JP2017219017A - Method and device for controlling engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress increase in PN even when a compression ratio is varied in accordance with variation of a combustion form.SOLUTION: An engine control method is used for controlling an in-cylinder direct fuel injection type spark ignition engine which includes a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, an ignition plug for spark-igniting air-fuel mixture in the cylinder, and a variable compression ratio mechanism for varying a compression ratio. In the engine control method, the compression ratio is varied in accordance with an engine load, and when the compression ratio is varied, ignition timing is controlled so that a distance between the ignition plug and a piston at the ignition timing or timing when combustion flame reaches a piston crown surface becomes the same as before the combustion ratio is varied.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンを制御するエンジン制御方法及びエンジン制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control method and an engine control apparatus for controlling an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine.

エンジンの排気通路には、一般的に、排気ガスを浄化するための触媒装置が配置されている。触媒装置に担時された触媒は、活性化温度未満では良好な触媒機能を発揮しないので、機関始動時には触媒を早期に活性化温度まで昇温させるための暖機運転が必要となる。暖機運転の手法としては、点火タイミングを遅角させることによって排気ガスの温度を高めて、触媒を昇温させる手法がある。また、このような暖機運転において、点火タイミングを遅角した状態でも良好な着火性を確保するために、点火プラグの近傍に燃料噴霧を集中させた状態で火花点火を行う、いわゆる成層燃焼を実施する場合がある。   Generally, a catalyst device for purifying exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the engine. Since the catalyst carried by the catalyst device does not exhibit a good catalytic function below the activation temperature, a warm-up operation is required to quickly raise the catalyst to the activation temperature when the engine is started. As a warm-up operation method, there is a method of raising the temperature of the catalyst by increasing the temperature of the exhaust gas by retarding the ignition timing. Also, in such warm-up operation, in order to ensure good ignitability even when the ignition timing is retarded, so-called stratified combustion is performed in which spark ignition is performed with fuel spray concentrated in the vicinity of the spark plug. May be implemented.

このような暖機運転中において、例えば、加速を行うなどして急速に負荷が加わると、上記のような成層燃焼から均質ストイキ燃焼へと切り替わる。特許文献１には、加速時の燃料噴射量に応じて点火タイミングを連続的に遅角させることにより全加速域におけるドライバビリティを向上させることが開示されている。   During such warm-up operation, for example, when a load is applied rapidly by acceleration or the like, the stratified combustion is switched to the homogeneous stoichiometric combustion. Patent Document 1 discloses improving drivability in the entire acceleration range by continuously retarding the ignition timing in accordance with the fuel injection amount during acceleration.

特許３１９０１３０号公報Japanese Patent No. 3190130

ところで、ピストン冠面に設けたキャビティを利用して点火プラグの近傍に燃料噴霧を集中させる場合には、暖機運転にピストン冠面に燃料が付着する。そして、成層燃焼から均質ストイキ燃焼へと切り替える際に、ピストン冠面に付着した燃料が燃焼火炎により点火されて燃焼すると、排気微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の生成量の増大を招くこととなる。   By the way, when the fuel spray is concentrated near the spark plug using the cavity provided on the piston crown surface, the fuel adheres to the piston crown surface during the warm-up operation. When switching from stratified combustion to homogeneous stoichiometric combustion, if the fuel adhering to the piston crown is ignited and burned by the combustion flame, the amount of exhaust particulate matter (PM) generated increases.

点火タイミングを遅らせるほど、点火タイミングにおける点火プラグからピストン冠面までの距離は長くなり、燃焼火炎がピストン冠面に到達しにくくなる。しかし、上記文献ではＰＭの生成量の抑制を全く考慮していない。つまり、上記文献においては、加速時における点火タイミングの遅角量を設定するにあたり、燃焼火炎がピストン冠面に到達するか否かはまったく考慮されていない。このため、上記文献により設定した点火タイミングでは、燃焼火炎がピストン冠面に到達してＰＭの排出量（以下、ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒともいう）が増大するおそれがある。   As the ignition timing is delayed, the distance from the spark plug to the piston crown surface at the ignition timing becomes longer, and the combustion flame hardly reaches the piston crown surface. However, the above document does not consider the suppression of the amount of PM generated at all. That is, in the above-mentioned document, whether or not the combustion flame reaches the piston crown surface is not considered at all in setting the retard amount of the ignition timing during acceleration. For this reason, at the ignition timing set by the above-mentioned document, the combustion flame may reach the piston crown surface and the PM emission amount (hereinafter also referred to as PN: Particulate Number) may increase.

また、エンジンの機械圧縮比を運転状態に応じて変化させる可変圧縮比機構を用いて、暖機運転時には排気ガスの温度を高めるために圧縮比を相対的に低くし、加速時には熱効率を高めるために圧縮比を高める制御が知られている。この制御によれば、同一クランク角度における点火プラグからピストン冠面までの距離は、暖機運転中よりも加速時の方が小さくなる。つまり、燃焼火炎がピストン冠面に到達し易くなる。よって、上記文献の制御では、ピストン冠面の温度が低いときの加速時においてＰＮ増加を抑制することがさらに難しい。   In addition, a variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio of the engine according to the operating state is used to lower the compression ratio relatively to increase the exhaust gas temperature during warm-up operation and to increase thermal efficiency during acceleration. In addition, control for increasing the compression ratio is known. According to this control, the distance from the spark plug to the piston crown surface at the same crank angle is smaller during acceleration than during warm-up operation. That is, it becomes easy for the combustion flame to reach the piston crown surface. Therefore, in the control of the above document, it is more difficult to suppress the increase in PN during acceleration when the temperature of the piston crown surface is low.

そこで、本発明では、可変圧縮比機構によって圧縮比を変更する場合であっても、燃焼形態の変更に伴うＰＮの増加を抑制し得るようエンジンを制御することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to control an engine so that an increase in PN accompanying a change in combustion mode can be suppressed even when the compression ratio is changed by a variable compression ratio mechanism.

本発明のある態様によれば、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、筒内の混合気に火花点火する点火プラグと、圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、を備える筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンを制御するエンジン制御方法が提供される。エンジン制御方法は、圧縮比を筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの負荷に応じて変更し、圧縮比を変更する場合に、点火タイミングまたはピストン冠面に燃焼火炎が到達するタイミングのいずれかにおける点火プラグからピストンまでの距離が、圧縮比を変更する前と同じになるように、点火タイミングを制御する。   According to an aspect of the present invention, an in-cylinder includes a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, an ignition plug that sparks and ignites an air-fuel mixture in the cylinder, and a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio. An engine control method for controlling a direct fuel injection spark ignition engine is provided. The engine control method changes the compression ratio according to the load of the direct fuel injection spark ignition engine in the cylinder and changes the compression ratio at either the ignition timing or the timing when the combustion flame reaches the piston crown. The ignition timing is controlled so that the distance from the spark plug to the piston is the same as before the compression ratio is changed.

上記態様によれば、可変圧縮比機構によって圧縮比を変更する場合であっても、燃焼形態の変更に伴うＰＮの増加を抑制することができる。   According to the said aspect, even if it is a case where a compression ratio is changed with a variable compression ratio mechanism, the increase in PN accompanying the change of a combustion form can be suppressed.

