JP2013007305A

JP2013007305A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2013007305A
Application number: JP2011139683A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakayanagi; 佳宏坂柳; Takashi Kawasaki; 高志河崎; Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine that has a variable compression ratio mechanism, and prevents the amount of new air flown into a cylinder depending on a mechanical compression ratio from deviating from a predetermined amount.SOLUTION: The internal combustion engine includes a variable compression ratio mechanism, and a coolant supply unit including a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder. When an exhaust valve is opened by discharging combustion gas from the cylinder, there is still combustion gas remaining in the cylinder. A preliminary amount of fuel injection for cooling the combustion gas remaining in the cylinder is set based on a mechanical compression ratio, and the preliminary amount of fuel injection set is supplied into the cylinder at a predetermined time just before the exhaust valve opens.

Description

本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.

内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる圧縮比可変機構を備える内燃機関が知られている。 In the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited in a compressed state. It is known that the compression ratio when compressing the air-fuel mixture affects the output torque and the fuel consumption. By increasing the compression ratio, the output torque can be increased or the fuel consumption can be reduced. On the other hand, it is known that if the compression ratio is too high, abnormal combustion such as knocking occurs. In the prior art, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio during an operation period is known.

特開２００５−２０７２７３号公報においては、燃焼室の容積を変化させることによって圧縮比が変更される可変圧縮比機構を備える内燃機関が開示されている。この内燃機関は、排気通路に設けられた排気浄化触媒を備え、圧縮比が変更される過渡時に、気筒内における混合気の空燃比が、圧縮比の変更前後とほぼ同等となるように燃料噴射量を補正することが開示されている。この内燃機関においては、圧縮比が変更される過渡時に排気特性が悪化するのを抑制できることが開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-207273 discloses an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism in which the compression ratio is changed by changing the volume of the combustion chamber. The internal combustion engine includes an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage, and in a transient state where the compression ratio is changed, fuel injection is performed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder is substantially equal to that before and after the change of the compression ratio. Correcting the amount is disclosed. In this internal combustion engine, it is disclosed that exhaust characteristics can be prevented from deteriorating during a transition in which the compression ratio is changed.

特開２００４−２３２５８０号公報においては、圧縮比変更部を備える内燃機関において、圧縮比の高い第１の状態から圧縮比の低い第２の状態に変更する場合に、燃料供給部を制御して、変更期間の初期を含む期間では、圧縮比の低い第２の状態の空燃比よりも高く空燃比を制御することが開示されている。この内燃機関においては、高圧縮比から低圧縮比への変更期間に生じるノッキングなどの異常燃焼を抑制することが開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-232580, in an internal combustion engine having a compression ratio changing unit, when changing from a first state having a high compression ratio to a second state having a low compression ratio, the fuel supply unit is controlled. In the period including the initial period of the change period, it is disclosed that the air-fuel ratio is controlled to be higher than the air-fuel ratio in the second state where the compression ratio is low. In this internal combustion engine, it is disclosed to suppress abnormal combustion such as knocking that occurs during a change period from a high compression ratio to a low compression ratio.

また、従来の技術においては、燃焼室に直接的に燃料を噴射する噴射弁を備えるいわゆる直噴型の内燃機関が知られている。直噴型の内燃機関においては、吸気弁の開閉動作に関わらずに気筒内に燃料を供給できるという特性を有する。 In the prior art, a so-called direct injection type internal combustion engine having an injection valve that injects fuel directly into a combustion chamber is known. The direct injection internal combustion engine has a characteristic that fuel can be supplied into the cylinder regardless of the opening / closing operation of the intake valve.

特開２０００−１２０４５６号公報においては、直噴型の内燃機関であって、機関排気通路に配置され、三元触媒を含む触媒装置を備える内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、触媒を早期に活性化させるために、通常の燃料噴射による燃焼後であって、膨張行程または排気行程中に２度目の燃料（追加燃料）を噴射制御することが開示されている。この追加燃料を主燃焼に関係なく燃焼させることで、排気ガスが昇温され、高温の排気ガスにより触媒を速やかに加熱して活性状態にすることが開示されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-120456 discloses an internal combustion engine that is a direct injection internal combustion engine and includes a catalyst device that is disposed in an engine exhaust passage and includes a three-way catalyst. In this internal combustion engine, in order to activate the catalyst at an early stage, it is disclosed to perform injection control of the second fuel (additional fuel) after the combustion by the normal fuel injection and during the expansion stroke or the exhaust stroke. ing. It is disclosed that the exhaust gas is heated regardless of the main combustion to raise the temperature of the exhaust gas, and the catalyst is quickly heated by the high-temperature exhaust gas to bring it into an active state.

特開２００５−２０７２７３号公報JP-A-2005-207273 特開２００４−２３２５８０号公報JP 2004-232580 A 特開２０００−１２０４５６号公報JP 2000-120456 A 特開２００７−２１１６３７号公報JP 2007-211637 A 特開２００７−３０３４２８号公報JP 2007-303428 A

上記の特開２００５−２０７２７３号公報においては、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変化させることにより、圧縮比を変更する内燃機関が開示されている。例えば、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を大きくすることにより、圧縮比を小さくすることができる。 JP-A-2005-207273 discloses an internal combustion engine that changes the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center. For example, the compression ratio can be reduced by increasing the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center.

ところで、内燃機関の燃焼サイクルにおいては、膨張行程において燃料と空気との混合気が燃焼して燃焼ガスになる。排気行程においては排気弁が開いた状態になり、ピストンが上昇することにより、燃焼ガスが機関排気通路に流出する。排気行程においてピストンが上死点に到達した場合にも燃焼室に相当する空間が残存する。このために、排気行程において燃焼ガスの全てが気筒内から排出されることはなく、燃焼ガスの一部が、次の燃焼サイクルまで残留する。すなわち、前回の燃焼サイクルにおいて生じた排気ガスの一部が、今回の燃焼サイクルにおいても気筒内に残留して残留ガスになる。更に、吸気弁および排気弁の開閉時期に依存して、前サイクルの燃焼ガスが気筒内に残存して残留ガスになる。気筒内に残留ガスが残存した状態で吸気行程に移行する。このように内燃機関においては、内部排気再循環（内部ＥＧＲ）が生じる。 By the way, in the combustion cycle of the internal combustion engine, the mixture of fuel and air is combusted into combustion gas in the expansion stroke. In the exhaust stroke, the exhaust valve is in an open state, and the piston rises, so that the combustion gas flows out to the engine exhaust passage. Even when the piston reaches top dead center in the exhaust stroke, a space corresponding to the combustion chamber remains. For this reason, not all of the combustion gas is discharged from the cylinder in the exhaust stroke, and a part of the combustion gas remains until the next combustion cycle. That is, part of the exhaust gas generated in the previous combustion cycle remains in the cylinder in the current combustion cycle and becomes residual gas. Further, depending on the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve, the combustion gas of the previous cycle remains in the cylinder and becomes a residual gas. The process proceeds to the intake stroke with residual gas remaining in the cylinder. Thus, internal exhaust gas recirculation (internal EGR) occurs in the internal combustion engine.

ところが、圧縮比可変機構を備える内燃機関では、機械圧縮比が変化すると残留ガスの容積が変化し、気筒内に流入する新気の量が変化するという問題があった。すなわち、吸気弁や排気弁の開閉時期等が同一の条件下でも、気筒内に流入する新気の量が機械圧縮比に依存して変化するという問題が生じていた。たとえば、新気の量はピストンの行程容積に対応する量になることが好ましいが、新気の量が所望の量からずれてしまうという問題が生じていた。 However, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism has a problem that when the mechanical compression ratio changes, the volume of residual gas changes, and the amount of fresh air flowing into the cylinder changes. That is, there is a problem that the amount of fresh air flowing into the cylinder changes depending on the mechanical compression ratio even under the same conditions of the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve. For example, the amount of fresh air is preferably an amount corresponding to the stroke volume of the piston, but there has been a problem that the amount of fresh air deviates from a desired amount.

内燃機関が燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射型であり、気筒内に流入する新気が燃料と空気との混合気である場合には、気筒内に充填される混合気の量が、機械圧縮比に依存して所望の量からずれてしまう場合があった。このため、出力されるトルクや燃料消費量に悪影響を及ぼす場合があった。 When the internal combustion engine is a port injection type in which fuel is injected into the intake port and the fresh air flowing into the cylinder is a mixture of fuel and air, the amount of the air-fuel mixture filled in the cylinder Depending on the compression ratio, there is a case where the desired amount is deviated. For this reason, the output torque and fuel consumption may be adversely affected.

内燃機関が燃料を燃焼室に直接噴射する直噴型であり、気筒内に流入する新気が空気の場合には、気筒内に充填される空気の量が機械圧縮比に依存して、所望の量からずれてしまう場合があった。燃焼時における燃焼空燃比が所望の値から離れ、この結果、出力されるトルクに悪影響を与えたり、排気性状が悪化したりするという問題があった。例えば、排気浄化装置に三元触媒が含まれる場合には、燃焼時の空燃比を理論空燃比に近づけることが好ましい。しかしながら、気筒内に流入する空気の量が変化することにより、理論空燃比からのずれが大きくなる場合があった。 When the internal combustion engine is a direct injection type in which fuel is directly injected into the combustion chamber and the fresh air flowing into the cylinder is air, the amount of air charged in the cylinder depends on the mechanical compression ratio and is desired. There was a case where it deviated from the amount. The combustion air-fuel ratio at the time of combustion deviates from a desired value, and as a result, there is a problem that the output torque is adversely affected or the exhaust properties are deteriorated. For example, when the exhaust purification device includes a three-way catalyst, it is preferable to bring the air-fuel ratio at the time of combustion closer to the stoichiometric air-fuel ratio. However, there is a case where the deviation from the stoichiometric air-fuel ratio becomes large due to a change in the amount of air flowing into the cylinder.

本発明は、圧縮比可変機構を備え、機械圧縮比に依存して気筒内に流入する新気の量が所望の量からずれることを抑制する内燃機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism and suppresses the amount of fresh air flowing into a cylinder from deviating from a desired amount depending on the mechanical compression ratio.

本発明の内燃機関は、燃焼室の容積が可変に形成されている圧縮比可変機構と、気筒内に冷却液体を供給する冷却液体供給手段とを備える。燃焼サイクルの排気行程において気筒内から燃焼ガスを排出し、排気弁を閉弁したときには気筒内に燃焼ガスが残留しており、気筒内に残留する燃焼ガスを冷却する冷却液体の供給量を機械圧縮比に基づいて設定し、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、設定した供給量の冷却液体を気筒内に供給することにより燃焼ガスを収縮させる。 The internal combustion engine of the present invention includes a variable compression ratio mechanism in which the volume of the combustion chamber is variably formed, and cooling liquid supply means for supplying cooling liquid into the cylinder. Combustion gas is discharged from the cylinder in the exhaust stroke of the combustion cycle, and when the exhaust valve is closed, the combustion gas remains in the cylinder, and the amount of cooling liquid supplied to cool the combustion gas remaining in the cylinder The combustion gas is contracted by supplying a set supply amount of cooling liquid into the cylinder at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed, which is set based on the compression ratio.

上記発明においては、冷却液体供給手段は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を含み、内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に基づいて１回の燃焼サイクルに気筒内に供給する全体の燃料噴射量を設定し、機械圧縮比に基づいて予備の燃料噴射量を設定し、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、設定した予備の燃料噴射量にて燃料を噴射し、排気弁が閉弁した後に全体の燃料噴射量から予備の燃料噴射量を減算した噴射量にて、気筒内に燃料を供給することができる。 In the above invention, the cooling liquid supply means includes a fuel injection valve that injects fuel into the cylinder, detects the operating state of the internal combustion engine, and supplies the entire cylinder into one cylinder based on the operating state. The fuel injection amount is set, the preliminary fuel injection amount is set based on the mechanical compression ratio, and the fuel is injected at the predetermined preliminary fuel injection amount immediately before the exhaust valve is closed. Then, after the exhaust valve is closed, the fuel can be supplied into the cylinder with an injection amount obtained by subtracting the preliminary fuel injection amount from the entire fuel injection amount.

