운전 모드를 SI 운전 모드로 전환하는 것이 아니라 SGSI 운전 모드로 전환하고, 기관 본체(1)의 운전을 행한다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 상기 내연 기관은, 기관 본체(1)와, 연소실(11)과, 연료 분사 밸브(20)와, 점화 플러그(16)와, 특성 전환 기구(64)와, 전자 제어 유닛(200)을 포함한다. 상기 연료 분사 밸브(20)는 상기 연소실(11)에 직접 연료를 분사하도록 구성된다. 상기 점화 플러그(16)의 전극부(16a)는 연료 분사 경로 내와 연료 분사 경로 근방 중 어느 한쪽에 배치된다. 상기 특성 전환 기구(64)는 제1 리프트 특성과, 제2 리프트 특성을 전환하도록 구성된다. 상기 제1 리프트 특성은, 상기 배기 밸브(60)를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이다. 상기 제2 리프트 특성은, 상기 배기 밸브(60)를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소와 화염 전파 연소 중 어느 한쪽의 연소를 실시하도록 상기 연료 분사 밸브(20)와 상기 점화 플러그(16)를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 제어 유닛(200)은 소정의 제1 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구(64)에 의해 상기 제2 리프트 특성으로 전환하도록 구성된다. 상기 소정의 제1 운전 영역은, 압축 자착화 운전 영역의 적어도 일부를 포함한다. 상기 압축 자착화 운전 영역은, 상기 연료를 상기 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 영역이다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 소정의 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구(64)에 의해 상기 제1 리프트 특성으로 전환하도록 구성된다. 상기 소정의 제2 운전 영역은, 불꽃 점화 운전 영역을 적어도 포함한다. 상기 불꽃 점화 운전 영역은, 상기 연료를 화염 전파 연소시키는 영역이다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정하도록 구성된다. 상기 전환 고장은, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구에 의해 상기 제2 리프트 특성으로부터 상기 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장이다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때는, 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 균질 연소를 실시하도록 구성된다. 상기 균질 연소는, 상기 연소실 내에 균일하게 확산된 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다. 상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성된다. 상기 스프레이 가이드 성층 연소는, 상기 연료 분사 경로 상의 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이다.
이렇게 전환 고장이 발생했을 때에, 통상시에는 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 제1 리프트 특성으로 전환하는 제2 운전 영역 내에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함으로써, 연료 분사 시기부터 점화 시기까지의 시간 간격을 짧게 할 수 있다. 그로 인해, 자착화에 이르기 전에 점화를 행할 수 있어, 프리이그니션의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제2 운전 영역에 CI 운전 영역 내의 고부하측의 운전 영역이 포함되어 있는 경우에는, 예혼합 기체가 통상의 자착화 시기보다도 전에 자착화를 일으키는 조기 자착화의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함으로써, 연소실(11) 내의 중앙부에 가연층을 갖고, 기통(10)의 내벽면의 둘레에 공기층을 갖는 성층 혼합 기체를 형성할 수 있다. 그로 인해, 기통(10)의 내벽면의 둘레에는, 기본적으로 미연소 혼합 기체가 존재하고 있지 않으므로, 노킹의 발생도 억제할 수 있다.
또한, 기통(10) 내에 다량의 배기가 다시 흡인되어서 예혼합 기체의 균질화가 도모되지 않고 연소가 불안정해지는 상황 하에 있어서도, 성층 연소를 실시함으로써 연소의 안정성을 도모할 수 있기 때문에, 실화의 발생을 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전환 고장이 발생한 경우에, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역에서, 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환함과 함께, 스로틀 밸브(36) 및 웨이스트 게이트 밸브(45)에 대하여 통상시와는 상이한 제어를 실시하는 것으로 하였다. 이하, 이 상위점을 중심으로 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함으로써, 이상 연소나 실화의 발생을 억제하고 있었다. 그러나, 내부 EGR 가스량이 많아지면, 스프레이 가이드 성층 연소를 실시해도 이상 연소나 실화의 발생을 충분히 억제하지 못하게 될 우려가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내(본 실시 형태에서는 SI 운전 영역 내)에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함과 함께, 아울러 내부 EGR 가스량을 저감하기 위한 제어(이하 「내부 EGR 가스량 저감 제어」라고 한다.)를 실시하는 것으로 하였다.
구체적으로는, 흡기 저항을 낮추어서 흡기 효율을 높이기 위해서, 기관 부하에 관계없이 스로틀 개방도가 최대 개방도로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어하는 것으로 하였다. 이에 의해, 기관 부하에 기초하여 스로틀 개방도를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하고 있는 자연 흡기 SI 운전 영역에서, 흡기 행정중에 흡기 포트(14)를 통하여 새로운 공기로서 연소실(11)에 도입되는 흡입 공기량을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 자연 흡기 SI 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡입 공기량이 증가하는 분만큼, 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있으므로, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 또한 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 과급 SI 운전 영역에 있을 때에는, 통상시부터 스로틀 개방도가 최대 개방도로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어하고 있다.