図１は、本実施形態を適用する筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの燃焼室周辺の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the periphery of a combustion chamber of an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine to which the present embodiment is applied. 図２は、ＰＮの増加を抑制するための制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a control routine for suppressing an increase in PN. 図３は、シリンダヘッドからピストンまでの距離と圧縮比との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the distance from the cylinder head to the piston and the compression ratio. 図４は、シリンダヘッドからピストンまでの距離が低圧縮比時と同じになる高圧縮比時のクランクアングルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a crank angle at a high compression ratio in which the distance from the cylinder head to the piston is the same as that at the low compression ratio. 図５は、シリンダヘッドからピストンまでの距離が同じになる低圧縮比時のクランクアングルと高圧縮比時のクランクアングルとの差を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a difference between a crank angle at a low compression ratio and a crank angle at a high compression ratio at which the distance from the cylinder head to the piston is the same. 図６は、点火タイミングを設定するためのサブルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a subroutine for setting the ignition timing. 図７は、第１実施形態における均質ストイキ燃焼時の点火タイミングを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing ignition timing at the time of homogeneous stoichiometric combustion in the first embodiment. 図８は、燃焼火炎がピストンに到達するときの、シリンダヘッドからピストンまでの距離と圧縮比との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the distance from the cylinder head to the piston and the compression ratio when the combustion flame reaches the piston. 図９は、シリンダヘッドからピストンまでの距離が同じになる低圧縮比時のクランクアングルと高圧縮比時のクランクアングルとの差を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a difference between a crank angle at a low compression ratio and a crank angle at a high compression ratio at which the distance from the cylinder head to the piston is the same. 図１０は、第１実施形態における均質ストイキ燃焼時の点火タイミングを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating ignition timing at the time of homogeneous stoichiometric combustion in the first embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１実施形態）
図１は、本実施形態を適用する筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン（以下、「エンジン」ともいう）１の、燃焼室周辺の概略構成図である。なお、図１はひとつの気筒についてのみ示しているが、本実施形態は多気筒エンジンにも適用可能である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram around a combustion chamber of an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine (hereinafter also referred to as “engine”) 1 to which the present embodiment is applied. Although FIG. 1 shows only one cylinder, this embodiment can also be applied to a multi-cylinder engine.

エンジン１のシリンダブロック１Ｂはシリンダ２を備える。シリンダ２にはピストン３が往復動可能に収められている。ピストン３は可変圧縮比機構ＶＣＲにより駆動されてシリンダ２内を往復動する。   A cylinder block 1 </ b> B of the engine 1 includes a cylinder 2. A piston 3 is accommodated in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The piston 3 is driven by a variable compression ratio mechanism VCR to reciprocate within the cylinder 2.

可変圧縮比機構ＶＣＲは出願人により公知にされた機構である。クランクシャフト１４のクランクピン１４Ａに、ロアリンク１３が回転自由に固定されている。ロアリンク１３とピストン３とはアッパーリンク１２を介して連結されている。また、ロアリンク１３とコントロールシャフト１６とがコントロールリンク１５を介して連結されている。コントロールリンク１５は、コントロールシャフト１６の回転軸からずれた位置に連結されている。コントロールシャフト１６は、例えばラックアンドピニオン機構等を介して電動モータ１７により回転駆動される。   The variable compression ratio mechanism VCR is a mechanism known by the applicant. The lower link 13 is fixed to the crankpin 14A of the crankshaft 14 so as to be freely rotatable. The lower link 13 and the piston 3 are connected via an upper link 12. Further, the lower link 13 and the control shaft 16 are connected via the control link 15. The control link 15 is connected to a position shifted from the rotation axis of the control shaft 16. The control shaft 16 is rotationally driven by an electric motor 17 via, for example, a rack and pinion mechanism.

上記の構成により、コントロールシャフト１６が回転してコントロールリンク１５が引き下げられると、ロアリンク１３はクランクピン１４Ａを軸として回転し、アッパーリンク１２が押し上げられる。その結果、ピストン３の上死点位置が上昇する。この反対に、コントロールリンク１５が押し上げられると、アッパーリンク１２は引き下げられ、ピストン３の上死点位置が下降する。このように、可変圧縮比機構ＶＣＲは、ピストン３の上死点位置を変更することによって、いわゆる機械圧縮比を変更することが可能である。   With the above configuration, when the control shaft 16 rotates and the control link 15 is pulled down, the lower link 13 rotates about the crank pin 14A and the upper link 12 is pushed up. As a result, the top dead center position of the piston 3 rises. On the contrary, when the control link 15 is pushed up, the upper link 12 is pulled down and the top dead center position of the piston 3 is lowered. Thus, the variable compression ratio mechanism VCR can change the so-called mechanical compression ratio by changing the top dead center position of the piston 3.

また、ピストン３は冠面３Ａ（以下、ピストン冠面３Ａともいう）に後述するキャビティ１０を備える。   The piston 3 includes a cavity 10 described later on a crown surface 3A (hereinafter also referred to as a piston crown surface 3A).

エンジン１のシリンダヘッド１Ａは凹状の燃焼室１１を備える。燃焼室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、吸気側の傾斜面には一対の吸気バルブ６が、排気側の傾斜面には一対の排気バルブ７がそれぞれ配置されている。そして、これら一対の吸気バルブ６及び一対の排気バルブ７に囲まれた燃焼室１１の略中心位置に、点火プラグ８がシリンダ２の軸線に沿うように配置されている。   A cylinder head 1 </ b> A of the engine 1 includes a concave combustion chamber 11. The combustion chamber 11 is configured as a so-called pent roof type, and a pair of intake valves 6 are disposed on the inclined surface on the intake side, and a pair of exhaust valves 7 are disposed on the inclined surface on the exhaust side. An ignition plug 8 is disposed along the axis of the cylinder 2 at a substantially central position of the combustion chamber 11 surrounded by the pair of intake valves 6 and the pair of exhaust valves 7.

また、シリンダヘッド１Ａの、一対の吸気バルブ６に挟まれた位置には、燃料噴射弁９が燃焼室１１に臨むように配置されている。燃料噴射弁９から噴射される燃料噴霧の指向性については後述する。   Further, a fuel injection valve 9 is disposed at a position between the pair of intake valves 6 in the cylinder head 1 </ b> A so as to face the combustion chamber 11. The directivity of fuel spray injected from the fuel injection valve 9 will be described later.

吸気バルブ６及び排気バルブ７は、バルブオーバーラップ期間調整機構としての可変動弁機構２０により駆動される。可変動弁機構２０は、吸気バルブ６及び排気バルブ７がいずれも開弁したバルブオーバーラップ期間が生じるように、吸気バルブ６及び排気バルブ７のバルブタイミング、つまり開弁タイミング及び閉弁タイミング、を変化させ得るものであれば足りる。なお、開弁タイミングとは開弁動作を開始するタイミング、閉弁タイミングとは閉弁動作を終了するタイミングである。本実施形態では、吸気バルブ６を駆動するカムシャフト及び排気バルブ７を駆動するカムシャフトの、クランクシャフトに対する回転位相を変化させる公知の可変動弁機構２０を用いる。なお、回転位相だけでなく吸気バルブ６及び排気バルブ７の作動角も変化させ得る公知の可変動弁機構を用いてもよい。また、可変動弁機構２０としては、吸気バルブ６と排気バルブ７の開閉タイミングの両方が調整できるものに限らず、いずれか一方のみを調整できるものでもよい。例えば、吸気バルブ６の開閉タイミングのみが調整できるものであっても吸気バルブ６の開期間と排気バルブ７の開期間とのバルブオーバーラップ期間を長くしたり短くしたり調整できれば他の機構を採用してもよい。   The intake valve 6 and the exhaust valve 7 are driven by a variable valve mechanism 20 as a valve overlap period adjustment mechanism. The variable valve mechanism 20 adjusts the valve timing of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, that is, the valve opening timing and the valve closing timing so that a valve overlap period in which both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened occurs. Anything that can be changed is enough. The valve opening timing is the timing for starting the valve opening operation, and the valve closing timing is the timing for ending the valve closing operation. In this embodiment, a known variable valve mechanism 20 that changes the rotational phase of the camshaft that drives the intake valve 6 and the camshaft that drives the exhaust valve 7 with respect to the crankshaft is used. A known variable valve mechanism that can change not only the rotation phase but also the operating angles of the intake valve 6 and the exhaust valve 7 may be used. Further, the variable valve mechanism 20 is not limited to one that can adjust both the opening and closing timings of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, and may be one that can adjust only one of them. For example, even if only the opening / closing timing of the intake valve 6 can be adjusted, other mechanisms may be adopted as long as the valve overlap period between the opening period of the intake valve 6 and the opening period of the exhaust valve 7 can be adjusted longer or shorter. May be.