上記発明においては、冷却液体供給手段は、気筒内に冷却水を噴射する冷却水噴射弁を含み、冷却液体として冷却水を燃焼室に供給することができる。 In the above invention, the cooling liquid supply means includes a cooling water injection valve that injects cooling water into the cylinder, and can supply the cooling water as the cooling liquid to the combustion chamber.

上記発明においては、燃焼室から排気が流出する排気ポートを含む機関本体と、機関排気通路に液体の還元剤を供給可能に形成されている還元剤供給弁とを備え、還元剤供給弁は、排気ポートに還元剤を噴射するように形成されており、冷却液体供給手段は、還元剤供給弁を含み、還元剤を排気ポートに噴射することにより、気筒内に冷却液体として還元剤を供給することができる。 The above invention comprises an engine body including an exhaust port through which exhaust flows out from the combustion chamber, and a reducing agent supply valve formed so as to be able to supply a liquid reducing agent to the engine exhaust passage, The cooling liquid supply means includes a reducing agent supply valve, and supplies the reducing agent as a cooling liquid into the cylinder by injecting the reducing agent into the exhaust port. be able to.

本発明によれば、圧縮比可変機構を備え、機械圧縮比に依存して気筒内に流入する新気の量が所望の量からずれることを抑制する内燃機関を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism and suppresses the amount of fresh air flowing into a cylinder from deviating from a desired amount depending on the mechanical compression ratio.

実施の形態１における内燃機関の概略図である。1 is a schematic diagram of an internal combustion engine in a first embodiment. 実施の形態１における圧縮比可変機構の概略分解斜視図である。FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a compression ratio variable mechanism in the first embodiment. 実施の形態１の内燃機関において、機械圧縮比が高圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。In the internal combustion engine of Embodiment 1, it is a schematic sectional drawing of the part of a cylinder block and a crankcase when a mechanical compression ratio is a high compression ratio. 実施の形態１の内燃機関において、機械圧縮比が低圧縮比の時のシリンダブロックおよびクランクケースの部分の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cylinder block and a crankcase portion when the mechanical compression ratio is a low compression ratio in the internal combustion engine of the first embodiment. 実施の形態１の比較例の内燃機関の運転制御において、残留ガスの収縮を説明する概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the contraction of residual gas in the operation control of the internal combustion engine of the comparative example of the first embodiment. 実施の形態１の内燃機関の運転制御において、残留ガスの収縮を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating contraction of residual gas in the operation control of the internal combustion engine of the first embodiment. 実施の形態１における内燃機関の運転制御のタイムチャートである。3 is a time chart of operation control of the internal combustion engine in the first embodiment. 実施の形態１における内燃機関の運転制御のフローチャートである。3 is a flowchart of operation control of the internal combustion engine in the first embodiment. 実施の形態２における内燃機関の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of an internal combustion engine in a second embodiment. 実施の形態２における内燃機関の運転制御のフローチャートである。6 is a flowchart of operation control of the internal combustion engine in the second embodiment. 実施の形態３における内燃機関の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of an internal combustion engine in a third embodiment. 実施の形態３における内燃機関の運転制御のフローチャートである。10 is a flowchart of operation control of the internal combustion engine in the third embodiment. 実施の形態４における内燃機関の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an internal combustion engine in a fourth embodiment. 実施の形態４における比較例の内燃機関の運転制御を説明するグラフである。10 is a graph illustrating operation control of an internal combustion engine of a comparative example in the fourth embodiment. 実施の形態４における内燃機関の第１の運転制御のフローチャートである。6 is a flowchart of first operational control of an internal combustion engine in a fourth embodiment. 実施の形態４における内燃機関の第２の運転制御のフローチャートである。10 is a flowchart of second operation control of the internal combustion engine in the fourth embodiment.

（実施の形態１）
図１から図８を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。 (Embodiment 1)
The internal combustion engine in the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an internal combustion engine disposed in a vehicle will be described as an example.

図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。 FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type. The internal combustion engine includes an engine body 1. The engine body 1 includes a cylinder block 2 and a cylinder head 4. A piston 3 is disposed inside the cylinder block 2. The piston 3 reciprocates inside the cylinder block 2.

本実施の形態においては、ピストン３が上死点に到達したときのピストン３の冠面およびシリンダヘッド４により囲まれる空間を燃焼室という。燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。本実施の形態においては、機関吸気通路から気筒内に流入する空気または空気と燃料との混合気を新気という。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気を燃焼室５から排出するための通路である。 In the present embodiment, the space surrounded by the crown surface of the piston 3 and the cylinder head 4 when the piston 3 reaches top dead center is referred to as a combustion chamber. The combustion chamber 5 is formed for each cylinder. An engine intake passage and an engine exhaust passage are connected to the combustion chamber 5. The engine intake passage is a passage for supplying air or a mixture of fuel and air to the combustion chamber 5. In the present embodiment, air flowing from the engine intake passage into the cylinder or a mixture of air and fuel is referred to as fresh air. The engine exhaust passage is a passage for discharging exhaust gas generated by the combustion of fuel from the combustion chamber 5.

シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。 An intake port 7 and an exhaust port 9 are formed in the cylinder head 4. The intake valve 6 is disposed at the end of the intake port 7 and is configured to be able to open and close the engine intake passage communicating with the combustion chamber 5. The exhaust valve 8 is disposed at the end of the exhaust port 9 and is configured to be able to open and close the engine exhaust passage communicating with the combustion chamber 5. A spark plug 10 as an ignition device is fixed to the cylinder head 4.

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、気筒内に直接的に燃料を噴射するように配置されている。本実施の形態における内燃機関は、いわゆる直噴型である。燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料ポンプ２９は、燃料噴射弁１１から燃料を噴射可能なように燃料を加圧する。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。 The internal combustion engine in the present embodiment includes a fuel injection valve 11 for supplying fuel to the combustion chamber 5. The fuel injection valve 11 in the present embodiment is arranged so as to inject fuel directly into the cylinder. The internal combustion engine in the present embodiment is a so-called direct injection type. The fuel injection valve 11 is connected to the fuel tank 28 via an electronically controlled fuel pump 29 with variable discharge amount. The fuel pump 29 pressurizes the fuel so that the fuel can be injected from the fuel injection valve 11. The fuel stored in the fuel tank 28 is supplied to the fuel injection valve 11 by the fuel pump 29.

各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５の内部には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が配置されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、排気処理装置２１に連結されている。本実施の形態における排気処理装置２１は、三元触媒２０を含む。排気処理装置２１は、排気管２２に接続されている。 The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13. The surge tank 14 is connected to an air cleaner (not shown) through the intake duct 15. An air flow meter 16 that detects the amount of intake air is disposed inside the intake duct 15. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed inside the intake duct 15. On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to a corresponding exhaust branch pipe 19. The exhaust branch pipe 19 is connected to the exhaust treatment device 21. The exhaust treatment device 21 in the present embodiment includes a three-way catalyst 20. The exhaust treatment device 21 is connected to the exhaust pipe 22.

本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。 The internal combustion engine in the present embodiment includes an electronic control unit 31. The electronic control unit 31 in the present embodiment includes a digital computer. The electronic control unit 31 includes a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, a CPU (microprocessor) 35, an input port 36 and an output port 37 which are connected to each other via a bidirectional bus 32. .

エアフローメータ１６の出力信号は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。 The output signal of the air flow meter 16 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. A load sensor 41 is connected to the accelerator pedal 40. The load sensor 41 generates an output voltage proportional to the depression amount of the accelerator pedal 40. This output voltage is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。機関排気通路において、排気処理装置２１の下流には、排気処理装置２１の温度を検出する温度検出器としての温度センサ４３が配置されている。温度センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。 The crank angle sensor 42 generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, a predetermined angle, and this output pulse is input to the input port 36. The engine speed can be detected from the output of the crank angle sensor 42. Further, the crank angle can be detected from the output of the crank angle sensor 42. In the engine exhaust passage, a temperature sensor 43 as a temperature detector that detects the temperature of the exhaust treatment device 21 is disposed downstream of the exhaust treatment device 21. The output of the temperature sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。 The output port 37 of the electronic control unit 31 is connected to the fuel injection valve 11 and the spark plug 10 via the corresponding drive circuits 39. The electronic control unit 31 in the present embodiment is formed to perform fuel injection control and ignition control. That is, the fuel injection timing and the fuel injection amount are controlled by the electronic control unit 31. Further, the ignition timing of the spark plug 10 is controlled by the electronic control unit 31. The output port 37 is connected to a step motor 17 and a fuel pump 29 that drive the throttle valve 18 via a corresponding drive circuit 39. These devices are controlled by the electronic control unit 31.

本実施の形態における内燃機関は、圧縮比可変機構を備える。本実施の形態における圧縮比可変機構は、燃焼室の容積を変更することにより圧縮比を変更するように形成されている。燃焼室における実際の圧縮比である実圧縮比は、（実圧縮比）＝（燃焼室の容積＋圧縮行程において吸気弁が閉じている期間のピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）にて示される。 The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism. The variable compression ratio mechanism in the present embodiment is formed to change the compression ratio by changing the volume of the combustion chamber. The actual compression ratio, which is the actual compression ratio in the combustion chamber, is (actual compression ratio) = (combustion chamber volume + piston stroke volume when the intake valve is closed in the compression stroke) / (combustion chamber volume). Shown.

図２は、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図３は、内燃機関の燃焼室の部分の第１の概略断面図である。図３は、圧縮比可変機構により高圧縮比になったときの概略図である。本実施の形態における内燃機関は、クランクケースを含む下部構造物と、下部構造物の上側に配置されているシリンダブロックとが互いに相対移動する。本実施の形態における下部構造物は、圧縮比可変機構を介してシリンダブロックを支持している。また、本実施の形態における下部構造物は、クランクシャフトを支持している。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the compression ratio variable mechanism of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 3 is a first schematic cross-sectional view of the combustion chamber portion of the internal combustion engine. FIG. 3 is a schematic diagram when a high compression ratio is obtained by the variable compression ratio mechanism. In the internal combustion engine in the present embodiment, the lower structure including the crankcase and the cylinder block arranged on the upper side of the lower structure move relative to each other. The substructure in the present embodiment supports the cylinder block via a compression ratio variable mechanism. Further, the lower structure in the present embodiment supports the crankshaft.

図２および図３を参照して、シリンダブロック２の両側の側壁の下方には複数個の突出部８０が形成されている。突出部８０には、断面形状が円形のカム挿入孔８１が形成されている。クランクケース７９の上壁には、複数個の突出部８２が形成されている。突出部８２には、断面形状が円形のカム挿入孔８３が形成されている。クランクケース７９の突出部８２は、シリンダブロック２の突出部８０同士の間に嵌合する。 2 and 3, a plurality of protrusions 80 are formed below the side walls on both sides of the cylinder block 2. The protrusion 80 is formed with a cam insertion hole 81 having a circular cross section. A plurality of protrusions 82 are formed on the upper wall of the crankcase 79. The protrusion 82 is formed with a cam insertion hole 83 having a circular cross-sectional shape. The protrusion 82 of the crankcase 79 is fitted between the protrusions 80 of the cylinder block 2.

本実施の形態における圧縮比可変機構は、シリンダブロックの支持軸としての一対のカムシャフト８４，８５を含む。カムシャフト８４，８５には、それぞれのカム挿入孔８３内に回転可能に挿入される円形カム８８が固定されている。円形カム８８は各カムシャフト８４，８５の回転軸線と同軸状に配置されている。一方で、それぞれの円形カム８８の両側には、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸８７が延びている。この偏心軸８７上には、別の円形カム８６が偏心して回転可能に取付けられている。これらの円形カム８６は円形カム８８の両側に配置されている。円形カム８６は対応するカム挿入孔８１内に回転可能に挿入されている。 The compression ratio variable mechanism in the present embodiment includes a pair of camshafts 84 and 85 as support shafts for the cylinder block. A circular cam 88 that is rotatably inserted into each cam insertion hole 83 is fixed to the cam shafts 84 and 85. The circular cam 88 is arranged coaxially with the rotation axis of each camshaft 84, 85. On the other hand, eccentric shafts 87 arranged eccentrically with respect to the rotation axis of the cam shafts 84 and 85 extend on both sides of each circular cam 88. On the eccentric shaft 87, another circular cam 86 is eccentrically attached to be rotatable. These circular cams 86 are arranged on both sides of the circular cam 88. The circular cam 86 is rotatably inserted into the corresponding cam insertion hole 81.