또한, 배압을 낮추어서 배기 효율을 높이기 위해서, 기관 운전 상태에 관계없이 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하는 것으로 하였다. 이에 의해, 기관 부하에 기초하여 웨이스트 게이트 밸브(45)를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하여 과급압을 제어하고 있는 과급 SI 운전 영역에서, 배기 행정중에 연소실(11)로부터 배출된 배기 중, 배기 포트(15)나 배기 매니폴드(41)에 머물러 있는 배기의 비율을 적게 할 수 있다. 그로 인해, 과급 SI 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡기 행정중에 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있다. 그로 인해, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 또한 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 자연 흡기 SI 운전 영역에 있을 때에는, 통상시부터 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하고 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 과급 SI 운전 영역에서, 웨이스트 게이트 밸브(45)의 개방도를 제어함으로써 과급압을 제어하고 있었지만, 과급압을 제어하는 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 터빈 휠(72b)의 외측에 스로틀 밸브로서의 가변 노즐을 설치하고, 가변 노즐의 노즐 개방도(밸브 개방도)를 변화시킴으로써 터빈 휠(72b)을 구동하는 배기의 유속을 터빈 하우징(72a) 내에서 변화시키도록 해도 된다. 즉, 가변 노즐의 노즐 개방도를 변화시킴으로써, 터빈 휠(72b)의 회전 속도를 변화시켜서 과급압을 변화시키도록 해도 된다. 가변 노즐의 노즐 개방도를 작게 함(가변 노즐을 조임)으로써, 배기의 유속이 높아져서 터빈 휠(72b)의 회전 속도가 증대하므로, 과급압을 증대시킬 수 있다. 따라서 가변 노즐에 의해 과급압을 제어하고 있는 경우에 전환 고장이 발생했을 때, 제2 운전 영역 내에 있어서, 노즐 개방도가 최대 개방도 또는 목표 개방도보다도 큰 개방도로 되도록, 가변 노즐이 제어되게 된다.
도 11은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S11부터 스텝 S14까지의 처리는, 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
스텝 S21에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 내부 EGR 가스량 저감 제어를 실시한다. 본 실시 형태에서는 전자 제어 유닛(200)은 기관 부하에 관계없이, 스로틀 개방도가 최대로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어함과 함께, 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어한다.
또한 본 실시 형태에서는, 기관 부하에 관계없이 스로틀 개방도가 완전 개방으로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어하고 있지만, 적어도 자연 흡기 SI 운전 영역에서, 기관 부하에 따른 통상시의 목표 개방도보다도 큰 개방도가 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어하도록 하면 된다. 또한 기관 운전 상태에 관계없이 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하고 있지만, 적어도 과급 SI 운전 영역에서, 기관 운전 상태에 따른 통상시의 목표 개방도보다도 큰 개방도가 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하도록 하면 된다.
도 12는, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다. 또한 도 12에 있어서 실선은, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다. 한편 파선은, 통상시의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다.
시각 t1에서, 기관 운전 상태가 CI 운전 영역 내(보다 상세하게는 과급 CI 운전 영역 내)로부터 SI 운전 영역 내(보다 상세하게는 자연 흡기 SI 운전 영역 내)로 이행하면, 운전 모드가 CI 운전 모드로부터 SI 운전 모드로 전환된다. 이에 의해 시각 t1 이후에는, 시각 t1 이전의 과급 CI 운전 영역 내에 있어서 최대 개방도로 제어되고 있었던 스로틀 밸브(36)가 기관 부하에 따른 목표 개방도로 제어된다.
또한 시각 t1에서, 기관 운전 상태가 CI 운전 영역 내로부터 SI 운전 영역 내로 이행하면, 리프트 특성이 제2 리프트 특성으로부터 제1 리프트 특성으로 전환된다. 이때, 전환 고장이 발생했다면, 흡기 행정중에 배기가 기통(10) 내에 다시 흡인되게 되기 때문에, 그 배기의 분만큼, 실흡입 공기량이 목표 흡입 공기량보다도 적어진다. 그로 인해, 전환 고장이 발생하는 경우에는, 시각 t1 이후에는, 실흡입 공기량이 목표 흡입 공기량보다도 적어지고, 출력 토크가 통상시의 출력 토크보다도 작아진다.
시각 t2에서, 통상시의 목표 흡입 공기량으로부터 실흡입 공기량을 감산한 차분값이 소정의 역치 이상으로 되면 전환 고장이 발생했다고 판정되어, 전환 고장 판정 플래그가 1로 설정된다. 이에 의해 시각 t2 이후에는, 운전 모드가 SI 운전 모드로부터 SGSI 운전 모드로 전환된다.
또한 아울러, 시각 t2 이후에는, 기관 부하에 관계없이 스로틀 개방도가 최대 개방도로 되도록 스로틀 밸브(36)가 제어됨과 함께, 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)가 제어된다.