排気通路５の排気流れ下流側には、エンジン１の排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（図示せず）が介装されている。排気浄化触媒は、例えば三元触媒である。   An exhaust purification catalyst (not shown) for purifying the exhaust gas of the engine 1 is interposed on the exhaust flow downstream side of the exhaust passage 5. The exhaust purification catalyst is, for example, a three-way catalyst.

ピストン３は、上述したようにピストン冠面３Ａにキャビティ１０を備える。キャビティ１０は、ピストン冠面３Ａにおいて吸気側に偏った位置に設けられている。そして、燃料噴射弁９は、ピストン３が上死点近傍にあるときに燃料噴射すると、燃料噴霧がこのキャビティ１０を指向するように配置されている。キャビティ１０に衝突した燃料噴霧が、キャビティ１０の壁面に沿って巻き上げられて点火プラグ８の方向へ向かう形状になっている。   As described above, the piston 3 includes the cavity 10 in the piston crown surface 3A. The cavity 10 is provided at a position biased toward the intake side on the piston crown surface 3A. The fuel injection valve 9 is arranged so that the fuel spray is directed toward the cavity 10 when fuel is injected when the piston 3 is in the vicinity of the top dead center. The fuel spray that has collided with the cavity 10 is wound up along the wall surface of the cavity 10 and is directed toward the spark plug 8.

エンジン１の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、圧縮比及び点火タイミング等は、コントローラ１００によりエンジン１の運転状態に応じて制御される。燃料噴射タイミングとは、燃料噴射を開始するタイミングである。また、これらの制御を実行するために、エンジン１はクランクシャフト角度センサ、冷却水温センサ３２、吸入空気量を検出するエアフローメータ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３１、排気浄化触媒の温度を直接的に又は間接的に検出する触媒温度センサ３３等の各種検出装置を備える。アクセル開度センサ３１は、エンジン１の負荷を検出する他に、ドライバーの加速要求を検出する加速要求センサとしても機能するが、加速要求センサはこれに限られない。例えば、手でアクセル操作するものも適用でき、加速要求量を検出できれば操作子の形態にはこだわらない。   The fuel injection amount, fuel injection timing, compression ratio, ignition timing, and the like of the engine 1 are controlled by the controller 100 according to the operating state of the engine 1. The fuel injection timing is a timing at which fuel injection is started. In order to execute these controls, the engine 1 includes a crankshaft angle sensor, a cooling water temperature sensor 32, an air flow meter that detects the intake air amount, an accelerator opening sensor 31 that detects the depression amount of the accelerator pedal, and an exhaust purification catalyst. Various detection devices such as a catalyst temperature sensor 33 for directly or indirectly detecting the temperature are provided. The accelerator opening sensor 31 functions as an acceleration request sensor that detects a driver's acceleration request in addition to detecting the load of the engine 1, but the acceleration request sensor is not limited to this. For example, an accelerator operated by hand can be applied, and if the acceleration request amount can be detected, the form of the operation element is not particular.

なお、コントローラ１００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１００を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。   The controller 100 includes a microcomputer that includes a central processing unit (CPU), a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). It is also possible to configure the controller 100 with a plurality of microcomputers.

ここで、基本的な圧縮比及び点火タイミングの設定方法について説明する。   Here, a basic compression ratio and ignition timing setting method will be described.

コントローラ１００は、圧縮比をエンジン１の負荷に応じて次のように設定する。低負荷状態では、燃費性能の向上を図るために、コントローラ１００は可変圧縮比機構ＶＣＲで取り得る圧縮比のなかで相対的に高い圧縮比（以下、「高圧縮比」ともいう。）に設定する。そして、コントローラ１００は、負荷の増大に応じて、ノッキング発生の抑制と燃費性能とを両立するために段階的または連続的に圧縮比を低下させる。   The controller 100 sets the compression ratio according to the load of the engine 1 as follows. In a low load state, in order to improve fuel efficiency, the controller 100 is set to a relatively high compression ratio (hereinafter also referred to as “high compression ratio”) among the compression ratios that can be achieved by the variable compression ratio mechanism VCR. To do. Then, the controller 100 reduces the compression ratio stepwise or continuously in accordance with an increase in load in order to achieve both suppression of knocking occurrence and fuel efficiency.

コントローラ１００は、従来から知られているのと同様に、エンジン１の負荷及び回転速度、そして冷却水温をパラメータとして基本的な点火タイミングを設定する。そして、コントローラ１００は基本的な点火タイミングを、上述した圧縮比をパラメータとして補正する。なお、基本的な点火タイミングを、エンジン１の負荷及び回転速度と、冷却水温と、圧縮比と、をパラメータとして設定するようにしてもよい。点火タイミングの設定に冷却水温を用いるのは、燃焼安定度に影響を及ぼす筒内温度を取得するためである。したがって、筒内温度を取得できるパラメータであれば他のものを用いてもよい。筒内温度を直接的に検出するセンサが有る場合には筒内温度をパラメータとする。   The controller 100 sets basic ignition timing using the load and rotation speed of the engine 1 and the coolant temperature as parameters, as is conventionally known. Then, the controller 100 corrects the basic ignition timing using the above-described compression ratio as a parameter. Note that the basic ignition timing may be set by using the load and rotation speed of the engine 1, the cooling water temperature, and the compression ratio as parameters. The reason for using the coolant temperature for setting the ignition timing is to acquire the in-cylinder temperature that affects the combustion stability. Therefore, other parameters may be used as long as the in-cylinder temperature can be acquired. When there is a sensor that directly detects the in-cylinder temperature, the in-cylinder temperature is used as a parameter.

次に、コントローラ１００が実行する、エンジン１の始動時における制御について説明する。本実施形態では、１燃焼サイクルあたりに必要な燃料量を２回に分けて噴射する、いわゆる２段噴射を行うこととする。   Next, the control executed by the controller 100 when the engine 1 is started will be described. In the present embodiment, so-called two-stage injection is performed in which the amount of fuel required per combustion cycle is injected in two portions.