圧縮比可変機構は、モータ８９を含む。モータ８９の回転軸９０には、螺旋方向が互いに逆向きの２つのウォーム９１，９２が取付けられている。それぞれのカムシャフト８４，８５の端部には、ウォームホイール９３，９４が固定されている。ウォームホイール９３，９４は、ウォーム９１，９２と噛み合うように配置されている。モータ８９が回転軸９０を回転させることにより、カムシャフト８４，８５を、互いに反対方向に回転させることができる。 The compression ratio variable mechanism includes a motor 89. Two worms 91 and 92 having spiral directions opposite to each other are attached to the rotating shaft 90 of the motor 89. Worm wheels 93 and 94 are fixed to the end portions of the camshafts 84 and 85, respectively. The worm wheels 93 and 94 are arranged so as to mesh with the worms 91 and 92. When the motor 89 rotates the rotating shaft 90, the camshafts 84 and 85 can be rotated in directions opposite to each other.

図３を参照して、それぞれのカムシャフト８４，８５上に配置された円形カム８８を、矢印９７に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸８７が円形カム８８の上端に向けて移動する。円形カム８６は、カム挿入孔８１内において、矢印９６に示すように円形カム８８と反対方向に回転する。 Referring to FIG. 3, when the circular cams 88 arranged on the respective camshafts 84 and 85 are rotated in opposite directions as indicated by arrows 97, the eccentric shaft 87 faces the upper end of the circular cam 88. Moving. The circular cam 86 rotates in the opposite direction to the circular cam 88 as indicated by an arrow 96 in the cam insertion hole 81.

図４に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の第２の概略断面図を示す。図４は、圧縮比可変機構により低圧縮比になったときの概略図である。図４に示されるように偏心軸８７が円形カム８８の上端まで移動すると、円形カム８８の中心軸が偏心軸８７よりも下方に移動する。図３および図４を参照して、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置は、円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離によって定まる。円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース７９から離れる。矢印９８に示すようにシリンダブロック２がクランクケース７９から離れるほど、ピストン３が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が大きくなる。 FIG. 4 shows a second schematic cross-sectional view of the combustion chamber portion of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram when a low compression ratio is achieved by the compression ratio variable mechanism. As shown in FIG. 4, when the eccentric shaft 87 moves to the upper end of the circular cam 88, the central axis of the circular cam 88 moves below the eccentric shaft 87. Referring to FIGS. 3 and 4, the relative position between crankcase 79 and cylinder block 2 is determined by the distance between the central axis of circular cam 86 and the central axis of circular cam 88. The cylinder block 2 moves away from the crankcase 79 as the distance between the central axis of the circular cam 86 and the central axis of the circular cam 88 increases. As the cylinder block 2 moves away from the crankcase 79 as indicated by an arrow 98, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 3 reaches the compression top dead center increases.

本実施の形態における圧縮比可変機構は、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動することにより、燃焼室の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積と燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と言う。機械圧縮比は吸気弁の閉弁時期に依存せずに、（機械圧縮比）＝（燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。 In the variable compression ratio mechanism in the present embodiment, the volume of the combustion chamber is variably formed by moving the cylinder block relative to the crankcase. In the present embodiment, a compression ratio determined only from the stroke volume of the piston from the bottom dead center to the top dead center and the volume of the combustion chamber is referred to as a mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is represented by (mechanical compression ratio) = (combustion chamber volume + piston stroke volume) / (combustion chamber volume) without depending on the closing timing of the intake valve.

図３ではピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が小さくなっている。吸入空気量が常時一定の場合には実圧縮比が高くなる。この状態は、機械圧縮比が高い状態である。これに対して、図４ではピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が大きくなっている。吸入空気量が常時一定の場合には実圧縮比が低くなる。この状態は、機械圧縮比が低い状態である。このように、本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に圧縮比を変更することができる。たとえば、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮比可変機構により機械圧縮比を変更することができる。 In FIG. 3, the piston 3 has reached the compression top dead center, and the volume of the combustion chamber 5 is reduced. When the intake air amount is always constant, the actual compression ratio becomes high. This state is a state where the mechanical compression ratio is high. On the other hand, in FIG. 4, the piston 3 reaches the compression top dead center, and the volume of the combustion chamber 5 is increased. When the intake air amount is always constant, the actual compression ratio is low. This state is a state where the mechanical compression ratio is low. Thus, the internal combustion engine in the present embodiment can change the compression ratio during the operation period. For example, the mechanical compression ratio can be changed by a variable compression ratio mechanism according to the operating state of the internal combustion engine.

図３を参照して、クランクケース７９とシリンダブロック２との境界部分には、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置を検出するための相対位置センサ９５が取付けられている。相対位置センサ９５により、クランクケース７９とシリンダブロック２との相対位置を検出し、機械圧縮比を検出することができる。相対位置センサ９５の出力信号は、電子制御ユニット３１に入力される。 Referring to FIG. 3, a relative position sensor 95 for detecting a relative position between crankcase 79 and cylinder block 2 is attached to a boundary portion between crankcase 79 and cylinder block 2. The relative position sensor 95 can detect the relative position between the crankcase 79 and the cylinder block 2 to detect the mechanical compression ratio. An output signal of the relative position sensor 95 is input to the electronic control unit 31.

本実施の形態における圧縮比可変機構は、回転軸を偏心させた円形カムを回転させることにより、クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させているが、この形態に限られず、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更できる任意の圧縮比可変機構を採用することができる。 The variable compression ratio mechanism according to the present embodiment moves the cylinder block relative to the crankcase by rotating a circular cam having an eccentric rotation shaft, but is not limited to this configuration. Any variable compression ratio mechanism that can change the volume of the combustion chamber when the top dead center is reached can be employed.

ところで、内燃機関の燃焼サイクルの排気行程においては、ピストンが上死点まで上昇する。排気行程においては、大部分の燃焼ガスが排出されるが、一部の燃焼ガスは機関排気通路に流出せずに燃焼室に残留して残留ガスになる。残留ガスは、次の吸気工程において気筒内に流入する新気と混合される。それぞれの燃焼サイクルにおいて気筒内に封入される気体には、機関吸気通路から供給される新気と残留ガスとが含まれる。 By the way, in the exhaust stroke of the combustion cycle of the internal combustion engine, the piston rises to the top dead center. In the exhaust stroke, most of the combustion gas is discharged, but a part of the combustion gas does not flow out to the engine exhaust passage but remains in the combustion chamber to become a residual gas. The residual gas is mixed with fresh air flowing into the cylinder in the next intake process. The gas sealed in the cylinder in each combustion cycle includes fresh air and residual gas supplied from the engine intake passage.

図５に、本実施の形態の比較例の内燃機関の運転制御における残留ガスの収縮を説明する概略図を示す。本実施の形態の内燃機関においては、排気行程においてピストン３が上昇し、ピストン３が上死点に到達したときに排気弁が閉弁する。また、ピストン３が上死点に到達したときに吸気弁が開弁する。本実施の形態の内燃機関では、ピストンが下死点に位置しているときに吸気弁が閉弁する。図５には、吸気行程の開始時と吸気行程の終了時との概略図が示されている。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the contraction of the residual gas in the operation control of the internal combustion engine of the comparative example of the present embodiment. In the internal combustion engine of the present embodiment, the piston 3 rises during the exhaust stroke, and the exhaust valve closes when the piston 3 reaches top dead center. Further, when the piston 3 reaches top dead center, the intake valve opens. In the internal combustion engine of the present embodiment, the intake valve is closed when the piston is located at the bottom dead center. FIG. 5 shows a schematic diagram of the start of the intake stroke and the end of the intake stroke.

吸気行程の開始時に燃焼室５に残留する燃焼ガスは、残留ガスになる。残留ガスは、燃料が燃焼した直後の排気ガスであるために高温の状態である。次に、吸気行程においては吸気ポートから新気が流入する。本実施の形態においては、直噴型の内燃機関であるために空気が気筒内に流入する。気筒内に流入する空気には外気が含まれるために、低温の状態である。気筒内に残留する残留ガスは、新気に冷却される。残留ガスは、温度が低下するとともに収縮する。 The combustion gas remaining in the combustion chamber 5 at the start of the intake stroke becomes a residual gas. The residual gas is an exhaust gas immediately after the fuel is burned, and thus is in a high temperature state. Next, in the intake stroke, fresh air flows from the intake port. In the present embodiment, since it is a direct injection type internal combustion engine, air flows into the cylinder. Since the air flowing into the cylinder includes outside air, it is in a low temperature state. The residual gas remaining in the cylinder is cooled to fresh air. The residual gas shrinks as the temperature decreases.

このために、吸気行程の終了時には残留ガスの容積が小さくなる。容積が小さくなった収縮量の部分についても、吸気ポートから新気が供給される。吸気行程において気筒内に流入する新気の量は、たとえば燃焼時の空燃比を正確に制御するために、吸気弁が開いている期間のピストン３の行程容積になることが好ましい。ところが、残留ガスの収縮量に対応する部分には新気が流入するため、所望の新気の量よりも多くの新気が気筒内に流入する。 For this reason, the volume of residual gas becomes small at the end of the intake stroke. The fresh air is also supplied from the intake port for the portion of the contraction amount whose volume is reduced. The amount of fresh air that flows into the cylinder during the intake stroke is preferably the stroke volume of the piston 3 during the period in which the intake valve is open, for example, in order to accurately control the air-fuel ratio during combustion. However, since fresh air flows into the portion corresponding to the contraction amount of the residual gas, more fresh air flows into the cylinder than the desired amount of fresh air.

比較例の内燃機関の運転制御では、機械圧縮比を変更すると、燃焼室の容積が変化するために残留ガスの量が変化する。このために、吸気行程の終了時の残留ガスの収縮量も変化する。この結果、吸気弁および排気弁の開閉時期等の条件が同一であっても、機械圧縮比を変更すると、気筒内に流入する新気の量が変化していた。 In the operation control of the internal combustion engine of the comparative example, when the mechanical compression ratio is changed, the volume of the combustion chamber changes, so that the amount of residual gas changes. For this reason, the contraction amount of the residual gas at the end of the intake stroke also changes. As a result, even if the conditions such as the opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve are the same, the amount of fresh air flowing into the cylinder changes when the mechanical compression ratio is changed.

図６は、本実施の形態の内燃機関の運転制御における残留ガスの収縮を説明する概略図である。本実施の形態における内燃機関は、気筒内に冷却液体を供給する冷却液体供給手段を備える。本実施の形態においては、残留ガスを冷却するための冷却液体として燃料を用いる。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the contraction of the residual gas in the operation control of the internal combustion engine of the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment includes a cooling liquid supply means for supplying a cooling liquid into the cylinder. In the present embodiment, fuel is used as a cooling liquid for cooling the residual gas.

本実施の形態の冷却液体供給手段は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１を含む。本実施の形態の内燃機関の運転制御においては、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、残留ガスを冷却するための冷却液体を気筒内に供給して残留ガスを収縮させる。残留ガスを収縮させた後に排気弁を閉弁する。この構成により、吸気行程において新気が流入している期間中に残留ガスが収縮することを抑制することができる。気筒内に流入する新気の量が所望の量よりも多くなることを抑制することができる。 The cooling liquid supply means of the present embodiment includes a fuel injection valve 11 that injects fuel into the cylinder. In the operation control of the internal combustion engine of the present embodiment, at a predetermined time immediately before the exhaust valve closes, a cooling liquid for cooling the residual gas is supplied into the cylinder to contract the residual gas. After exhausting the residual gas, the exhaust valve is closed. With this configuration, it is possible to suppress the residual gas from contracting during a period in which fresh air flows in the intake stroke. It is possible to suppress the amount of fresh air flowing into the cylinder from becoming larger than a desired amount.