이에 의해, 통상시에는 기관 부하에 기초하여 스로틀 개방도를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하고 있는 시각 t3까지의 자연 흡기 SI 운전 영역에서, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡입 공기량이 증가하는 분만큼, 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다.
또한, 통상시에는 기관 부하에 기초하여 웨이스트 게이트 밸브(45)를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하고 있는 시각 t3 이후의 과급 SI 운전 영역에서, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡기 행정중에 배기 포트를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)은 내연 기관(100)의 흡기 통로(30)에 설치된 스로틀 밸브(36)의 개방도를, 기관 부하에 따른 목표 개방도로 제어하는 스로틀 제어부를 더 구비한다. 그리고 스로틀 제어부는, 전환 고장이 발생했을 때에는, 제2 운전 영역 내에 있어서 스로틀 밸브(36)의 개방도를 최대 개방도 또는 목표 개방도보다도 큰 개방도로 제어하도록 구성되어 있다.
이에 의해, 기관 부하에 기초하여 스로틀 개방도를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하고 있는 자연 흡기 SI 운전 영역에서, 흡기 행정중에 흡기 포트(14)를 통하여 새로운 공기로서 연소실(11)에 도입되는 흡입 공기량을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 자연 흡기 SI 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡입 공기량이 증가하는 분만큼, 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있으므로, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 그 결과, 통 내 온도의 상승을 억제할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있고, 또한 내부 EGR 가스량도 감소되므로 실화의 발생을 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)은 내연 기관(100)의 배기 통로(42)에 설치된 배기 터보 과급기(7)의 터빈(72)에 유입되는 배기의 유량을 조절하기 위한 웨이스트 게이트 밸브(45) 또는 가변 노즐의 개방도를, 기관 부하에 따른 목표 개방도로 제어하는 과급압 제어부를 더 구비한다. 그리고 과급압 제어부는, 전환 고장이 발생했을 때에는, 제2 운전 영역 내에 있어서 웨이스트 게이트 밸브(45) 또는 가변 노즐의 개방도를 최대 개방도 또는 목표 개방도보다도 큰 개방도로 제어하도록 구성되어 있다.
이에 의해, 기관 부하에 기초하여 웨이스트 게이트 밸브(45)를 최대 개방도보다도 작은 목표 개방도로 제어하여 과급압을 제어하고 있는 과급 SI 운전 영역에서, 배기 행정중에 연소실(11)로부터 배출된 배기 중, 배기 포트(15)나 배기 매니폴드(41)에 머물러 있는 배기의 비율을 적게 할 수 있다. 그로 인해, 과급 SI 운전 영역에서 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 개방되었다고 해도, 흡기 행정중에 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있으므로, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 그 결과, 통 내 온도의 상승을 억제할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있고, 또한 내부 EGR 가스량도 감소되므로 실화의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 내부 EGR량 저감 제어의 내용이 제2 실시 형태와 상위하다. 이하, 그 상위점을 중심으로 설명한다.
전술한 제2 실시 형태에서는, 내부 EGR량 저감 제어로서 스로틀 밸브(36) 및 웨이스트 게이트 밸브(45)의 제어를 실시하고 있었지만, 본 실시 형태에서는 가변 배기 위상 기구(63)의 제어를 실시한다. 구체적으로는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기(피스톤(12)의 이동 속도가 상대적으로 느려지는 시기)가 되도록, 가변 배기 위상 기구(63)를 제어한다.
피스톤(12)은 각 기통(10)의 내부에서 왕복 운전을 하고 있기 때문에, 각 행정에 있어서의 피스톤의 이동 속도는, 각 행정의 초기 및 후기와 비교하여 중기 쪽이 상대적으로 빨라진다. 즉, 각 행정에 있어서의 연소실(11)의 용적 변화율은, 각 행정의 초기 및 후기와 비교하여 중기 쪽이 상대적으로 커진다.
그리고 흡기 행정중이라면, 연소실(11)의 용적 변화율이 클수록, 단위 시간당 연소실(11) 내에 흡입되는 기체의 유량도 많아진다. 그로 인해, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어한다. 그에 의해, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 커지는 시기로 제어하는 경우보다도, 흡기 행정중에 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있어서, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시함과 함께, 아울러 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각 또는 지각시킨다. 그에 의해, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 밸브 개방되는 시기를, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어하기로 하였다.
도 13은, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 밸브 개방되는 시기를, 도 14에 도시하는 바와 같이 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각 또는 지각시켜서 흡기 행정의 초기, 중기, 및 후기로 제어한 경우에 있어서의 내부 EGR 가스량과 압축단 온도를 각각 비교하여 도시한 도면이다. 또한 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 흡기 행정의 중기에 배기 밸브(60)가 개방되는 배기 위상을 기준 위상(통상시의 배기 위상)으로서 설정하고 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 밸브 개방되는 시기를, 흡기 행정의 초기 및 후기로 제어한 쪽이, 중기로 제어한 경우보다도 내부 EGR 가스량 및 압축단 온도(통 내 온도) 각각을 저감시킬 수 있다.