排気浄化触媒は、活性化温度より低温では十分な浄化性能を発揮しない。このため、排気浄化触媒が活性化温度より低温である冷機始動時には、排気浄化触媒を早期に昇温する必要がある。そこで、コントローラ１００は、冷間始動直後のアイドル状態で排気浄化触媒が不活性状態にある場合に、排気浄化触媒を早期に活性化させるために超リタード成層燃焼を実行する。なお、超リタード成層燃焼そのものは公知（特開２００８−２５５３５号公報参照）である。   The exhaust purification catalyst does not exhibit sufficient purification performance at a temperature lower than the activation temperature. For this reason, it is necessary to raise the temperature of the exhaust purification catalyst at an early stage at the time of cold start when the exhaust purification catalyst is lower than the activation temperature. Therefore, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state in an idle state immediately after the cold start, the controller 100 performs super retarded stratified combustion to activate the exhaust purification catalyst at an early stage. Super retarded stratified combustion itself is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-25535).

超リタード成層燃焼では、コントローラ１００は点火タイミングを上述した設定方法により膨張行程の前半の、例えば圧縮上死点後１５−３０ｄｅｇに設定する。以下、この点火タイミングを基本点火タイミングという。このような点火タイミングを設定することで、排気浄化触媒に流入する排気の温度が高まる。   In the super retarded stratified combustion, the controller 100 sets the ignition timing to the first half of the expansion stroke, for example, 15-30 deg after the compression top dead center by the setting method described above. Hereinafter, this ignition timing is referred to as basic ignition timing. By setting such ignition timing, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst increases.

また、コントローラ１００は１回目の燃料噴射タイミングを吸気行程の前半に設定し、２回目の燃料噴射タイミングを圧縮行程の後半の、燃料噴霧が点火タイミングまでに点火プラグ８の周辺に到達し得るタイミング、例えば圧縮上死点前５０−６０ｄｅｇに設定する。   Further, the controller 100 sets the first fuel injection timing in the first half of the intake stroke, and sets the second fuel injection timing in the second half of the compression stroke so that the fuel spray can reach the periphery of the spark plug 8 by the ignition timing. For example, it is set to 50-60 deg before compression top dead center.

また、超リタード成層燃焼では、コントローラ１００は可変圧縮比機構ＶＣＲを低圧縮比側に設定する。ここでいう低圧縮比とは、可変圧縮比機構ＶＣＲで実現可能な圧縮比のうち、相対的に低い圧縮比のことをいう。超リタード成層燃焼のときに低圧縮比にすることで、熱効率が低下して排気温度が上昇する。   In super retarded stratified combustion, the controller 100 sets the variable compression ratio mechanism VCR to the low compression ratio side. The low compression ratio here refers to a relatively low compression ratio among the compression ratios that can be realized by the variable compression ratio mechanism VCR. By making the compression ratio low during super retarded stratified combustion, the thermal efficiency is lowered and the exhaust temperature is raised.

ここで、１回目の燃料噴射量と２回目の燃料噴射量とについて説明する。   Here, the first fuel injection amount and the second fuel injection amount will be described.

上述した超リタード成層燃焼で排出される排気ガスの空燃比はストイキ（理論空燃比）である。コントローラ１００は一般的な燃料噴射量設定方法と同様に、１燃焼サイクル当たりの吸入空気量で完全燃焼させ得る燃料量（以下、トータル燃料量ともいう）を算出する。このトータル燃料量のうちの一部、例えば５０−９０重量％を１回目の噴射量とし、残りを２回目の噴射量とする。   The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged by the above-described super retarded stratified combustion is stoichiometric (theoretical air-fuel ratio). The controller 100 calculates the amount of fuel that can be completely combusted with the amount of intake air per combustion cycle (hereinafter also referred to as the total fuel amount), as in a general fuel injection amount setting method. A part of the total fuel amount, for example, 50 to 90% by weight is set as the first injection amount, and the rest is set as the second injection amount.

上記のように燃料噴射量を設定すると、１回目の燃料噴射で噴射された燃料噴霧は、キャビティ１０に衝突することなくシリンダ２内に拡散し、空気と混合して燃焼室１１の全域にストイキよりもリーンな均質混合気を形成する。そして、２回目の燃料噴射で噴射された燃料噴霧は、キャビティ１０に衝突し、巻き上げられることによって点火プラグ８の近傍に到達し、点火プラグ８の周りにストイキよりもリッチな混合気を集中的に形成する。これにより燃焼室１１内の混合気は成層状態となる。この状態で点火プラグ８により火花点火すれば、失火やスモーク発生が抑制された外乱に強い燃焼が行われる。ところで、上述した燃焼は成層燃焼であるが、点火タイミングが圧縮上死前である一般的な成層燃焼と区別するために、超リタード成層燃焼と称する。   When the fuel injection amount is set as described above, the fuel spray injected in the first fuel injection diffuses into the cylinder 2 without colliding with the cavity 10, mixes with air, and is stoichiometric throughout the combustion chamber 11. A leaner homogeneous mixture is formed. The fuel spray injected in the second fuel injection collides with the cavity 10 and reaches the vicinity of the spark plug 8 by being wound up, and concentrates the air-fuel mixture richer than stoichiometric around the spark plug 8. To form. Thereby, the air-fuel mixture in the combustion chamber 11 is in a stratified state. If a spark is ignited by the spark plug 8 in this state, combustion that is resistant to disturbances in which misfires and smoke are suppressed is performed. By the way, although the combustion mentioned above is stratified combustion, in order to distinguish from the general stratified combustion whose ignition timing is before compression top dead, it is called super retarded stratified combustion.

上記のような超リタード成層燃焼によれば、従来の均質ストイキ燃焼と比較して排気温度を上昇させることができるだけでなく、燃焼室１１から排気通路５へのハイドロカーボン（ＨＣ）排出量を低減できる。すなわち、超リタード成層燃焼によれば、従来の均質ストイキ燃焼だけ、成層燃焼だけ、或いは、これらに対し更に追加燃料を燃焼後期以降（膨張行程以降や排気行程中）に噴射する燃焼形態等、で暖機を行なわせる場合に比べて、始動開始から排気浄化触媒が活性化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、排気浄化触媒の早期活性化を実現することができる。なお、ここでは超リタード成層燃焼を２段燃料噴射によって行うこととしているが燃料噴射の段数はこれに限られない。   According to the super retarded stratified combustion as described above, the exhaust temperature can be raised as compared with the conventional homogeneous stoichiometric combustion, and the amount of hydrocarbon (HC) discharged from the combustion chamber 11 to the exhaust passage 5 is reduced. it can. That is, according to super retarded stratified combustion, only conventional homogeneous stoichiometric combustion, only stratified combustion, or a combustion mode in which additional fuel is injected after the later stage of combustion (after the expansion stroke or during the exhaust stroke), etc. Compared with the case where warm-up is performed, early activation of the exhaust purification catalyst can be realized while suppressing the discharge of HC into the atmosphere between the start of starting and the activation of the exhaust purification catalyst. Here, super retarded stratified combustion is performed by two-stage fuel injection, but the number of fuel injection stages is not limited to this.