排気行程の途中においては、矢印１０１に示すように、ピストン３が上死点に向かって移動している。このときに、燃料噴射弁１１から燃料の予備噴射を行うことにより、高温の残留ガスを冷却する。すなわち、排気行程において残留ガスを冷却する。残留ガスは冷却により低温になると共に収縮する。 In the middle of the exhaust stroke, as indicated by an arrow 101, the piston 3 moves toward the top dead center. At this time, the hot residual gas is cooled by performing preliminary fuel injection from the fuel injection valve 11. That is, the residual gas is cooled in the exhaust stroke. Residual gas shrinks as it cools down.

吸気行程の開始時（本実施の形態においては排気行程の終了時）においては、ピストン３が上死点に到達している。このときに、残留ガスは燃料の予備噴射より冷却されて、既に収縮している。この後にピストン３が下降して吸気行程が行なわれ、新気が気筒内に流入する。残留ガスは、吸気行程の開始時に既に冷却されているために、新気による残留ガスの冷却を抑制することができる。本実施の形態における内燃機関の運転制御においては、機械圧縮比が変更されて残留ガスの量が変化しても、気筒内に流入する新気の量をほぼ行程容積にすることができる。吸気弁および排気弁の開閉時期等の運転状態が同一の時に、機械圧縮比に依存して気筒内に流入する新気の量が変化することを抑制できる。 At the start of the intake stroke (at the end of the exhaust stroke in the present embodiment), the piston 3 has reached top dead center. At this time, the residual gas is cooled by the preliminary fuel injection and has already contracted. After this, the piston 3 descends to perform the intake stroke, and fresh air flows into the cylinder. Since the residual gas has already been cooled at the start of the intake stroke, cooling of the residual gas by fresh air can be suppressed. In the operation control of the internal combustion engine in the present embodiment, even if the mechanical compression ratio is changed and the amount of residual gas changes, the amount of fresh air flowing into the cylinder can be made substantially the stroke volume. When the operating conditions such as the opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve are the same, it is possible to suppress a change in the amount of fresh air flowing into the cylinder depending on the mechanical compression ratio.

図６に示す例においては、吸気行程において気筒内に流入する新気により、低温の残留ガスがさらに冷却されて、わずかに収縮している。残留ガスの収縮量がわずかに存在しているが、気筒内に流入する新気の量をほぼ行程容積にすることができる。残留ガスの収縮についてはこの形態に限られず、排気行程において十分に残留ガスを冷却し、吸気行程における残留ガスの収縮量が零になるように制御しても構わない。 In the example shown in FIG. 6, the low-temperature residual gas is further cooled and contracted slightly by the fresh air flowing into the cylinder during the intake stroke. Although there is a slight amount of contraction of the residual gas, the amount of fresh air flowing into the cylinder can be made substantially the stroke volume. The contraction of the residual gas is not limited to this form, and it may be controlled so that the residual gas is sufficiently cooled in the exhaust stroke and the contraction amount of the residual gas in the intake stroke becomes zero.

このように、本実施の形態においては、吸気行程が開始される前に残留ガスを冷却することにより、吸気行程における残留ガスの収縮を抑制することができる。吸気行程において気筒内に流入する新気の量が所望の量からずれることを抑制できる。このために、燃焼時の空燃比を所望の空燃比に近づけることができる。 As described above, in the present embodiment, the residual gas is cooled during the intake stroke by cooling the residual gas before the intake stroke is started. It is possible to suppress the amount of fresh air flowing into the cylinder during the intake stroke from deviating from a desired amount. For this reason, the air-fuel ratio at the time of combustion can be brought close to a desired air-fuel ratio.

また、図１を参照して、本実施の形態の排気浄化装置は三元触媒２０を含む。本実施の形態においては、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスにおいて、空気および燃料の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称する。三元触媒２０は、流入する排気ガスの空燃比が、ほぼ理論空燃比であることが好ましい。このために、燃焼室において燃焼する時の燃焼空燃比は、ほぼ理論空燃比であることが好ましい。 Referring to FIG. 1, the exhaust purification device of the present embodiment includes a three-way catalyst 20. In the present embodiment, in the exhaust gas supplied to the engine intake passage, the combustion chamber, or the engine exhaust passage, the ratio of air and fuel is referred to as the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas. In the three-way catalyst 20, it is preferable that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, it is preferable that the combustion air-fuel ratio when burning in the combustion chamber is substantially the stoichiometric air-fuel ratio.

本実施の形態の内燃機関においては、気筒内に吸入される空気量を従来の技術より正確に制御することができるために、燃焼時の空燃比を理論空燃比に近づけることができる。このために、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけることができる。三元触媒において排気を効果的に浄化することができて、大気中に放出される排気の性状悪化を抑制できる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, since the amount of air sucked into the cylinder can be controlled more accurately than in the prior art, the air-fuel ratio at the time of combustion can be brought close to the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst can be brought close to the stoichiometric air-fuel ratio. In the three-way catalyst, the exhaust gas can be effectively purified, and deterioration of the properties of the exhaust gas released into the atmosphere can be suppressed.

図７に、本実施の形態の内燃機関における運転制御のタイムチャートを示す。図７の運転制御例では、吸気行程の開始時のピストンが上死点に位置しているクランク角度を０度としている。本実施の形態において、吸気弁は、クランク角度が０度から１８０度までの期間に開弁する。排気弁は、クランク角度が５４０度から７２０度（０度）までの期間に開弁する。本実施の形態の内燃機関においては、排気行程の排気弁の閉弁の直前の予め定められた時期に、冷却液体として機能する燃料の噴射を行なっている。 FIG. 7 shows a time chart of operation control in the internal combustion engine of the present embodiment. In the operation control example of FIG. 7, the crank angle at which the piston at the start of the intake stroke is located at the top dead center is set to 0 degrees. In the present embodiment, the intake valve is opened during a period in which the crank angle is 0 to 180 degrees. The exhaust valve is opened during a period in which the crank angle is from 540 degrees to 720 degrees (0 degrees). In the internal combustion engine of the present embodiment, the fuel functioning as the cooling liquid is injected at a predetermined time immediately before closing the exhaust valve in the exhaust stroke.

圧縮行程においては、気筒内に封入された新気が圧縮される。本実施の形態においては、ピストンが圧縮上死点に到達する前に燃料の主噴射を行なっている。その後に点火することにより、燃料が燃焼して膨張行程が行なわれる。排気行程においては排気弁が開弁される。本実施の形態においては、排気弁の閉弁直前の予め定められた時期に残留ガスを冷却するための燃料の予備噴射を行なっている。クランク角度が７２０度（０度）において、排気弁を閉弁し、吸気弁を開弁する制御を行なっている。この後に吸気行程を行なっている。このように、本実施の形態においては、１つの気筒の１回の燃焼サイクルにおいて、複数回の燃料噴射を行なっている。 In the compression stroke, the fresh air enclosed in the cylinder is compressed. In the present embodiment, the main fuel injection is performed before the piston reaches the compression top dead center. Thereafter, ignition is performed, so that the fuel is combusted and an expansion stroke is performed. In the exhaust stroke, the exhaust valve is opened. In the present embodiment, preliminary injection of fuel for cooling the residual gas is performed at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed. When the crank angle is 720 degrees (0 degrees), the exhaust valve is closed and the intake valve is opened. After this, the intake stroke is performed. Thus, in the present embodiment, fuel injection is performed a plurality of times in one combustion cycle of one cylinder.

冷却液体としての燃料の噴射量である予備の燃料噴射量は、残留ガスの温度が新気の温度に近づいて、吸気行程における残留ガスの収縮を抑制できる量を設定することができる。 The preliminary fuel injection amount, which is the fuel injection amount as the cooling liquid, can be set to an amount that can suppress the contraction of the residual gas in the intake stroke when the temperature of the residual gas approaches the temperature of the fresh air.

本実施の形態の内燃機関においては、機械圧縮比に基づいて、予備の燃料噴射量を設定し、設定した予備の燃料噴射量にて燃料を噴射している。予備の燃料噴射量としては、残留ガスの量が多いほど、多くの燃料を噴射することが好ましい。たとえば、機械圧縮比が低くなるほど、燃焼室の容積が大きくなり、残留ガスの量が多くなる。このため、機械圧縮比が低くなるほど予備の燃料噴射量を大きくする制御を行なうことが好ましい。また、予備の燃料噴射量としては、排気弁が閉弁するまでに残留ガスがほぼ吸気の温度まで冷却される量であることが好ましい。 In the internal combustion engine of the present embodiment, a reserve fuel injection amount is set based on the mechanical compression ratio, and fuel is injected at the set reserve fuel injection amount. As a reserve fuel injection amount, it is preferable to inject more fuel as the amount of residual gas increases. For example, as the mechanical compression ratio decreases, the volume of the combustion chamber increases and the amount of residual gas increases. For this reason, it is preferable to perform control to increase the reserve fuel injection amount as the mechanical compression ratio becomes lower. Further, the reserve fuel injection amount is preferably an amount by which the residual gas is cooled to substantially the temperature of the intake air before the exhaust valve is closed.

予備の燃料噴射量は、例えば機械圧縮比を関数にした予備の燃料噴射量のマップを予め作成して電子制御ユニットに記憶させておくことができる。または、予備の燃料噴射量の設定においては、機械圧縮比に加えて他の運転状態に基づいて設定しても構わない。たとえば、機関回転数や要求負荷などを関数にしても構わない。この場合には、内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に基づいて予備の燃料噴射量を設定することができる。または、本実施の形態においては、実際の機械圧縮比を検出しているが、この形態に限られず、要求される機械圧縮比を用いて燃料の噴射量を設定しても構わない。 The reserve fuel injection amount can be stored in the electronic control unit by creating a map of the reserve fuel injection amount as a function of the mechanical compression ratio, for example. Alternatively, the preliminary fuel injection amount may be set based on other operating conditions in addition to the mechanical compression ratio. For example, the engine speed or the required load may be a function. In this case, the operating state of the internal combustion engine can be detected, and the reserve fuel injection amount can be set based on the operating state. Alternatively, in the present embodiment, the actual mechanical compression ratio is detected. However, the present invention is not limited to this form, and the fuel injection amount may be set using the required mechanical compression ratio.

本実施の形態においては、内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に基づいて燃焼室に供給する１個の気筒の１回の燃焼サイクルにおける全体の燃料噴射量を設定する。全体の燃料噴射量としては、例えば、機関回転数、要求負荷および機械圧縮比に基づいて設定することができる。燃焼室に燃料を供給する主噴射の燃料噴射量は、全体の燃料噴射量から予備の燃料噴射量を減算することにより算出することができる。この制御を行なうことにより、燃焼室に供給する全体の燃料噴射量を変化させずに、燃料の予備噴射を行なって残留ガスを収縮させることができる。 In the present embodiment, the operating state of the internal combustion engine is detected, and the entire fuel injection amount in one combustion cycle of one cylinder supplied to the combustion chamber is set based on the operating state. The total fuel injection amount can be set based on, for example, the engine speed, the required load, and the mechanical compression ratio. The fuel injection amount of the main injection for supplying fuel to the combustion chamber can be calculated by subtracting the preliminary fuel injection amount from the total fuel injection amount. By performing this control, the residual gas can be contracted by performing preliminary fuel injection without changing the overall fuel injection amount supplied to the combustion chamber.

図８に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。図８の運転制御では１回の燃焼サイクルを示しており、繰り返し行なうことができる。図８のフローチャートでは、燃料の主噴射から記載を開始している。 FIG. 8 shows a flowchart of the operation control of the internal combustion engine in the present embodiment. The operation control in FIG. 8 shows one combustion cycle and can be repeated. In the flowchart of FIG. 8, the description starts from the main injection of fuel.

ステップ１１１においては、圧縮行程において燃料の主噴射を行なう。ステップ１１２においては、点火により燃料を燃焼させて膨張行程を行う。ステップ１１３においては、排気弁を開弁して排気行程を開始する。 In step 111, the main injection of fuel is performed in the compression stroke. In step 112, an expansion stroke is performed by burning the fuel by ignition. In step 113, the exhaust valve is opened to start the exhaust stroke.