이때, 내부 EGR 가스량에 대해서는, 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 밸브 개방되는 시기를, 흡기 행정의 후기로 제어한 쪽이, 초기로 제어로 한 경우보다도 감소시킬 수 있다. 이것은, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 후기로 제어한 경우에는, 어느 정도의 공기(새로운 공기)가 통 내에 흡입된 후에 배기가 다시 흡인되게 되기 때문이다.
한편 압축단 온도에 대해서는, 이것과는 반대로, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 흡기 행정의 초기로 제어한 쪽이, 후기로 제어로 한 경우보다도 저하시킬 수 있다. 이것은, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 초기로 제어한 경우에는, 후기로 제어한 경우보다도 내부 EGR 가스량 자체는 많아지지만, 흡기 행정중에 있어서 통 내 가스가 기통(10)의 내벽면과의 열교환에 의해 냉각되는 기간이 길어지기 때문이다.
따라서, 이상 연소를 특히 억제하고자 하는 경우에는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 초기로 제어하면 되고, 한편 실화를 특히 억제하고자 하는 경우에는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 후기로 제어하면 된다. 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 흡기 행정의 초기 및 후기 중 어느 쪽으로 제어할지는, 이러한 관점에서 적절히 선택하면 된다.
도 15는, 전환 고장이 발생한 경우의 본 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S11부터 스텝 S14까지의 처리는 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
스텝 S31에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 내부 EGR 가스량 저감 제어를 실시한다. 본 실시 형태에서는 전자 제어 유닛(200)은 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각 또는 지각시켜서, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어한다.
이때, 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각시켜서, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 초기로 제어하면, 통 내 온도의 상승을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 이상 연소를 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 한편 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 지각시켜서, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를 흡기 행정의 후기로 제어하면, 내부 EGR 가스량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있으므로, 실화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
도 16은, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다. 또한 도 16에 있어서 실선은, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다. 한편 파선은, 통상시의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다.
시각 t2에서, 통상시의 목표 흡입 공기량으로부터 실흡입 공기량을 감산한 차분값이 소정의 역치 이상으로 되어서 전환 고장이 발생했다고 판정되면, 전환 고장 판정 플래그가 1로 설정된다. 이에 의해 시각 t2 이후에는, 운전 모드가 SI 운전 모드로부터 SGSI 운전 모드로 전환된다.
또한 아울러, 가변 배기 위상 기구(63)에 의해, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어된다. 이 타임차트에서는, 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 배기 위상을 기준 위상으로부터 진각시켜서, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가, 흡기 행정의 초기로 제어된다. 이와 같이, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어함으로써, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 커지는 시기로 제어하고 있는 경우와 비교하여, 흡기 행정중에 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생했을 때에 가변 배기 위상 기구(63)만을 제어하고 있었다. 그러나, 제2 실시 형태와 같이, 기관 부하에 관계없이, 스로틀 개방도가 최대로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어함과 함께, 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하면서, 아울러 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 흡기 행정중에 배기 밸브(60)가 밸브 개방되는 시기를 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기로 제어하도록 해도 된다. 이에 의해, 내부 EGR 가스량을 더 한층 저감할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)은 크랭크 샤프트에 대한 배기 캠 샤프트(61)의 위상인 배기 위상을 변경 가능한 가변 배기 위상 기구(63)를 제어하는 배기 위상 제어부를 더 구비한다. 그리고 배기 위상 제어부는, 전환 고장이 발생했을 때에는, 제2 운전 영역 내에 있어서, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가, 흡기 행정중에 있어서의 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기가 되게, 배기 위상을 변경하도록 구성되어 있다.
이에 의해, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기를, 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 커지는 시기로 제어하는 경우보다도, 흡기 행정중에 배기 포트(15)를 통하여 연소실(11) 내로 다시 흡인되는 배기의 양을 감소시킬 수 있어서, 내부 EGR 가스량을 저감할 수 있다. 그로 인해, 실화의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 통 내 온도의 상승도 억제할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
이때, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 초기로 되도록 배기 위상을 변경함으로써, 흡기 행정중에 통 내 가스가 기통(10)의 내벽면과의 열교환에 의해 냉각되는 기간을 길게 취할 수 있으므로, 통 내 온도의 상승을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에 이상 연소를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브의 밸브 개방 시기가, 흡기 행정의 후기로 되도록 배기 위상을 변경한다. 그에 의해, 어느 정도의 공기(새로운 공기)가 기통(10) 내에 흡입된 후에 배기가 다시 흡인되게 되기 때문에, 내부 EGR 가스량의 증가를 효과적으로 억제할 수 있다. 그로 인해, 실화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전환 고장이 발생한 경우에, 실제 압축비를 저하시키기 위한 제어를 실시하는 점에서, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태와 상위하다. 이하, 그 상위점을 중심으로 설명한다.