ところで、超リタード成層燃焼の実行中にピストン冠面３Ａに衝突した燃料の一部は、点火プラグ８の方向に巻き上がらずに、ピストン冠面３Ａに付着する。ピストン冠面３Ａに燃料が付着した場合でも、付着した燃料が気化して当該燃焼サイクルで燃焼すれば、ピストン冠面３Ａに燃料が残留することはない。しかし、超リタード成層燃焼を実行するのは冷機始動時なので、ピストン冠面３Ａの温度が上昇するまでは、付着した燃料は気化し難い。また、付着した燃料が当該燃焼サイクルの燃焼火炎が伝播することによって燃焼すれば、ピストン冠面３Ａに燃料が残留することはない。しかし、超リタード成層燃焼では膨張行程で燃焼を開始するので、燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達しなかったり、または膨張行程後半で温度低下した状態でピストン冠面３Ａに到達することとなったりするので、付着した燃料を当該サイクル中に燃やし切ることは難しい。なお、ピストン冠面３Ａに残留している液状燃料が燃焼火炎によって点火されて燃焼する現象をプールファイヤと称する。   By the way, a part of the fuel that has collided with the piston crown surface 3A during the super retard stratified combustion does not roll up in the direction of the spark plug 8, but adheres to the piston crown surface 3A. Even when the fuel adheres to the piston crown surface 3A, the fuel does not remain on the piston crown surface 3A if the adhered fuel is vaporized and burned in the combustion cycle. However, since super retard stratified combustion is performed at the time of cold start, the attached fuel is difficult to vaporize until the temperature of the piston crown surface 3A rises. Further, if the attached fuel is burned by the propagation of the combustion flame of the combustion cycle, the fuel does not remain on the piston crown surface 3A. However, in super retarded stratified combustion, combustion starts in the expansion stroke, so the combustion flame does not reach the piston crown surface 3A, or reaches the piston crown surface 3A in a state where the temperature drops in the latter half of the expansion stroke. Therefore, it is difficult to burn off the attached fuel during the cycle. The phenomenon in which the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A is ignited by the combustion flame and burned is referred to as pool fire.

したがって、冷機始動してからの所定期間は、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料は増加し続ける。ここでいう所定期間とは、１燃焼サイクル中にピストン冠面３Ａに付着する量よりも、ピストン冠面３Ａに残留していた液状燃料が１燃焼サイクル中に気化する量の方が多くなるまでの期間である。   Therefore, the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A continues to increase for a predetermined period after the cold start. The predetermined period here means that the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A vaporizes in one combustion cycle is larger than the amount attached to the piston crown surface 3A during one combustion cycle. Is the period.

つまり、所定期間を超えて超リタード成層燃焼を継続すれば、ピストン冠面３Ａに残留していた液状燃料は徐々に減少する。しかし、所定期間経過前に、ピストン冠面３Ａに液状燃料が残留した状態で超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼に切り替わる場合がある。例えば、アクセルペダルが踏み込まれて加速する場合である。なお、ここでいう均質ストイキ燃焼とは、燃焼室１１の全体に理論空燃比の混合気を形成し、火花点火する燃焼形態である。   That is, if super retard stratified combustion is continued beyond a predetermined period, the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A gradually decreases. However, before the predetermined period elapses, the super retarded stratified combustion may be switched to the homogeneous stoichiometric combustion with the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A. For example, when the accelerator pedal is depressed to accelerate. Here, the homogeneous stoichiometric combustion is a combustion mode in which a stoichiometric air-fuel mixture is formed in the entire combustion chamber 11 and spark ignition is performed.

超リタード成層燃焼が行われているときにアクセルペダルが踏み込まれ加速する場合、通常制御へと制御が切り替わる。本実施形態において通常制御とは、均質ストイキ燃焼において最適点火時期（ＭＢＴ：ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ ｂｅｓｔ ｔｏｒｑｕｅ、トルク最大点における点火時期）で火花点火する制御である。一般的に均質ストイキ燃焼時におけるＭＢＴは、ＴＤＣよりも若干進角した点火タイミングとなっている。なお、このときの燃料噴射は吸気行程噴射である。   When the accelerator pedal is depressed and acceleration is performed during super retard stratified combustion, control is switched to normal control. In the present embodiment, the normal control is a spark ignition control at an optimal ignition timing (MBT: minimum advance for best torque, ignition timing at the maximum torque point) in homogeneous stoichiometric combustion. In general, MBT during homogeneous stoichiometric combustion has an ignition timing that is slightly advanced from TDC. The fuel injection at this time is intake stroke injection.

ピストン冠面３Ａに液状燃料が残留している状態で超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼をＭＢＴで行わせるように切り替えると、燃焼火炎が高温のままピストン冠面３Ａに到達してプールファイヤが生じ、残留している液状燃料が燃焼する。そして、今回の燃焼サイクルまでに蓄積した液状燃料が燃焼すると、ＰＮが増加する傾向がある。   When switching from super retarded stratified combustion to homogeneous stoichiometric combustion with MBT with liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A, the combustion flame reaches the piston crown surface 3A at a high temperature and pool fire occurs. The remaining liquid fuel burns. And if the liquid fuel accumulate | stored by this combustion cycle burns, there exists a tendency for PN to increase.

そこで本実施形態では、液状燃料が燃焼することによるＰＮの増加を抑制するために、コントローラ１００が以下に説明する制御を実行する。   Therefore, in the present embodiment, the controller 100 executes the control described below in order to suppress an increase in PN due to the combustion of the liquid fuel.

図２は、ＰＮの増加を抑制するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ１００によって実行される。なお、本ルーチンは例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing a control routine for suppressing an increase in PN. This control routine is executed by the controller 100. This routine is repeatedly executed at intervals as short as about 10 milliseconds, for example.

本ルーチンでは、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料に火炎が接触することによるＰＭ発生を抑制するための点火タイミングを設定する。なお、本ルーチンでは、ピストン冠面３Ａに残留する液状燃料量（以下、単に「液状燃料量」ともいう）を低減するために、バルブオーバーラップ期間の拡大も行う。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。   In this routine, an ignition timing is set for suppressing PM generation due to the flame coming into contact with the liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A. In this routine, the valve overlap period is also expanded in order to reduce the amount of liquid fuel remaining on the piston crown surface 3A (hereinafter also simply referred to as “liquid fuel amount”). Hereinafter, it demonstrates according to the step of a flowchart.

ステップＳ１０１で、コントローラ１００は、超リタード成層燃焼時から継続してアクセルペダルが閾値Ａよりも大きく踏み込まれたか否かを判定する。ここで、閾値Ａとは、ドライバーに加速意図有りと認められる程度のアクセルペダルの踏み込み量である。この閾値Ａは、予め設定されている。また、このとき、超リタード成層燃焼時であったか否かは、排気浄化触媒の温度に基づいて判定することができる。具体的には、排気浄化触媒が活性温度未満であれば実行中、活性温度以上であれば実行中でない、と判定する。   In step S101, the controller 100 determines whether or not the accelerator pedal has been depressed more than the threshold A continuously from the super retard stratified combustion. Here, the threshold value A is the amount of depression of the accelerator pedal to the extent that the driver recognizes that there is an intention to accelerate. This threshold A is set in advance. At this time, whether or not the super retarded stratified combustion has occurred can be determined based on the temperature of the exhaust purification catalyst. Specifically, it is determined that the exhaust purification catalyst is being executed if it is lower than the activation temperature, and is not being executed if it is equal to or higher than the activation temperature.

そして、ステップＳ１０１においてアクセルペダルが閾値Ａよりも大きく踏み込まれていないときには、コントローラ１００は、触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えているか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えていない場合には、コントローラ１００は、前述の超リタード成層燃焼制御を継続して行う（Ｓ１０３）。   When the accelerator pedal is not depressed more than the threshold value A in step S101, the controller 100 determines whether or not the catalyst temperature exceeds the catalyst activation temperature TC (S102). When the catalyst temperature does not exceed the catalyst activation temperature TC, the controller 100 continues the super retarded stratified combustion control described above (S103).