ステップ１１４においては、機械圧縮比を検出する。図３を参照して、本実施の形態の内燃機関においては、相対位置センサ９５の出力により機械圧縮比を検出することができる。また、同時に内燃機関の運転状態を検出する。 In step 114, the mechanical compression ratio is detected. Referring to FIG. 3, in the internal combustion engine of the present embodiment, the mechanical compression ratio can be detected by the output of relative position sensor 95. At the same time, the operating state of the internal combustion engine is detected.

次に、ステップ１１５においては、検出した機械圧縮比に基づいて、予備の燃料噴射量を設定する。本実施の形態においては、機械圧縮比を関数にする予備の燃料噴射量のマップを電子制御ユニット３１に記憶させている。ステップ１１５においては、検出した機械圧縮比に基づいて予備の燃料噴射量をマップから読み込む。また、内燃機関の運転状態に基づいて、１回の燃焼サイクルにおける全体の燃料噴射量を設定する。全体の燃料噴射量から予備の燃料噴射量を減算することにより、主噴射の燃料の噴射量を算出することができる。 Next, in step 115, a preliminary fuel injection amount is set based on the detected mechanical compression ratio. In the present embodiment, the electronic control unit 31 stores a map of the reserve fuel injection amount that is a function of the mechanical compression ratio. In step 115, the reserve fuel injection amount is read from the map based on the detected mechanical compression ratio. Further, the entire fuel injection amount in one combustion cycle is set based on the operating state of the internal combustion engine. By subtracting the reserve fuel injection amount from the total fuel injection amount, the fuel injection amount of the main injection can be calculated.

ステップ１１６においては、排気弁の閉弁直前に燃料の予備噴射を行なう。燃料の予備噴射を行なうことにより残留ガスを収縮させる。 In step 116, fuel preliminary injection is performed immediately before the exhaust valve is closed. Residual gas is contracted by pre-injecting fuel.

次に、ステップ１１７においては、排気弁を閉弁し、吸気弁を開弁する。排気行程を終了して吸気行程に移行する。吸気行程においては新気が気筒内に流入するが、予備噴射を行っていることにより、吸気行程における残留ガスの収縮を抑制することができる。 Next, in step 117, the exhaust valve is closed and the intake valve is opened. End the exhaust stroke and shift to the intake stroke. In the intake stroke, fresh air flows into the cylinder, but by performing preliminary injection, it is possible to suppress contraction of residual gas in the intake stroke.

ステップ１１８においては、吸気弁を閉弁する。吸気行程が終了して、圧縮行程に移行する。このような１回の燃焼サイクルを繰り返して行なうことができる。 In step 118, the intake valve is closed. After the intake stroke is completed, the process proceeds to the compression stroke. Such a single combustion cycle can be repeated.

本実施の形態における予備の燃料噴射量は、機械圧縮比に基づいて可変に制御しているが、この形態に限られず、予備の燃料噴射量を一定の量に制御することもできる。すなわち、予備の燃料噴射量を固定することができる。ところが、予備の燃料噴射量が少ないと、残留ガスをほとんど冷却できない虞がある。また、予備の燃料噴射量が多いと、排気行程において、排気ガスと共に機関排気通路に排出される燃料の量が多くなる虞がある。このために、予備の燃料噴射量は、機械圧縮比に基づいて噴射量を設定することが好ましい。 The reserve fuel injection amount in the present embodiment is variably controlled based on the mechanical compression ratio. However, the reserve fuel injection amount is not limited to this mode, and the reserve fuel injection amount can be controlled to a constant amount. That is, the reserve fuel injection amount can be fixed. However, if the reserve fuel injection amount is small, the residual gas may be hardly cooled. Further, if the reserve fuel injection amount is large, the amount of fuel discharged into the engine exhaust passage along with the exhaust gas may increase in the exhaust stroke. For this reason, it is preferable that the reserve fuel injection amount is set based on the mechanical compression ratio.

燃料の予備噴射を行なう時期としては、排気弁が閉弁した後に燃料の予備噴射を行うと封入された残留ガスが収縮するために、排気弁の閉弁前が好ましい。排気弁の閉弁前に残留ガスを収縮させたときの収縮量に対応する気体は、排気ポートから燃焼室に流入させることができる。 The timing for performing the preliminary injection of fuel is preferably before the exhaust valve is closed, because when the preliminary injection of fuel is performed after the exhaust valve is closed, the sealed residual gas contracts. The gas corresponding to the contraction amount when the residual gas is contracted before the exhaust valve is closed can flow into the combustion chamber from the exhaust port.

また、燃料の予備噴射を行う時期としては、燃焼室における燃料の燃焼が終了した後に設定することができる。例えば、排気行程を開始した直後に燃料の予備噴射を行なうことができる。しかしながら、排気行程を開始した直後においては、気筒内に残留する残留ガスの量が多いにために、残留ガスの温度を低下させるためには、多量の燃料噴射が必要となる。また、燃焼ガスの大部分が機関排気通路に排出されるために、燃焼ガスと共に機関排気通路に排出される燃料の量が多くなる。このため、燃料の予備噴射の噴射時期は、気筒内の残留ガスが少量であり、機関排気通路に排出される残留ガスの量が少なくなっている排気弁が閉弁する直前の時期が好ましい。 In addition, the timing for performing the preliminary fuel injection can be set after the combustion of the fuel in the combustion chamber is completed. For example, fuel preliminary injection can be performed immediately after the exhaust stroke is started. However, immediately after the start of the exhaust stroke, the amount of residual gas remaining in the cylinder is large. Therefore, in order to reduce the temperature of the residual gas, a large amount of fuel injection is required. Further, since most of the combustion gas is discharged to the engine exhaust passage, the amount of fuel discharged to the engine exhaust passage together with the combustion gas increases. For this reason, the injection timing of the preliminary fuel injection is preferably a timing immediately before the exhaust valve is closed, in which the amount of residual gas in the cylinder is small and the amount of residual gas discharged to the engine exhaust passage is small.

上記の実施の形態においては、ピストンが上死点に到達したときに吸気弁を開弁するとともに、排気弁を閉弁する制御を行なっている。すなわち、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを有しない制御を例示しているが、この形態に限られず、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを有していても構わない。この場合には、予備の燃料噴射量は、バルブオーバラップ量に基づいて設定しても構わない。例えば、バルブオーバラップ量を多くすると、気筒内に残留する残留ガスが多くなるために、予備の燃料噴射量を多くする補正を行なうことができる。 In the above embodiment, control is performed to open the intake valve and close the exhaust valve when the piston reaches top dead center. That is, the control without the valve overlap between the intake valve and the exhaust valve is illustrated, but the present invention is not limited to this configuration, and the valve overlap between the intake valve and the exhaust valve may be provided. In this case, the reserve fuel injection amount may be set based on the valve overlap amount. For example, if the valve overlap amount is increased, the residual gas remaining in the cylinder increases, so that a correction for increasing the reserve fuel injection amount can be performed.

また、後述する実施の形態４における超高膨張比制御を行う内燃機関の場合には、吸入する新気の量を少なくするために、吸気弁の閉弁時期を遅角する制御を行なう場合がある。すなわち、ピストンが下死点に到達した後に、吸気弁を閉弁する制御を行なう場合がある。このような内燃機関の場合には、機関吸気通路への新気の吹き戻しが存在する。この内燃機関においては、機関吸気通路への吹き戻し量に基づいて、予備の燃料噴射量を設定する制御を行なっても構わない。 Further, in the case of an internal combustion engine that performs ultra-high expansion ratio control in Embodiment 4 described later, there is a case where control is performed to retard the closing timing of the intake valve in order to reduce the amount of fresh air to be sucked. is there. That is, there is a case where control is performed to close the intake valve after the piston reaches bottom dead center. In the case of such an internal combustion engine, there is a fresh air blowback to the engine intake passage. In this internal combustion engine, control for setting a reserve fuel injection amount may be performed based on the blowback amount to the engine intake passage.

このように、予備の燃料噴射量の設定においては、機械圧縮比の他に吸気弁および排気弁の開閉時期に基づいて補正を行なうことができる。更に、他の内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づいて予備の燃料噴射量を設定しても構わない。 Thus, in setting the reserve fuel injection amount, correction can be performed based on the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve in addition to the mechanical compression ratio. Further, the operating state of another internal combustion engine may be detected, and a reserve fuel injection amount may be set based on the detected operating state.

本実施の形態においては、残留ガスを冷却する冷却液体として燃料を用いているが、この形態に限られず、残留ガスを冷却する任意の冷却液体を気筒内に供給することができる。 In the present embodiment, fuel is used as the cooling liquid for cooling the residual gas. However, the present invention is not limited to this mode, and any cooling liquid for cooling the residual gas can be supplied into the cylinder.

本実施の形態における冷却液体供給手段は、気筒内に直接的に冷却液体を供給するように形成されているが、この形態に限られず、冷却液体供給手段としては、気筒内に冷却液体を供給できる任意の装置を採用することができる。例えば、排気ポートを介して間接的に冷却液体を気筒内に供給するように形成されていても構わない。 The cooling liquid supply means in the present embodiment is configured to supply the cooling liquid directly into the cylinder. However, the cooling liquid supply means is not limited to this form, and the cooling liquid supply means supplies the cooling liquid into the cylinder. Any possible device can be employed. For example, the cooling liquid may be indirectly supplied to the cylinder via the exhaust port.

本実施の形態においては、火花点火式の内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、圧縮自着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。 In the present embodiment, a spark ignition type internal combustion engine has been described as an example. However, the present invention is not limited to this mode, and the present invention can also be applied to a compression self-ignition type internal combustion engine.

本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、圧縮比可変機構を備える任意の内燃機関に本発明を適用することができる。 In the present embodiment, the internal combustion engine disposed in the vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention can be applied to any internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism.

（実施の形態２）
図９および図１０を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関は、実施の形態１における冷却液体としての燃料を噴射する燃料噴射弁の代わりに、冷却液体としての水を噴射する水噴射弁を備える。 (Embodiment 2)
The internal combustion engine in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The internal combustion engine of the present embodiment includes a water injection valve that injects water as the cooling liquid instead of the fuel injection valve that injects fuel as the cooling liquid in the first embodiment.

図９に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。本実施の形態における内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関である。本実施の形態における内燃機関は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている燃料噴射弁１１を含む。 FIG. 9 shows a schematic diagram of the internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a port injection type internal combustion engine that injects fuel into an intake port. The internal combustion engine in the present embodiment includes a fuel injection valve 11 arranged to inject fuel into the intake port 7.

本実施の形態の内燃機関においては、吸気ポート７の内部に燃料の噴射が行なわれる。燃料噴射弁１１からの燃料の噴射時期は、例えば、吸気弁６の開弁時期よりも早い時期を例示することができる。または、吸気弁６の開弁前から吸気弁６の開弁直後までの期間にわたって、吸気ポート７内に燃料の噴射を行なうことができる。燃料の噴射量は、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づいて設定することができる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, fuel is injected into the intake port 7. The fuel injection timing from the fuel injection valve 11 can be exemplified as an earlier timing than the opening timing of the intake valve 6, for example. Alternatively, fuel can be injected into the intake port 7 over a period from before the intake valve 6 is opened to immediately after the intake valve 6 is opened. The fuel injection amount can be set based on the detected operating state by detecting the operating state of the internal combustion engine.

本実施の形態における冷却液体を供給する冷却液体供給手段は、気筒内に冷却水を供給する冷却水噴射弁６１を含む。本実施の形態における冷却水噴射弁６１は、気筒内に直接的に冷却水を噴射するように形成されている。冷却液体供給手段は、冷却水噴射弁６１に冷却水を供給するための冷却水ポンプ６３を含む。また、冷却液体供給手段は、冷却水を貯留するための冷却水タンク６２を含む。冷却水ポンプ６３は、冷却水タンク６２の冷却水を、冷却水噴射弁６１に供給する。冷却水噴射弁６１および冷却水供給ポンプ６３は、電子制御ユニット３１に制御されている。 The cooling liquid supply means for supplying the cooling liquid in the present embodiment includes a cooling water injection valve 61 for supplying cooling water into the cylinder. The cooling water injection valve 61 in the present embodiment is formed so as to inject cooling water directly into the cylinder. The cooling liquid supply means includes a cooling water pump 63 for supplying cooling water to the cooling water injection valve 61. The cooling liquid supply means includes a cooling water tank 62 for storing cooling water. The cooling water pump 63 supplies the cooling water in the cooling water tank 62 to the cooling water injection valve 61. The cooling water injection valve 61 and the cooling water supply pump 63 are controlled by the electronic control unit 31.