전술한 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 제2 운전 영역 내에 있어서, 내부 EGR 가스량을 저감함으로써, 통 내 온도를 저하시켜서 이상 연소의 발생을 억제하고 있었다. 이에 반해 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 제2 운전 영역 내에 있어서, 통상시와 비교하여 실제 압축비를 저하시킴으로써 통 내 온도(압축단 온도)를 저하시켜서, 이상 연소의 발생을 억제한다.
구체적으로는, 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 위상을 진각 또는 지각시켜서, 흡기 밸브 폐쇄 시기를 통상시와 비교하여 흡기 하사점보다도 이격되는 방향으로 진각 또는 지각시킴으로써 실제 압축비를 저하시킨다. 이에 의해, 통상시와 비교하여 통 내 온도(압축단 온도)를 저하시킬 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
도 17은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S11부터 스텝 S14까지의 처리는, 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
스텝 S41에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 위상을 진각 또는 지각시켜서, 흡기 밸브 폐쇄 시기를 통상시와 비교하여 흡기 하사점보다도 이격되는 방향으로 진각 또는 지각시킴으로써 실제 압축비를 저하시킨다.
도 18은, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작에 대하여 설명하는 타임차트이다. 또한 도 18에 있어서 실선은, 전환 고장이 발생한 경우의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다. 한편 파선은, 통상시의 각종 파라미터의 동작을 나타낸다.
시각 t2에서, 통상시의 목표 흡입 공기량으로부터 실흡입 공기량을 감산한 차분값이 소정의 역치 이상으로 되어서 전환 고장이 발생했다고 판정되면, 전환 고장 판정 플래그가 1로 설정된다. 이에 의해 시각 t2 이후에는, 운전 모드가 SI 운전 모드로부터 SGSI 운전 모드로 전환된다.
또한 아울러, 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 위상을 진각 또는 지각시켜서, 흡기 밸브 폐쇄 시기를 통상시와 비교하여 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 진각 또는 지각시킴으로써 실제 압축비를 저하시킨다. 이 타임차트에서는, 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 위상을 통상시보다도 지각시켜서, 흡기 밸브 폐쇄 시기를 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 지각시키고 있다. 이와 같이, 실제 압축비를 저하시킴으로써, 통상시와 비교하여 통 내 온도(압축단 온도)를 저하시킬 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
또한 제2 실시 형태와 같이, 기관 부하에 관계없이, 스로틀 개방도가 최대로 되도록 스로틀 밸브(36)를 제어함과 함께, 웨이스트 게이트 개방도가 최대 개방도로 되도록 웨이스트 게이트 밸브(45)를 제어하면서, 아울러 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 흡기 밸브 폐쇄 시기가 흡기 하사점보다도 진각 또는 지각하도록 흡기 위상을 제어해도 된다. 이에 의해, 통 내 온도를 더 한층 저감할 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 더 한층 억제할 수 있다.
또한 이들에 추가로, 제3 실시 형태와 같이 가변 배기 위상 기구(63)를 제어해도 된다. 이 경우, 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이, 가변 배기 위상 기구(63)에 의해 가능한 한 배기 위상을 진각시키고, 한편 가변 흡기 위상 기구(53)에 의해 가능한 한 흡기 위상을 지각시킴으로써, 흡기 행정중에 흡기 밸브 및 배기 밸브(60)가 동시에 밸브 개방되어 있는 기간을 짧게 할 수 있다. 그로 인해, 내부 EGR 가스량을 더 한층 저감할 수 있고, 또한 통 내 온도도 더 한층 저감할 수 있으므로, 이상 연소나 실화의 발생을 더 한층 억제할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)은 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트(51)의 위상인 흡기 위상을 변경 가능한 가변 흡기 위상 기구(53)를 제어하는 흡기 위상 제어부를 더 구비한다. 그리고 흡기 위상 제어부는, 전환 고장이 발생한 경우에는, 제2 운전 영역에서 흡기 위상을 변경하고, 전환 고장이 발생되지 않은 때와 비교하여 흡기 밸브의 밸브 폐쇄 시기를 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 진각 또는 지각시키도록 구성되어 있다.
이에 의해, 통상시와 비교하여 실제 압축비를 저하시켜서 통 내 온도(압축단 온도)를 저하시킬 수 있으므로, 이상 연소의 발생을 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전환 고장이 발생하여 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환한 후에는 기관 운전 상태에 관계없이 운전 모드를 SGSI 운전 모드인채로 유지하는 점에서 제1 실시 형태와 상위하다. 이하, 그 상위점을 중심으로 설명한다.
전술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 후에도, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 운전 모드를 SGSI 운전 모드로부터 CI 운전 모드로 전환하고 있었다. 그리고, 운전 모드를 CI 운전 모드로 전환한 후, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환하고 있었다.
그러나, 운전 모드의 전환 시에는 연소 형태가 변화하기 때문에, 일시적으로 연소가 불안정해질 우려가 있다. 그래서 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생하여 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환한 후에는 기관 운전 상태에 관계없이 운전 모드를 SGSI 운전 모드인채로 유지하기로 하였다. 즉, 전환 고장이 발생했을 때에는, 전체 운전 영역에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하여 기관 본체(1)의 운전을 행하는 것으로 하였다. 이에 의해, 운전 모드의 전환에 의해 연소가 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
도 20은, 전환 고장이 발생한 경우의 본 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S51에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 1로 설정되어 있는지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 1로 설정되어 있으면 스텝 S52의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장 판정 플래그 F가 0으로 설정되어 있으면 금회의 처리를 종료한다.