一方、ステップＳ１０１においてアクセルペダルが閾値Ａよりも大きく踏み込まれているとき、または、ステップＳ１０２において触媒温度が触媒の活性化温度ＴＣを超えた場合には、コントローラ１００は均質ストイキ燃焼制御を行う（Ｓ１０４）。均質ストイキ燃焼とは、前述のように、燃焼室１１の全体に理論空燃比の混合気を形成し、火花点火する燃焼形態である。均質ストイキ燃焼を実行するときには、コントローラ１００は可変圧縮比機構ＶＣＲを超リタード成層燃焼のときよりも高圧縮比側に設定する。   On the other hand, when the accelerator pedal is depressed more than the threshold value A in step S101, or when the catalyst temperature exceeds the activation temperature TC of the catalyst in step S102, the controller 100 performs homogeneous stoichiometric combustion control ( S104). As described above, the homogeneous stoichiometric combustion is a combustion mode in which a stoichiometric air-fuel ratio mixture is formed in the entire combustion chamber 11 and spark ignition is performed. When performing the homogeneous stoichiometric combustion, the controller 100 sets the variable compression ratio mechanism VCR to a higher compression ratio side than in the case of super retarded stratified combustion.

なお、触媒温度が活性化温度ＴＣを超えている場合であってもステップＳ１０４に処理を進め、後述するステップＳ１０５でピストン冠面３Ａの温度に応じた制御を行うこととしているのは、触媒が活性しているからといってピストン冠面３Ａの温度が昇温しているとは限らず、ピストン冠面３Ａの温度が低い場合にはＰＮが増加する場合があるからである。   Even if the catalyst temperature exceeds the activation temperature TC, the process proceeds to step S104, and the control according to the temperature of the piston crown surface 3A is performed in step S105 described later. This is because the fact that the temperature of the piston crown surface 3A is not raised simply because it is active does not necessarily increase the temperature of the piston crown surface 3A, but the PN may increase.

次に、ステップＳ１０５で、コントローラ１００はピストン冠面３Ａの温度（以下、単に「ピストン冠面温度」ともいうことがある）を取得する。本実施形態において、ピストン冠面温度を冷却水温センサ３２の検出値から求めることができる。例えば、既存の冷却水温センサ３２によって取得される温度とピストン冠面温度との関係を予め求めておくことで、既存の冷却水温センサ３２によって取得される温度に基づいて、エンジン１の制御時にピストン温度を取得することができる。   Next, in step S105, the controller 100 acquires the temperature of the piston crown surface 3A (hereinafter, also simply referred to as “piston crown surface temperature”). In the present embodiment, the piston crown surface temperature can be obtained from the detection value of the cooling water temperature sensor 32. For example, by obtaining the relationship between the temperature acquired by the existing cooling water temperature sensor 32 and the piston crown surface temperature in advance, the piston is controlled during the control of the engine 1 based on the temperature acquired by the existing cooling water temperature sensor 32. The temperature can be acquired.

ステップＳ１０６で、コントローラ１００はステップＳ１０５で取得したピストン冠面温度が予め設定してある閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。コントローラ１００は、ピストン冠面温度が閾値Ｔ１未満の場合はステップＳ１０７の処理を実行する。   In step S106, the controller 100 determines whether or not the piston crown surface temperature acquired in step S105 is less than a preset threshold value T1. When the piston crown surface temperature is lower than the threshold value T1, the controller 100 executes the process of step S107.

閾値Ｔ１以上の場合は、コントローラ１００は、ステップＳ１１０において通常制御を実行する。通常制御は、点火タイミングをＭＢＴとして均質ストイキ燃焼を行う運転制御である。   If it is equal to or greater than the threshold value T1, the controller 100 executes normal control in step S110. The normal control is operation control for performing homogeneous stoichiometric combustion with the ignition timing set as MBT.

本ステップで用いる閾値Ｔ１には、超リタード成層燃焼から通常制御に切り替えたとしても、ＰＮの排出規制値を満足できる値が予め設定される。閾値Ｔ１は、換言すると、ピストン冠面３Ａに付着した液状燃料が１サイクル中で気化や燃焼のできる温度とできない温度との境界の温度とも言える。そして、１サイクル中で気化や燃焼ができない温度とは、ピストン冠面３Ａに付着した液状燃料が次のサイクルまで液状で持ち越されてしまい、排気微粒子（ＰＭ）の生成の要因となってしまう温度とも言える。なお、閾値Ｔ１を、加速時にピストン冠面３Ａが液状燃料で濡れていなくとも火炎が発生する場合もあることが解ったため、その温度と火炎が発生しない温度の境界の温度としてもよい。   The threshold T1 used in this step is set in advance to a value that can satisfy the emission regulation value of PN even if the super retarded stratified combustion is switched to the normal control. In other words, the threshold value T1 can be said to be the temperature at the boundary between the temperature at which the liquid fuel adhering to the piston crown surface 3A can be vaporized and combusted in one cycle and the temperature at which it cannot. The temperature at which vaporization and combustion cannot be performed in one cycle is a temperature at which the liquid fuel adhering to the piston crown surface 3A is carried over to the next cycle in a liquid state and causes generation of exhaust particulates (PM). It can also be said. Note that the threshold T1 may be a boundary temperature between the temperature and the temperature at which the flame does not occur because it has been found that the flame may be generated even when the piston crown surface 3A is not wet with the liquid fuel during acceleration.

ステップＳ１０７で、コントローラ１００は、火花点火タイミング（以下、単に「点火タイミング」ということもある）を後述するサブルーチンを実行することにより算出する。   In step S107, the controller 100 calculates the spark ignition timing (hereinafter, also simply referred to as “ignition timing”) by executing a subroutine described later.

ここで、ステップＳ１０７における点火タイミングの設定についての考え方について説明する。   Here, the concept of setting the ignition timing in step S107 will be described.

図３は、クランクアングル[ＣＡ°]とヘッド−ピストン間隔との関係を示す図である。ここでいう「ヘッド−ピストン間隔」とは、シリンダヘッド下面からピストン冠面までの距離である。クランクアングル０°のときが圧縮上死点である。図中のεｈｉｇｈは均質ストイキ燃焼時の圧縮比（以下、高圧縮比ともいう）における挙動を示し、εｌｏｗは超リタード成層燃焼時の圧縮比（以下、低圧縮比ともいう）における挙動を示す。図中のＩＴ＿ｌｏｗは低圧縮比時の点火タイミング、つまり上述した基本点火タイミングである。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the crank angle [CA °] and the head-piston distance. The “head-piston interval” here is the distance from the bottom surface of the cylinder head to the piston crown surface. The compression top dead center is when the crank angle is 0 °. In the figure, εhigh indicates a behavior at a compression ratio (hereinafter also referred to as a high compression ratio) during homogeneous stoichiometric combustion, and εlow indicates a behavior at a compression ratio (hereinafter also referred to as a low compression ratio) during super retarded stratified combustion. IT_low in the figure is the ignition timing at the time of the low compression ratio, that is, the basic ignition timing described above.

ピストン３はシリンダ２を往復動するので、クランクアングルの変化に応じてヘッド−ピストン間隔も変化する。そして、可変圧縮比機構の特性上、高圧縮比時には低圧縮比時より圧縮上死点が高くなるので、図示するように、εｈｉｇｈの方がεｌｏｗよりもヘッド−ピストン間隔が小さくなる。   Since the piston 3 reciprocates in the cylinder 2, the head-piston interval also changes in accordance with the change in the crank angle. Due to the characteristics of the variable compression ratio mechanism, the compression top dead center is higher at the high compression ratio than at the low compression ratio. Therefore, as shown in the figure, the head-piston interval is smaller in εhigh than in εlow.