本実施の形態の内燃機関においても、残留ガスを冷却するための冷却液体の供給量を機械圧縮比に基づいて設定し、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、設定した供給量の冷却液体を気筒内に供給する。 Also in the internal combustion engine of the present embodiment, the supply amount of the cooling liquid for cooling the residual gas is set based on the mechanical compression ratio, and the supply set at a predetermined time just before the exhaust valve closes An amount of cooling liquid is supplied into the cylinder.

図１０に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。図１０の運転制御は、繰り返して行うことができる。図１０においては、１回の燃焼サイクルの運転制御について記載している。 FIG. 10 shows a flowchart of the operation control of the internal combustion engine in the present embodiment. The operation control in FIG. 10 can be performed repeatedly. In FIG. 10, operation control of one combustion cycle is described.

ステップ１２１においては、燃焼室において点火を行なって燃料の燃焼を行なう。燃焼サイクルの膨張行程を行なう。ステップ１２２においては、排気弁を開弁して排気行程を開始する。 In step 121, ignition is performed in the combustion chamber to burn the fuel. Perform the expansion stroke of the combustion cycle. In step 122, the exhaust valve is opened to start the exhaust stroke.

次に、ステップ１２３においては、機械圧縮比を検出する。ステップ１２４においては、気筒内に噴射する冷却水の噴射量を設定する。冷却水の噴射量は、実施の形態１と同様に、検出した機械圧縮比に基づいて設定することができる。冷却水の噴射量の設定においても、実施の形態１と同様に、例えば、機械圧縮比を関数にする冷却水の噴射量のマップを予め作成し、電子制御ユニット３１に記憶させておくことができる。 Next, in step 123, the mechanical compression ratio is detected. In step 124, the injection amount of the cooling water injected into the cylinder is set. The injection amount of the cooling water can be set based on the detected mechanical compression ratio as in the first embodiment. Also in the setting of the cooling water injection amount, as in the first embodiment, for example, a map of the cooling water injection amount using the mechanical compression ratio as a function may be created in advance and stored in the electronic control unit 31. it can.

次に、ステップ１２５において、排気弁の閉弁直前の予め定められた時期に冷却水の噴射を行なう。冷却水を噴射することにより、排気弁を閉弁する前に残留ガスを収縮させることができる。 Next, in step 125, cooling water is injected at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed. By injecting the cooling water, the residual gas can be contracted before the exhaust valve is closed.

次に、ステップ１２６において、排気弁を閉弁するとともに吸気弁を開弁する。排気行程を終了して吸気行程に移行する。ステップ１２７においては、吸気弁を閉弁し、吸気行程を終了して圧縮行程に移行する。 Next, in step 126, the exhaust valve is closed and the intake valve is opened. End the exhaust stroke and shift to the intake stroke. In step 127, the intake valve is closed, the intake stroke is terminated, and the process proceeds to the compression stroke.

このように、残留ガスを冷却する冷却水を気筒内に供給することにより、残留ガスを予め収縮させて、吸気行程の期間中に残留ガスの収縮を抑制することができる。気筒内に流入する新気の量を所望の量に近づけることができる。 Thus, by supplying the cooling water for cooling the residual gas into the cylinder, the residual gas can be contracted in advance, and the contraction of the residual gas can be suppressed during the intake stroke. The amount of fresh air flowing into the cylinder can be brought close to a desired amount.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will not be repeated here.

（実施の形態３）
図１１および図１２を参照して、実施の形態３における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関は、機関排気通路を介して気筒内に冷却液体を供給する。 (Embodiment 3)
With reference to FIGS. 11 and 12, the internal combustion engine in the third embodiment will be described. The internal combustion engine of the present embodiment supplies the cooling liquid into the cylinder via the engine exhaust passage.

図１１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。本実施の形態においては、ポート噴射型の内燃機関を例示して説明する。本実施の形態の内燃機関は、排気浄化装置を備え、排気浄化装置は、排気処理装置としてのＮＯ_Ｘ選択還元触媒６５を含む。本実施の形態の内燃機関においては、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒６５に流入する排気に酸素が含まれるように制御される。ＮＯ_Ｘ選択還元触媒６５に流入する排気の空燃比がリーンになるように制御される。本実施の形態においては、燃料の燃焼時の燃焼空燃比がリーンになるように制御される。 FIG. 11 shows a schematic diagram of the internal combustion engine in the present embodiment. In the present embodiment, a port injection type internal combustion engine will be described as an example. The internal combustion engine of the present embodiment includes an exhaust purification device, and the exhaust purification device includes a NO _x selective reduction catalyst 65 as an exhaust treatment device. In the internal combustion engine of the present embodiment, control is performed so that the exhaust gas flowing into the NO _X selective reduction catalyst 65 contains oxygen. Control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X selective reduction catalyst 65 becomes lean. In the present embodiment, control is performed so that the combustion air-fuel ratio at the time of fuel combustion becomes lean.

ＮＯ_Ｘ選択還元触媒は、還元剤を供給することによりＮＯ_Ｘを選択的に還元することができる排気処理装置である。本実施の形態におけるＮＯ_Ｘ選択還元触媒は、アンモニアを還元剤としてＮＯ_Ｘを還元する。ＮＯ_Ｘ選択還元触媒は、例えば、アンモニアを吸着し、鉄等の遷移金属をイオン交換して担持させたゼオライトから構成することができる。または、アンモニアの吸着機能を有しないチタニア・バナジウム系の触媒から構成することができる。 The NO _X selective reduction catalyst is an exhaust treatment device that can selectively reduce NO _X by supplying a reducing agent. _The NO _X selective reducing catalyst in the present embodiment, the reduction of NO _X and ammonia as a reducing agent. The NO _X selective reduction catalyst can be composed of, for example, a zeolite that adsorbs ammonia and carries a transition metal such as iron by ion exchange. Alternatively, it can be composed of a titania / vanadium catalyst having no ammonia adsorption function.

排気浄化装置は、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒に還元剤を供給する還元剤供給弁を備える。本実施の形態における還元剤供給弁は、尿素水添加弁６６を含む。尿素水添加弁６６は、機関排気通路内に液体の尿素水を噴射するように形成されている。本実施の形態における尿素水添加弁６６は、排気ポート９に尿素水を噴射するように形成されている。 The exhaust purification apparatus includes a reducing agent supply valve that supplies a reducing agent to the NO _X selective reduction catalyst. The reducing agent supply valve in the present embodiment includes a urea water addition valve 66. The urea water addition valve 66 is formed to inject liquid urea water into the engine exhaust passage. The urea water addition valve 66 in the present embodiment is formed to inject urea water into the exhaust port 9.

本実施の形態における排気浄化装置は、尿素水添加弁６６に尿素を供給する尿素水ポンプ６７と尿素水タンク６８とを含む。尿素水添加弁６６には、尿素水ポンプ６７を介して尿素水タンク６８に接続されている。尿素水添加弁６６および尿素水ポンプ６７は、電子制御ユニットに接続されている。 The exhaust purification apparatus in the present embodiment includes a urea water pump 67 and urea water tank 68 that supply urea to the urea water addition valve 66. The urea water addition valve 66 is connected to a urea water tank 68 via a urea water pump 67. The urea water addition valve 66 and the urea water pump 67 are connected to the electronic control unit.

尿素水添加弁６６から機関排気通路を流れる排気ガス中に尿素水が供給されると、尿素水が加水分解される。尿素水が加水分解されることによりアンモニアと二酸化炭素が生成される。生成されたアンモニアがＮＯ_Ｘ選択還元触媒に供給されることにより、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒において、排気ガスに含まれるＮＯ_Ｘを窒素に還元することができる。 When urea water is supplied from the urea water addition valve 66 into the exhaust gas flowing through the engine exhaust passage, the urea water is hydrolyzed. Ammonia and carbon dioxide are produced by the hydrolysis of urea water. By the generated ammonia is fed to the NO _X selective reducing catalyst in _the NO _X selective reducing catalyst, the NO _X contained in the exhaust gas can be reduced to nitrogen.

本実施の形態における還元剤供給弁は、尿素水を機関排気通路に供給するように形成されているが、この形態に限られず、アンモニア水等の他の還元剤を機関排気通路に供給するように形成されていても構わない。 The reducing agent supply valve in the present embodiment is configured to supply urea water to the engine exhaust passage. However, the present invention is not limited to this configuration, and other reducing agents such as ammonia water are supplied to the engine exhaust passage. It may be formed.

本実施の形態における冷却液体供給手段は、還元剤が残留ガスを冷却する冷却液体として機能する。本実施の形態における内燃機関は、排気弁８が開弁している排気行程の期間中に、排気ポート９に向かって尿素水添加弁６６から尿素水を噴射する。尿素水添加弁６６は、液滴の状態で尿素水を噴霧する。噴射された尿素水の一部の液滴は、慣性により排気の流れに逆らって気筒内に供給される。気筒内に供給された還元剤により、残留ガスを冷却および収縮させることができる。更に、尿素水の添加により排気ポート内の排気が冷却されるために、伝熱により気筒内の残留ガスが冷却される。 The cooling liquid supply means in the present embodiment functions as a cooling liquid in which the reducing agent cools the residual gas. The internal combustion engine in the present embodiment injects urea water from the urea water addition valve 66 toward the exhaust port 9 during the exhaust stroke period in which the exhaust valve 8 is open. The urea water addition valve 66 sprays urea water in a droplet state. Some droplets of the injected urea water are supplied into the cylinder against the exhaust flow due to inertia. The residual gas can be cooled and contracted by the reducing agent supplied into the cylinder. Furthermore, since the exhaust gas in the exhaust port is cooled by the addition of urea water, the residual gas in the cylinder is cooled by heat transfer.

図１２に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。図１２の運転制御は、繰り返して行うことができる。図１２においては、１回の燃焼サイクルの運転制御について記載している。 FIG. 12 shows a flowchart of the operation control of the internal combustion engine in the present embodiment. The operation control of FIG. 12 can be performed repeatedly. In FIG. 12, operation control of one combustion cycle is described.

ステップ１３１においては、燃焼室において点火により燃料を燃焼させて膨張行程を行う。ステップ１３２においては、排気弁を開弁して排気行程を開始する。ステップ１３３においては、機械圧縮比を検出する。ステップ１３４においては、検出した機械圧縮比に基づいて尿素水の噴射量を設定する。 In step 131, the fuel is burned by ignition in the combustion chamber to perform an expansion stroke. In step 132, the exhaust valve is opened to start the exhaust stroke. In step 133, the mechanical compression ratio is detected. In step 134, the urea water injection amount is set based on the detected mechanical compression ratio.

次に、ステップ１３５においては、排気弁の閉弁直前の予め定められた時期に尿素水を排気ポートに添加する。尿素水を噴射することにより、排気弁を閉弁する前に残留ガスを冷却し、収縮させることができる。 Next, in step 135, urea water is added to the exhaust port at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed. By injecting urea water, the residual gas can be cooled and contracted before the exhaust valve is closed.

次に、ステップ１３６においては、排気弁を閉弁すると共に吸気弁を開弁する。排気行程を終了し、吸気行程に移行する。排気弁の閉弁前に残留ガスが冷却されているために、吸気行程での残留ガスの収縮が抑制される。次に、ステップ１３７においては、吸気弁を閉弁する。吸気行程から圧縮行程に移行する。 Next, in step 136, the exhaust valve is closed and the intake valve is opened. End the exhaust stroke and move to the intake stroke. Since the residual gas is cooled before the exhaust valve is closed, the contraction of the residual gas in the intake stroke is suppressed. Next, in step 137, the intake valve is closed. Transition from the intake stroke to the compression stroke.