스텝 S52에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태에 관계없이 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환하고, 기관 본체(1)의 운전을 행한다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)의 연소 제어부가, 전환 고장이 발생했을 때에, 전체 운전 영역에서 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 또한 구성되어 있다. 이에 의해, 운전 모드의 전환에 의해 연소가 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제6 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는, 전환 고장이 발생한 후에는 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역보다도 고부하측 또는 고회전측의 운전 영역으로 이행해도, 당해 제1 운전 영역 내에서 기관 본체(1)의 운전을 행하는 점에서 제1 실시 형태와 상위하다. 이하, 그 상위점을 중심으로 설명한다.
전술한 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생했을 때에는, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에 있어서 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환하여 기관 본체(1)의 운전을 행함으로써, 이상 연소 등의 발생을 억제하고 있었다.
그러나, 전환 고장이 발생되어 있는 상황에 있어서는, 가령 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환하여 기관 본체(1)의 운전을 행했다고 해도, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서는 이상 연소 등이 발생할 우려가 있다.
그래서 본 실시 형태에서는, 전환 고장이 발생한 경우에, 기관 운전 상태가 한번 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 기관 운전 상태가 당해 운전 영역보다도 고부하측 또는 고회전측의 운전 영역으로 이행해도, 당해 제1 운전 영역 내에서 기관 본체(1)의 운전을 행하는 것으로 하였다.
즉 도 21에 도시한 바와 같이, 전환 고장이 발생한 경우에, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내의 기관 운전 상태 P로 한번 이행한 후, 예를 들어 제1 운전 영역보다도 고부하측의 운전 영역 내의 기관 운전 상태 A로 되었을 때에는, 기관 부하를 제1 운전 영역의 상한 부하 A'로 제한하고, 운전 모드를 CI 운전 모드로 유지한 채 기관 본체(1)의 운전을 행하는 것으로 하였다. 또한, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내의 기관 운전 상태 P로 한번 이행한 후, 예를 들어 제1 운전 영역보다도 고회전측의 운전 영역 내의 기관 운전 상태 B로 되었을 때에는, 기관 회전 속도를 제1 운전 영역의 상한 회전 속도 B'로 제한하고, 운전 모드를 CI 운전 모드로 유지한 채 기관 본체(1)의 운전을 행하는 것으로 하였다.
이에 의해, 전환 고장이 발생했다고 해도, 기관 운전 상태가 한번 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 운전 모드를 CI 운전 모드로 유지한 채, 출력 토크를 제1 운전 영역에서 출력 가능한 토크로 제한하여 기관 본체(1)의 운전을 행할 수 있다. 그로 인해, 전환 고장이 발생했을 때에, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서 기관 본체(1)의 운전을 행함으로써 발생하는 이상 연소 등의 발생을 억제할 수 있다.
한편 도 21에 도시한 바와 같이, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내의 기관 운전 상태 P로 한번 이행한 후, 예를 들어 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 운전 영역보다도 저부하측의 운전 영역 내의 기관 운전 상태 C로 되었을 때에는, 운전 모드를 SGSI 운전 모드로 전환하여 기관 본체(1)의 운전을 행하는 것으로 하였다.
이에 의해, 아이들 운전 영역 부근에 있어서의 연소의 안정성을 확보할 수 있으므로, 퇴피 주행을 확실하게 실시할 수 있다.
도 22는, 전환 고장이 발생한 경우의 본 실시 형태에 따른 연소 제어에 대하여 설명하는 흐름도이다. 전자 제어 유닛(200)은 본 루틴을 기관 운전 중에 소정의 연산 주기로 반복 실행한다.
스텝 S11부터 스텝 S14까지의 처리는, 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기에서는 설명을 생략한다.
스텝 S61에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했다고 판정된 후에, 기관 운전 상태가 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하는 제1 운전 영역 내로 한번 이행한 적이 있는지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했다고 판정된 후에, 기관 운전 상태가 제1 운전 영역 내로 한번 이행한 적이 있으면 스텝 S62의 처리로 진행한다.
한편 전자 제어 유닛(200)은 전환 고장이 발생했다고 판정된 후에, 기관 운전 상태가 제1 운전 영역 내로 한번도 이행한 적이 없으면 스텝 S14의 처리로 진행한다. 이것은, 본 실시 형태에서는 전환 고장이 발생했는지 여부를, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역(SI 운전 영역)에서 판정하고 있다. 그로 인해, 전환 고장을 검지한 단계에서 출력 토크를 제1 운전 영역에서 출력 가능한 토크로 제한해버리면, 급격한 토크 변동을 초래할 우려가 있기 때문이다.