なお、図３では縦軸をシリンダヘッド下面からピストン冠面までの距離としたが、これを点火プラグ８の先端からピストン冠面３Ａまでの距離としてもよい。点火プラグ８の先端からシリンダヘッド下面までの距離は圧縮比の変更によらず一定なので、距離の絶対値は異なるものの、εｈｉｇｈの曲線とεｌｏｗの曲線との相対的な関係は図３と同様になるからである。すなわち、以下の説明において、「ヘッド−ピストン間隔」を点火プラグ８の先端からピストン冠面３Ａまでの距離に置き換えることができる。   In FIG. 3, the vertical axis is the distance from the cylinder head lower surface to the piston crown surface, but this may be the distance from the tip of the spark plug 8 to the piston crown surface 3A. Since the distance from the tip of the spark plug 8 to the lower surface of the cylinder head is constant regardless of the change in the compression ratio, the absolute value of the distance is different, but the relative relationship between the εhigh curve and the εlow curve is the same as in FIG. Because it becomes. That is, in the following description, the “head-piston interval” can be replaced with the distance from the tip of the spark plug 8 to the piston crown surface 3A.

図３に示すように、低圧縮比時の基本点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗにおけるヘッド−ピストン間隔をＬ１とする。高圧縮比時に、低圧縮比時と同じ点火タイミングで点火すると、点火タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔Ｌ２はＬ１よりも小さくなる。点火タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔が小さいということは、火花点火による燃焼火炎がピストン冠面に到達するタイミングにおけるヘッド−ピストン間隔も小さくなり、プールファイヤが生じ易くなる。つまり、高圧縮比時に低圧縮比時と同じ点火タイミングで点火するとＰＮが増大し易くなる。   As shown in FIG. 3, the head-piston interval at the basic ignition timing IT_low at the time of the low compression ratio is L1. When ignition is performed at the same compression timing as at the time of high compression ratio, the head-piston interval L2 at the ignition timing is smaller than L1. The fact that the head-piston distance at the ignition timing is small means that the head-piston distance at the timing when the combustion flame caused by spark ignition reaches the piston crown surface also becomes small, and pool fire is likely to occur. That is, when the ignition is performed at the same ignition timing as at the time of the low compression ratio at the time of the high compression ratio, the PN is likely to increase.

そこで本実施形態では、高圧縮比時の点火タイミングを、ヘッド−ピストン間隔が低圧縮比時と同じになるように設定する。具体的には、以下の通りである。   Therefore, in this embodiment, the ignition timing at the time of the high compression ratio is set so that the head-piston interval is the same as that at the time of the low compression ratio. Specifically, it is as follows.

図４は、低圧縮比時におけるヘッド−ピストン間隔と同じヘッド−ピストン間隔になる、高圧縮比時におけるクランクアングル（以下、「等ヘッド−ピストン間隔クランクアングル」ともいう）を示す図である。図中の横軸は低圧縮比時（ε１）のクランクアングル、縦軸は等ヘッド−ピストン間隔クランクアングルである。クランクアングル０°は圧縮上死点である。図４中の実線Ｃは、低圧縮比時のクランクアングル毎に等ヘッド−ピストン間隔クランクアングルをプロットし、それらをつなげたものである。図中の破線Ｄは、ε１＝ε２の場合の等ヘッド−ピストン間隔クランクアングルを示している。   FIG. 4 is a diagram showing a crank angle at the time of a high compression ratio (hereinafter, also referred to as “equal head-piston interval crank angle”) that has the same head-piston distance as that at the time of low compression ratio. In the figure, the horizontal axis represents the crank angle at the time of low compression ratio (ε1), and the vertical axis represents the equal head-piston interval crank angle. A crank angle of 0 ° is a compression top dead center. A solid line C in FIG. 4 plots the equal head-piston interval crank angle for each crank angle at the time of the low compression ratio and connects them. The broken line D in the figure shows the equal head-piston interval crank angle when ε1 = ε2.

図４に示した通り、等ヘッド−ピストン間隔クランクアングルは低圧縮比時におけるクランクアングルよりも大きい。これは、図３に示した通り、高圧縮比時には低圧縮比時よりもシリンダヘッドに近い位置でピストン３が往復動するからである。   As shown in FIG. 4, the equal head-piston spacing crank angle is larger than the crank angle at the low compression ratio. This is because, as shown in FIG. 3, when the compression ratio is high, the piston 3 reciprocates at a position closer to the cylinder head than when the compression ratio is low.

図５は、図４の実線Ｃと破線Ｄとの縦軸方向の差（以下、ΔＣＡともいう）と、低圧縮比時のクランクアングルとの関係を示す図である。図５に示す通り、低圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗにおけるデルタＣＡはΔＣＡ１である。すなわち、高圧縮比時の点火タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔を、低圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗにおけるヘッド−ピストン間隔と同じにするには、高圧縮比時の点火タイミングを低圧縮比時の点火タイミングに対してΔＣＡ１だけ遅角側に設定すればよい。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the difference in the vertical axis direction (hereinafter also referred to as ΔCA) between the solid line C and the broken line D in FIG. 4 and the crank angle at the time of the low compression ratio. As shown in FIG. 5, the delta CA at the ignition timing IT_low at the time of the low compression ratio is ΔCA1. That is, in order to make the head-piston interval at the ignition timing at the high compression ratio the same as the head-piston interval at the ignition timing IT_low at the low compression ratio, the ignition timing at the high compression ratio is set to the ignition at the low compression ratio. What is necessary is just to set to the retard side by ΔCA1 with respect to the timing.

図６は、上述した高圧縮比時における点火タイミングの設定方法を制御ルーチンにまとめたものである。すなわち、図６は図２のステップＳ１０７において実行するサブルーチンである。   FIG. 6 summarizes the ignition timing setting method at the above-described high compression ratio in a control routine. That is, FIG. 6 is a subroutine executed in step S107 of FIG.

ステップＳ２００で、コントローラ１００は圧縮比及び基本点火タイミングを読み込む。
コントローラ１００は、圧縮比としてコントロールシャフト１６の回転角やピストンストローク等に基づいて算出した値を読み込む。 In step S200, the controller 100 reads the compression ratio and basic ignition timing.
The controller 100 reads a value calculated based on the rotation angle of the control shaft 16, the piston stroke, and the like as the compression ratio.

ステップＳ２１０で、コントローラ１００はΔＣＡを算出する。例えば、図５に示すようなΔＣＡのテーブルを予め作成しておき、これを低圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗを用いて検索することによって算出する。なお、均質ストイキ時に取り得る圧縮比が複数ある場合には、圧縮比毎のテーブルを作成しておく。   In step S210, the controller 100 calculates ΔCA. For example, a table of ΔCA as shown in FIG. 5 is created in advance, and this is calculated by searching using the ignition timing IT_low at the low compression ratio. When there are a plurality of compression ratios that can be taken during homogeneous stoichiometry, a table for each compression ratio is created.