このように、本実施の形態の内燃機関においても、前述の実施の形態と同様に、残留ガスを排気弁の閉弁前に冷却および収縮させることができる。気筒内に流入する新気の量を所望の量に近づけることができる。 As described above, also in the internal combustion engine of the present embodiment, the residual gas can be cooled and contracted before the exhaust valve is closed, as in the above-described embodiment. The amount of fresh air flowing into the cylinder can be brought close to a desired amount.

本実施の形態においては、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップを有しない運転制御を例示して説明したが、バルブオーバラップを有する場合には、吸気弁および排気弁が開いている期間中に、排気ポートから吸気ポートへの気体の流れが生じる場合がある。この場合には、尿素水添加弁から噴射された尿素水を気体の流れに沿って、気筒内に供給することができる。このため、気筒内に残留する残留ガスをより効果的に冷却することができる。 In the present embodiment, the operation control without the valve overlap between the intake valve and the exhaust valve has been described as an example. However, when the valve overlap is present, the intake valve and the exhaust valve are open. In addition, a gas flow from the exhaust port to the intake port may occur. In this case, urea water injected from the urea water addition valve can be supplied into the cylinder along the gas flow. For this reason, the residual gas remaining in the cylinder can be cooled more effectively.

所定の期間における還元剤の全体の添加量は、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒に供給する還元剤の量に基づいて行なうことができる。例えば、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒においてＮＯ_Ｘの浄化に必要なアンモニアを生成可能な尿素水の量を尿素水添加弁から供給することができる。排気弁の閉弁前に行う還元剤の噴射量に基づいて、更にＮＯ_Ｘを十分に還元するために必要な量の還元剤を添加することができる。 The total amount of the reducing agent added during the predetermined period can be determined based on the amount of the reducing agent supplied to the NO _X selective reduction catalyst. For example, the amount of urea water capable of generating ammonia necessary for NO _X purification in the NO _X selective reduction catalyst can be supplied from the urea water addition valve. Based on the injection amount of the reducing agent to be performed before the closing of the exhaust valve can be further added in an amount of reducing agent needed to adequately reduce the NO _X.

このように、本実施の形態においては、冷却液体としての還元剤を排気ポートに噴射することにより残留ガスを冷却することができる。 Thus, in the present embodiment, the residual gas can be cooled by injecting the reducing agent as the cooling liquid to the exhaust port.

本実施の形態においては、排気浄化装置に必要な還元剤を排気ポートに噴射しているが、この形態に限られず、任意の冷却液体を機関排気通路に供給することができる。 In the present embodiment, the reducing agent necessary for the exhaust gas purification apparatus is injected into the exhaust port. However, the present invention is not limited to this mode, and any cooling liquid can be supplied to the engine exhaust passage.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。 Other configurations, operations, and effects are similar to those of the first embodiment or the second embodiment, and thus description thereof will not be repeated here.

（実施の形態４）
図１３から図１６を参照して、実施の形態４における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関は、圧縮比可変機構に加えて吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備える。本実施の形態における内燃機関は、超高膨張比制御による運転が可能なように形成されている。 (Embodiment 4)
An internal combustion engine according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The internal combustion engine of the present embodiment includes a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve in addition to the variable compression ratio mechanism. The internal combustion engine in the present embodiment is formed so that it can be operated by ultra-high expansion ratio control.

図１３に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。本実施の形態における内燃機関は、可変動弁機構を備える。吸気ポート７の端部に配置されている吸気弁６は、吸気カム５１が回転することにより開閉するように形成されている。排気弁８は、排気カム５２が回転することにより開閉するように形成されている。可変動弁機構は、吸気弁６の開閉時期を変更する可変バルブタイミング装置５３を含む。本実施の形態における可変バルブタイミング装置５３は、吸気カム５１の回転軸に接続されている。可変バルブタイミング装置５３は、電子制御ユニット３１により制御されている。 FIG. 13 shows a schematic diagram of the internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable valve mechanism. The intake valve 6 disposed at the end of the intake port 7 is formed to open and close when the intake cam 51 rotates. The exhaust valve 8 is formed to open and close when the exhaust cam 52 rotates. The variable valve mechanism includes a variable valve timing device 53 that changes the opening / closing timing of the intake valve 6. The variable valve timing device 53 in the present embodiment is connected to the rotation shaft of the intake cam 51. The variable valve timing device 53 is controlled by the electronic control unit 31.

本実施の形態における可変バルブタイミング装置は、弁が開き始めてから閉じ終わるまでの作動角がほぼ一定で、作動角の中心の位相を変更可能に形成されている。可変バルブタイミング装置としては、この形態に限られず、作動角が可変に形成されていても構わない。また、吸気弁の閉弁時期を変更可能に形成されている任意の可変バルブタイミング装置を採用することができる。 The variable valve timing device according to the present embodiment is configured such that the operating angle from when the valve starts to open until it closes is substantially constant, and the phase at the center of the operating angle can be changed. The variable valve timing device is not limited to this form, and the operating angle may be variably formed. In addition, any variable valve timing device that can change the valve closing timing of the intake valve can be employed.

内燃機関は、一般的に機関負荷が低いほど熱効率が悪くなる。従って、内燃機関の運転時における熱効率を向上させるためには、負荷が低いときの熱効率を向上させることが好ましい。本実施の形態における圧縮比可変機構にて圧縮比を高くすることにより熱効率を向上させることができる。特に、圧縮比を高くすると、ピストンが上死点から下死点に向かうときの膨張比が大きくなるために熱効率が向上する。ところが、圧縮比可変機構により圧縮比を上昇させると、所定の圧縮比でノッキング等の異常燃焼が発現する。 An internal combustion engine generally has a lower thermal efficiency as the engine load is lower. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during operation of the internal combustion engine, it is preferable to improve the thermal efficiency when the load is low. Thermal efficiency can be improved by increasing the compression ratio with the variable compression ratio mechanism in the present embodiment. In particular, when the compression ratio is increased, the expansion ratio when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center is increased, so that the thermal efficiency is improved. However, when the compression ratio is increased by the compression ratio variable mechanism, abnormal combustion such as knocking occurs at a predetermined compression ratio.

本実施の形態における内燃機関は、可変動弁機構としての可変バルブタイミング装置を備え、吸気弁の開閉時期が可変に形成されている。吸気弁を閉じる時期を遅くすることにより、燃焼室に流入する新気の量を少なくすることができる。このため、吸気弁を閉じる時期を遅くすることにより、燃焼室において混合気が圧縮される時の実圧縮比を小さくすることができる。 The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable valve timing device as a variable valve mechanism, and the intake valve opening and closing timing is variably formed. By delaying the timing of closing the intake valve, the amount of fresh air flowing into the combustion chamber can be reduced. For this reason, by delaying the timing of closing the intake valve, the actual compression ratio when the air-fuel mixture is compressed in the combustion chamber can be reduced.

図１４は、本実施の形態における内燃機関の比較例の運転制御全般を概略的に説明するグラフである。図１４では、負荷に対する機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期を示している。なお、本実施の形態の内燃機関では、三元触媒によって排気ガスに含まれる未燃炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を同時に浄化できるように、燃焼時の空燃比が理論空燃比に制御されている。 FIG. 14 is a graph schematically illustrating overall operation control of a comparative example of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 14 shows the mechanical compression ratio with respect to the load and the closing timing of the intake valve. In the internal combustion engine of the present embodiment, the air-fuel ratio at the time of combustion becomes the stoichiometric air-fuel ratio so that unburned hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be simultaneously purified by the three-way catalyst. It is controlled.

本実施の形態における内燃機関は、高負荷のときには圧縮比可変機構により機械圧縮比が低くなるように制御している。すなわち、ピストンが圧縮上死点に到達したときの燃焼室の容積が大きくなるように制御して、異常燃焼の発生を抑制することができる。また、高負荷の時には可変動弁機構により吸気弁を閉じる時期を早くして、燃焼室に吸入される吸入空気量を多くしている。本実施の形態における内燃機関は、高負荷の時には、スロットル弁が全開に保持されている。このためにポンピング損失をほぼ零にすることができる。 The internal combustion engine in the present embodiment is controlled such that the mechanical compression ratio is lowered by a variable compression ratio mechanism when the load is high. That is, it is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion by controlling so that the volume of the combustion chamber is increased when the piston reaches compression top dead center. In addition, when the load is high, the timing of closing the intake valve is advanced by the variable valve mechanism to increase the amount of intake air taken into the combustion chamber. In the internal combustion engine in the present embodiment, the throttle valve is held fully open when the load is high. For this reason, the pumping loss can be made substantially zero.

本実施の形態の内燃機関は、矢印１０２に示すように負荷が小さくなると、吸入空気量を減少させるために可変動弁機構により吸気弁の閉弁時期が遅く制御される。吸気弁の閉弁時期を遅く変更する領域では、圧縮比可変機構により機械圧縮比が増大される。この制御により、燃焼室における実圧縮比をほぼ一定に保つことができる。実圧縮比が高くなって異常燃焼が発生することを制御できる。また、負荷を小さくしている領域においても、スロットル弁は全開の状態に保持されており、ポンピング損失をほぼ零にすることができる。更に、本実施の形態の内燃機関は、吸気弁を閉じる時期を遅くしても、膨張比は大きくなったままであるために、熱効率の向上を図ることができる。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室における実際の圧縮比を異常燃焼の発現する圧縮比未満に維持しながら、低負荷においては膨張比を大きくして熱効率を向上させることができる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, when the load becomes small as indicated by an arrow 102, the variable valve mechanism controls the intake valve closing timing late to reduce the intake air amount. In the region where the intake valve closing timing is changed late, the mechanical compression ratio is increased by the variable compression ratio mechanism. By this control, the actual compression ratio in the combustion chamber can be kept substantially constant. It can be controlled that the actual compression ratio becomes high and abnormal combustion occurs. Even in the region where the load is reduced, the throttle valve is kept fully open, and the pumping loss can be made substantially zero. Furthermore, the internal combustion engine of the present embodiment can improve the thermal efficiency because the expansion ratio remains large even when the intake valve is closed late. The internal combustion engine in the present embodiment can improve the thermal efficiency by increasing the expansion ratio at low loads while maintaining the actual compression ratio in the combustion chamber below the compression ratio at which abnormal combustion occurs.

本実施の形態における内燃機関では、負荷が更に低くなって、やや低負荷寄りの負荷Ｌ１に到達すると、圧縮比可変機構の構造上の圧縮比変更の限界となる限界機械圧縮比に到達する。このため、負荷Ｌ１よりも低い領域では、機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持される。 In the internal combustion engine according to the present embodiment, when the load is further reduced and reaches a load L1 that is slightly close to the low load, the limit mechanical compression ratio that becomes the limit of the compression ratio change on the structure of the compression ratio variable mechanism is reached. For this reason, in the region lower than the load L1, the mechanical compression ratio is maintained at the limit mechanical compression ratio.

また、図１４に示す例では、負荷Ｌ１まで低下すると、吸気弁の閉弁時期が燃焼室に供給される吸入空気量を制御できる限界閉弁時期になる。このために、負荷Ｌ１よりも負荷の低い領域では吸気弁の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。本実施の形態の内燃機関においては、負荷Ｌ１よりも低い領域ではスロットル弁によって燃焼室に吸入される吸入空気量が制御される。すなわち、負荷Ｌ１よりも低い領域では、負荷が低くなるほどスロットル弁の開度は小さくなるように制御される。 In the example shown in FIG. 14, when the load L1 is reduced, the closing timing of the intake valve becomes the limit closing timing at which the amount of intake air supplied to the combustion chamber can be controlled. For this reason, in the region where the load is lower than the load L1, the closing timing of the intake valve is held at the limit closing timing. In the internal combustion engine of the present embodiment, the amount of intake air taken into the combustion chamber is controlled by the throttle valve in a region lower than the load L1. That is, in the region lower than the load L1, the throttle valve opening is controlled to be smaller as the load is lower.