스텝 S62에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 제1 운전 영역보다도 고부하 또는 고회전측의 운전 영역 내인지 여부를 판정한다. 전자 제어 유닛(200)은 기관 운전 상태가 제1 운전 영역보다도 고부하 또는 고회전측의 운전 영역 내라면 스텝 S63의 처리로 진행한다. 한편 전자 제어 유닛은, 기관 운전 상태가 제1 운전 영역보다도 고부하 또는 고회전측의 운전 영역 내가 아니면 스텝 S14의 처리로 진행한다.
스텝 S63에 있어서, 전자 제어 유닛(200)은 제1 운전 영역에서 CI 운전 모드를 유지하면서, 출력 토크를 제1 운전 영역에서 출력 가능한 토크로 제한하여 기관 본체(1)의 운전을 행한다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 전자 제어 유닛(200)(제어 장치)의 전환 고장 판정부가, 전환 고장이 발생했는지 여부를 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에서 판정하도록 또한 구성되어 있다. 그리고, 연소 제어부가, 전환 고장의 발생 후에 기관 운전 상태가 제2 운전 영역 내로부터 제1 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 당해 제1 운전 영역보다도 고부하측 또는 고회전측의 제2 운전 영역 내에서의 운전을 금지하고, 당해 제1 운전 영역 내에서 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키도록 또한 구성되어 있다.
이에 의해, 전환 고장이 발생했을 때에, 통상시에 배기 밸브 2회 개방 동작을 실시하지 않는 제2 운전 영역 내에서 기관 본체(1)의 운전을 행함으로써 발생하는 이상 연소 등의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지가 아니다.
예를 들어 상기 각 실시 형태에 있어서, 예혼합 기체를 연소실(11) 내에서 압축 자착화 연소시킴에 있어서, 연료의 일부를 화염 전파 연소시키고, 그때에 발생되는 열을 사용하여 나머지의 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 착화 어시스트 자착화 연소를 실시하게 해도 된다.

Claims (10)

  1. 내연 기관(100)에 있어서,
    기관 본체(1);
    상기 내연 기관(100)의 연소실(11)에 직접 연료를 분사하도록 구성되는 연료 분사 밸브(20);
    점화 플러그(16);
    제1 리프트 특성과, 제2 리프트 특성 사이에서 리프트 특성을 전환하도록 구성되는 특성 전환 기구(64); 및
    예비 혼합 압축 자착화 연소와 화염 전파 연소 중 어느 한쪽에 의해 연료를 연소시키도록 상기 연료 분사 밸브(20)와 상기 점화 플러그(16)를 제어하도록 구성되는 전자 제어 유닛(200),
    을 포함하고,
    상기 점화 플러그(16)의 전극부(16a)는 연료 분사 경로 내와 연료 분사 경로 근방 중 어느 한쪽에 배치되고,
    상기 제1 리프트 특성은, 배기 밸브(60)를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이며, 상기 제2 리프트 특성은, 상기 배기 밸브(60)를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은, 소정의 제1 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구(64)에 의해 상기 제2 리프트 특성으로 전환하도록 구성되고, 상기 소정의 제1 운전 영역은, 압축 자착화 운전 영역의 적어도 일부를 포함하고, 상기 압축 자착화 운전 영역은, 상기 연료를 상기 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 영역이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은, 소정의 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구(64)에 의해 상기 제1 리프트 특성으로 전환하도록 구성되고, 상기 소정의 제2 운전 영역은, 불꽃 점화 운전 영역을 적어도 포함하고, 상기 불꽃 점화 운전 영역은, 상기 연료를 화염 전파 연소시키는 영역이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은, 전환 고장이 발생했는지 여부를 판정하도록 구성되고, 상기 전환 고장은, 상기 배기 밸브의 리프트 특성을 상기 특성 전환 기구(64)에 의해 상기 제2 리프트 특성으로부터 상기 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은, 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때는, 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 균질 연소를 실시하도록 구성되고, 상기 균질 연소는, 상기 연소실(11) 내에 균일하게 확산된 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은, 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성되고, 상기 스프레이 가이드 성층 연소는, 상기 연료 분사 경로 상의 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소인 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  2. 제1항에 있어서,
    또한, 흡기 통로(30)에 설치된 스로틀 밸브(36)를 구비하고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 스로틀 밸브(36)의 개방도를 기관 부하에 따른 목표 개방도가 되게 제어하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 스로틀 밸브(36)의 개방도를, 최대 개방도와 상기 목표 개방도보다도 큰 개방도 중 어느 한쪽 개방도가 되게 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    또한, 배기 통로(42)에 설치된 배기 터보 과급기(7), 및
    상기 배기 터보 과급기(7)의 터빈(72)에 유입되는 배기의 유량을 조절하도록 구성되는 배기 조절기를 구비하고, 상기 배기 조절기는 웨이스트 게이트 밸브(45)와 가변 노즐 중 어느 한쪽이며,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 배기 조정기의 개방도를, 기관 부하에 따른 목표 개방도가 되게 제어하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 조절기의 개방도를, 최대 개방도와 상기 목표 개방도보다도 큰 개방도 중 어느 한쪽이 되게 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    또한, 배기 위상을 변경하도록 구성되는 가변 배기 위상 기구(63)를 구비하고, 상기 배기 위상은, 크랭크 샤프트에 대한 배기 캠 샤프트(61)의 위상이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 흡기 행정중에 있어서의 상기 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가, 소정 시기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되고, 상기 소정 시기는, 흡기 행정중에 있어서의 상기 연소실(11)의 용적 변화율이 상대적으로 작아지는 시기인 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 흡기 행정중에 있어서의 상기 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 초기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 흡기 행정중에 있어서의 배기 밸브(60)의 밸브 개방 시기가 흡기 행정의 후기가 되게 상기 배기 위상을 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    또한, 흡기 위상을 변경하도록 구성되는 가변 흡기 위상 기구(53)를 구비하고, 상기 흡기 위상은, 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트(51)의 위상이고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생한 경우에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서 상기 흡기 위상을 변경하고, 흡기 밸브 (50)의 밸브 폐쇄 시기를 (i) 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때와 비교하여 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 진각하는 것과, (ii) 상기 전환 고장이 발생되지 않은 때와 비교하여 상기 흡기 하사점으로부터 이격되는 방향으로 지각하는 것 중 어느 한쪽의 제어를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 전체 운전 영역에서 상기 스프레이 가이드 성층 연소를 실시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장이 발생했는지 여부를 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에서 판정하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(200)은 상기 전환 고장의 발생 후에 기관 운전 상태가 상기 제2 운전 영역 내로부터 상기 제1 운전 영역 내로 이행했을 때에는, 소정 영역 내에서의 운전을 금지하고, 상기 제1 운전 영역 내에서 연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소시키도록 구성되고, 상기 소정 영역은 적어도 상기 제1 운전 영역보다도 고부하측의 상기 제2 운전 영역과, 상기 제1 운전 영역보다도 고회전측의 상기 제2 운전 영역 중 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 내연 기관(100).
  10. 내연 기관(100)의 제어 방법에 있어서,
    상기 내연 기관은 기관 본체(1)와, 연료 분사 밸브(20)와, 점화 플러그(16)와, 특성 전환 기구(64)와, 전자 제어 유닛(200)을 포함하고,
    상기 연료 분사 밸브(20)는 상기 내연 기관(100)의 연소실(11)에 직접 연료를 분사하도록 구성되고, 상기 점화 플러그(16)의 전극부(16a)는 연료 분사 경로 내와 연료 분사 경로 근방 중 어느 한쪽에 배치되고, 상기 특성 전환 기구(64)는, 제1 리프트 특성과, 제2 리프트 특성을 전환하도록 구성되고, 상기 제1 리프트 특성은, 상기 배기 밸브(60)를 배기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이며, 상기 제2 리프트 특성은, 상기 배기 밸브(60)를 배기 행정 및 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성이고,
    상기 제어 방법은:
    연료를 예비 혼합 압축 자착화 연소와 화염 전파 연소 중 어느 한쪽의 연소를 실시하도록 상기 연료 분사 밸브(20)와 상기 점화 플러그(16)를 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 제어하는 것;
    소정의 제1 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 상기 제2 리프트 특성으로 전환하는 것;
    소정의 제2 운전 영역 내에 있어서, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 상기 제1 리프트 특성으로 전환하는 것;
    전환 고장이 발생했는지 여부를 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 판정하는 것;
    상기 전환 고장이 발생되지 않은 때는, 상기 불꽃 점화 운전 영역 내에 있어서, 균질 연소를 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 실시하는 것; 및
    상기 전환 고장이 발생했을 때에는, 상기 제2 운전 영역 내에 있어서, 스프레이 가이드 성층 연소를 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 실시하는 것,
    을 포함하고,
    상기 소정의 제1 운전 영역은, 압축 자착화 운전 영역의 적어도 일부를 포함하고, 상기 압축 자착화 운전 영역은, 상기 연료를 상기 예비 혼합 압축 자착화 연소시키는 영역이고, 상기 소정의 제2 운전 영역은, 불꽃 점화 운전 영역을 적어도 포함하고, 상기 불꽃 점화 운전 영역은, 상기 연료를 화염 전파 연소시키는 영역이고, 상기 전환 고장은, 상기 배기 밸브(60)의 리프트 특성을 상기 전자 제어 유닛(200)에 의해 상기 제2 리프트 특성으로부터 상기 제1 리프트 특성으로 전환할 수 없게 되는 고장이고, 상기 균질 연소는, 상기 연소실(11) 내에 균일하게 확산된 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소이고, 상기 스프레이 가이드 성층 연소는, 상기 연료 분사 경로 상의 연료를 상기 점화 플러그(16)에 의해 점화하여 화염 전파 연소시키는 연소인 것을 특징으로 하는 내연 기관(100)의 제어 방법.
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