本実施の形態においては、負荷が変更される過渡運転状態を例示して説明する。本実施の形態の比較例の運転制御においては、負荷Ｌ１以上の領域にて、負荷を変化させる場合には、機械圧縮比と吸気弁の閉弁時期とを同時に変更している。例えば、負荷を上昇させる場合には機械圧縮比を低下させると同時に、吸気弁の閉弁時期を進角して吸入空気量を多くしている。 In the present embodiment, a transient operation state in which the load is changed will be described as an example. In the operation control of the comparative example of the present embodiment, when changing the load in the region of the load L1 or more, the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve are simultaneously changed. For example, when the load is increased, the mechanical compression ratio is decreased and at the same time the intake valve closing timing is advanced to increase the intake air amount.

本実施の形態の内燃機関の運転制御においては、所定の機械圧縮比に対応する吸気弁の閉弁時期よりも、閉弁時期を遅角して膨張比を大きくすることにより、残留ガスの温度を低くする制御を行う。排気弁の開弁時には過膨張状態になっているために残留ガスの温度は低くなる。このために、吸気行程において気筒内に流入する新気により、残留ガスが冷却されて収縮することを抑制できる。本実施の形態における内燃機関は、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とを独立して制御できるように形成されている。 In the operation control of the internal combustion engine of the present embodiment, the temperature of the residual gas is increased by retarding the valve closing timing and increasing the expansion ratio from the valve closing timing of the intake valve corresponding to a predetermined mechanical compression ratio. Control to lower the value. Since the exhaust valve is in an overexpanded state when the exhaust valve is opened, the temperature of the residual gas is lowered. For this reason, it is possible to suppress the residual gas from being cooled and contracted by the fresh air flowing into the cylinder during the intake stroke. The internal combustion engine in the present embodiment is formed so that the change of the mechanical compression ratio and the change of the closing timing of the intake valve can be controlled independently.

図１５に、本実施の形態における第１の運転制御のフローチャートを示す。第１の運転制御は、負荷が高くなる時の制御である。本実施の形態における第１の運転制御では、負荷を上昇させる場合に、機械圧縮比を先に低下させた後に、吸気弁の閉弁時期を進角させる。 FIG. 15 shows a flowchart of the first operation control in the present embodiment. The first operation control is control when the load becomes high. In the first operation control in the present embodiment, when the load is increased, the valve closing timing of the intake valve is advanced after the mechanical compression ratio is first decreased.

ステップ１４１においては、負荷上昇要求を検出する。すなわち、要求負荷が大きくなったことを検出する。要求負荷の変化は、例えば、図１を参照して、負荷センサ４１の出力により検出することができる。 In step 141, a load increase request is detected. That is, it detects that the required load has increased. The change in the required load can be detected by the output of the load sensor 41 with reference to FIG.

次に、ステップ１４２においては、吸気弁の閉弁時期を変化させずに、機械圧縮比を低下させる制御を行う。吸気弁の閉弁時期の進角前に機械圧縮比を低圧縮比にする。気筒内に流入する新気の量が変化しないように、吸気弁の閉弁時期を保持する。この後に、ステップ１４３において、吸気弁の閉弁時期を進角する制御を行う。 Next, in step 142, control is performed to reduce the mechanical compression ratio without changing the closing timing of the intake valve. The mechanical compression ratio is set to a low compression ratio before the intake valve closing timing is advanced. The intake valve closing timing is maintained so that the amount of fresh air flowing into the cylinder does not change. Thereafter, in step 143, control is performed to advance the closing timing of the intake valve.

本実施の形態の第１の運転制御においては、負荷を上昇する場合に、先に機械圧縮比を低下させることにより、所定の機械圧縮比に対する新気の量を少なくすることができて過膨張の状態を形成することができる。この結果、負荷上昇制御の期間において、残留ガスの温度を低くすることができる。吸気行程において流入する新気により残留ガスが冷却されて収縮することを抑制できる。 In the first operation control of the present embodiment, when the load is increased, the amount of fresh air with respect to a predetermined mechanical compression ratio can be reduced by reducing the mechanical compression ratio first, and thus overexpansion. Can be formed. As a result, the temperature of the residual gas can be lowered during the load increase control period. It is possible to suppress the residual gas from being cooled and contracted by the fresh air flowing in during the intake stroke.

なお、ノッキング現象やプレイグニッション現象等の異常燃焼が発現する運転状態よりも機械圧縮比が高圧縮比側であり、吸気弁の閉弁時期が進角されている場合には、異常燃焼が発現する虞がある。しかし、本実施の形態においては、異常燃焼が発現する運転状態よりも低圧縮比側であり、または、吸気弁の閉弁時期が遅角されているために異常燃焼の発現を回避することができる。 Note that abnormal combustion occurs when the mechanical compression ratio is higher than the operating state where abnormal combustion such as knocking or pre-ignition occurs, and the closing timing of the intake valve is advanced. There is a risk of doing. However, in the present embodiment, the occurrence of abnormal combustion may be avoided because the compression state is lower than the operating state in which abnormal combustion occurs or because the closing timing of the intake valve is retarded. it can.

図１６に、本実施の形態における第２の運転制御のフローチャートを示す。第２の運転制御においては、負荷を低下させる時の制御である。図１４を参照して、比較例の運転制御では、負荷Ｌ１以上の領域において、高負荷から低負荷に移行する場合には、機械圧縮比を上昇させると共に吸気弁の閉弁時期を遅角する制御を行う。本実施の形態における第２の運転制御では、負荷を低下させる場合に、吸気弁の閉弁時期を進角させた後に、機械圧縮比を上昇させる制御を行なう。 FIG. 16 shows a flowchart of the second operational control in the present embodiment. In the second operation control, the load is reduced. Referring to FIG. 14, in the operation control of the comparative example, when the load is shifted from high load to low load in the region of load L1 or higher, the mechanical compression ratio is increased and the closing timing of the intake valve is retarded. Take control. In the second operation control in the present embodiment, when the load is reduced, control is performed to increase the mechanical compression ratio after the valve closing timing of the intake valve is advanced.

ステップ１４４においては、負荷低下要求を検出する。次に、ステップ１４５においては、機械圧縮比を変更せずに、吸気弁の閉弁時期を遅角する。次に、ステップ１４６において、機械圧縮比を上昇させる制御を行う。気筒内に流入する新気の量が変化しないように、吸気弁の閉弁時期は保持する。 In step 144, a load reduction request is detected. Next, in step 145, the closing timing of the intake valve is retarded without changing the mechanical compression ratio. Next, in step 146, control for increasing the mechanical compression ratio is performed. The intake valve closing timing is maintained so that the amount of fresh air flowing into the cylinder does not change.

負荷を低下させる場合に、先に吸気弁の閉弁時期を遅角し、その後に機械圧縮比を上昇させることにより、所定の機械圧縮比に対する気筒内の新気の量を少なくすることができて過膨張の状態を形成することができる。この結果、負荷低下制御の期間において、残留ガスの温度を低くすることができる。吸気行程において流入する新気により残留ガスが冷却されて収縮することを抑制できる。 When reducing the load, the amount of fresh air in the cylinder for a given mechanical compression ratio can be reduced by retarding the closing timing of the intake valve first and then increasing the mechanical compression ratio. Thus, an overexpanded state can be formed. As a result, the temperature of the residual gas can be lowered during the load reduction control period. It is possible to suppress the residual gas from being cooled and contracted by the fresh air flowing in during the intake stroke.

このように、本実施の形態の内燃機関においては、過渡運転制御の期間において残留ガスの温度を低くして、吸気行程において残留ガスが収縮することを抑制することができる。 Thus, in the internal combustion engine of the present embodiment, the temperature of the residual gas can be lowered during the transient operation control period, and the residual gas can be prevented from contracting during the intake stroke.

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から実施の形態３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in any one of the first to third embodiments, and thus description thereof will not be repeated here.

上述のそれぞれの運転制御は適宜、作用および効果を変更しない範囲で順序を入れ替えたり、複数のステップを同時に行なったりすることができる。また、上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。 Each of the above-described operation controls can be appropriately changed in order without changing the operation and effect, or a plurality of steps can be performed simultaneously. Moreover, said embodiment can be combined suitably.

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。 In the respective drawings described above, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.

２シリンダブロック
３ピストン
４シリンダヘッド
５燃焼室
９排気ポート
１１燃料噴射弁
２０三元触媒
２１排気処理装置
２８燃料タンク
３１電子制御ユニット
５３可変バルブタイミング装置
６１冷却水噴射弁
６２冷却水タンク
６５ＮＯ_Ｘ選択還元触媒
６６尿素水添加弁
６８尿素タンク
７９クランクケース
８７偏心軸
８９モータ
９５相対位置センサ 2 Cylinder block 3 Piston 4 Cylinder head 5 Combustion chamber 9 Exhaust port 11 Fuel injection valve 20 Three-way catalyst 21 Exhaust treatment device 28 Fuel tank 31 Electronic control unit 53 Variable valve timing device 61 Cooling water injection valve 62 Cooling water tank 65 NO _X Selective reduction catalyst 66 Urea water addition valve 68 Urea tank 79 Crankcase 87 Eccentric shaft 89 Motor 95 Relative position sensor

Claims

燃焼室の容積が可変に形成されている圧縮比可変機構と、
気筒内に冷却液体を供給する冷却液体供給手段とを備え、
燃焼サイクルの排気行程において気筒内から燃焼ガスを排出し、排気弁を閉弁したときには気筒内に燃焼ガスが残留しており、
気筒内に残留する燃焼ガスを冷却する冷却液体の供給量を機械圧縮比に基づいて設定し、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、設定した供給量の冷却液体を気筒内に供給することにより燃焼ガスを収縮させることを特徴とする、内燃機関。 A compression ratio variable mechanism in which the volume of the combustion chamber is variably formed;
Cooling liquid supply means for supplying a cooling liquid into the cylinder,
Combustion gas is exhausted from the cylinder during the exhaust stroke of the combustion cycle, and when the exhaust valve is closed, the combustion gas remains in the cylinder.
The supply amount of the cooling liquid for cooling the combustion gas remaining in the cylinder is set based on the mechanical compression ratio, and the predetermined amount of cooling liquid is supplied into the cylinder at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed. An internal combustion engine, wherein the combustion gas is contracted by supplying to the engine.

冷却液体供給手段は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を含み、
内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に基づいて１回の燃焼サイクルに気筒内に供給する全体の燃料噴射量を設定し、
機械圧縮比に基づいて予備の燃料噴射量を設定し、排気弁が閉弁する直前の予め定められた時期に、設定した予備の燃料噴射量にて燃料を噴射し、
排気弁が閉弁した後に全体の燃料噴射量から予備の燃料噴射量を減算した噴射量にて、気筒内に燃料を供給することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。 The cooling liquid supply means includes a fuel injection valve that injects fuel into the cylinder,
Detecting the operating state of the internal combustion engine, and setting the total fuel injection amount to be supplied into the cylinder in one combustion cycle based on the operating state;
A preliminary fuel injection amount is set based on the mechanical compression ratio, and fuel is injected at the preset preliminary fuel injection amount at a predetermined time immediately before the exhaust valve is closed,
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein fuel is supplied into the cylinder at an injection amount obtained by subtracting a preliminary fuel injection amount from the entire fuel injection amount after the exhaust valve is closed.

冷却液体供給手段は、気筒内に冷却水を噴射する冷却水噴射弁を含み、
冷却液体として冷却水を燃焼室に供給することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。 The cooling liquid supply means includes a cooling water injection valve that injects cooling water into the cylinder,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein cooling water is supplied as a cooling liquid to the combustion chamber.

燃焼室から排気が流出する排気ポートを含む機関本体と、
機関排気通路に液体の還元剤を供給可能に形成されている還元剤供給弁とを備え、
還元剤供給弁は、排気ポートに還元剤を噴射するように形成されており、
冷却液体供給手段は、還元剤供給弁を含み、
還元剤を排気ポートに噴射することにより、気筒内に冷却液体として還元剤を供給することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。 An engine body including an exhaust port through which exhaust flows out of the combustion chamber;
A reducing agent supply valve configured to be able to supply a liquid reducing agent to the engine exhaust passage,
The reducing agent supply valve is formed to inject the reducing agent into the exhaust port,
The cooling liquid supply means includes a reducing agent supply valve,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reducing agent is supplied as a cooling liquid into the cylinder by injecting the reducing agent into the exhaust port.