ステップＳ２２０で、コントローラ１００はΔＣＡを用いて基本点火タイミングを補正し、補正後の点火タイミングを均質ストイキ燃焼時の点火タイミングとして設定する。具体的には、基本点火タイミングからΔＣＡだけ遅角したタイミングを補正後の点火タイミングとする。   In step S220, the controller 100 corrects the basic ignition timing using ΔCA, and sets the corrected ignition timing as the ignition timing at the time of homogeneous stoichiometric combustion. Specifically, the timing delayed by ΔCA from the basic ignition timing is set as the corrected ignition timing.

図７は、図６の制御ルーチンを実行した場合の、均質ストイキ燃焼時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを示す図である。均質ストイキ燃焼時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを、超リタード成層燃焼時の点火タイミングＴＩ＿ｌｏｗからΔＣＡ１だけ遅角側に設定する。これにより、均質ストイキ燃焼時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈにおけるヘッド−ピストン間隔は、超リタード成層燃焼時の点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗにおけるヘッド−ピストン間隔と同じになる。すなわち、超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切り替えに伴って圧縮比が上昇した場合でも、点火タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔が一定に維持される。その結果、燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達する際のヘッド−ピストン間隔の、圧縮比の変更に伴う変化が抑制されるので、ＰＮの増大が抑制される。   FIG. 7 is a diagram showing ignition timing IT_high at the time of homogeneous stoichiometric combustion when the control routine of FIG. 6 is executed. The ignition timing IT_high at the time of homogeneous stoichiometric combustion is set to the retard side by ΔCA1 from the ignition timing TI_low at the time of super retard stratified combustion. Thus, the head-piston interval at the ignition timing IT_high during homogeneous stoichiometric combustion becomes the same as the head-piston interval at the ignition timing IT_low during super retarded stratified combustion. That is, even when the compression ratio increases with switching from super retarded stratified combustion to homogeneous stoichiometric combustion, the head-piston interval at the ignition timing is kept constant. As a result, since the change accompanying the change of the compression ratio of the head-piston interval when the combustion flame reaches the piston crown surface 3A is suppressed, an increase in PN is suppressed.

以上の通り本実施形態では、圧縮比を変更する場合に、点火タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔が、圧縮比を変更する前と同じになるように、点火タイミングを制御するので、ＰＮの増大を抑制することができる。   As described above, in this embodiment, when the compression ratio is changed, the ignition timing is controlled so that the head-piston interval at the ignition timing is the same as before the compression ratio is changed. can do.

（第２実施形態）
本実施形態は、システムの構成は第１実施形態と同様である。また、本実施形態の制御ルーチンは、基本的には図２と同様であるが、ステップＳ１０７における均質ストイキ燃焼時の点火タイミングの設定方法が第１実施形態と異なる。 (Second Embodiment)
In the present embodiment, the system configuration is the same as that of the first embodiment. The control routine of this embodiment is basically the same as that of FIG. 2, but the ignition timing setting method at the time of homogeneous stoichiometric combustion in step S107 is different from that of the first embodiment.

本実施形態では、点火による燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達するタイミング（以下、「火炎到達タイミング」ともいう）が超リタード成層燃焼時（低圧縮比時）と同じになるように、均質ストイキ燃焼時（高圧縮比時）の点火タイミングを設定する。   In the present embodiment, the homogeneous stoichiometric stoichiometry is performed so that the timing at which the combustion flame due to ignition reaches the piston crown surface 3A (hereinafter also referred to as “flame arrival timing”) is the same as during super-retarded stratified combustion (at the time of low compression ratio). Set the ignition timing for combustion (at high compression ratio).

以下、具体的な設定方法について説明する。   Hereinafter, a specific setting method will be described.

図８は、図３と同様にクランクアングル[ＣＡ°]とヘッド−ピストン間隔との関係を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the crank angle [CA °] and the head-piston distance, as in FIG.

低圧縮比時に点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗで点火すると、燃焼火炎はクランクアングルがＣＡ２のときにピストン冠面３Ａに到達する。このときのヘッド−ピストン間隔をＬ３とする。高圧縮比時に同じ点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗで点火すると、燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達するクランクアングルＣＡ２におけるヘッド−ピストン間隔は、Ｌ３より短いＬ４となる。つまり、図３で説明したようにプールファイヤが生じ易くなり、ＰＮの増大を招来し易くなる。   When ignition is performed at the ignition timing IT_low at a low compression ratio, the combustion flame reaches the piston crown surface 3A when the crank angle is CA2. The head-piston distance at this time is L3. When ignition is performed at the same ignition timing IT_low at the time of the high compression ratio, the head-piston distance at the crank angle CA2 at which the combustion flame reaches the piston crown surface 3A becomes L4 shorter than L3. That is, as described with reference to FIG. 3, pool fire is likely to occur, and PN is likely to increase.

そこで本実施形態では、高圧縮比時にもヘッド−ピストン間隔がＬ３となるタイミングで燃焼火炎がピストン冠面３Ａに到達するように、高圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを設定する。   Therefore, in this embodiment, the ignition timing IT_high at the high compression ratio is set so that the combustion flame reaches the piston crown surface 3A at the timing when the head-piston interval becomes L3 even at the high compression ratio.

図９は、図５と同様に、ΔＣＡと低圧縮比時のクランクアングルとの関係を示す図である。図示する通り、火炎到達タイミングにおけるΔＣＡはΔＣＡ２である。これは、高圧縮比時のヘッド−ピストン間隔が低圧縮比時の火炎到達タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔と同じになるのは、低圧縮比時の火炎到達タイミングＣＡ２よりもΔＣＡ２だけ遅角側のタイミングであることを意味する。そこで本実施形態では、高圧縮比時の火炎到達タイミングがクランクアングルＣＡ２よりもΔＣＡ２だけ遅角側になるように、高圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを設定する。具体的には、高圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを、低圧縮比時の点火タイミングＩＴ＿ｌｏｗよりもΔＣＡ２だけ遅角側に設定する。   FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between ΔCA and the crank angle at the time of the low compression ratio, as in FIG. 5. As shown in the figure, ΔCA at the flame arrival timing is ΔCA2. This is because the head-piston interval at the high compression ratio becomes the same as the head-piston interval at the flame arrival timing at the low compression ratio, which is delayed by ΔCA2 from the flame arrival timing CA2 at the low compression ratio. It means timing. Therefore, in this embodiment, the ignition timing IT_high at the high compression ratio is set so that the flame arrival timing at the high compression ratio is retarded by ΔCA2 from the crank angle CA2. Specifically, the ignition timing IT_high at the time of the high compression ratio is set to the retard side by ΔCA2 with respect to the ignition timing IT_low at the time of the low compression ratio.

具体的には、図６のサブルーチンのステップＳ２１０において、コントローラ１００は上述したΔＣＡ２を算出する。例えば、図９に示すようなΔＣＡのテーブルを予め作成しておき、火炎到達タイミングを用いてテーブルを検索することによって算出する。火炎到達タイミングの取得方法は、次の通りである。   Specifically, in step S210 of the subroutine of FIG. 6, the controller 100 calculates ΔCA2 described above. For example, a ΔCA table as shown in FIG. 9 is created in advance, and the table is calculated by searching the table using the flame arrival timing. The method for obtaining the flame arrival timing is as follows.

まず、圧縮比、エンジン回転速度及び負荷等といった運転状態と火炎到達タイミングとの関係を、予め実験やシミュレーションによって求めておく。そして、ステップＳ２１０の処理を実行する際に運転状態を読み込み、予め求めておいた関係と運転状態とを用いて火炎到達タイミングを算出する。   First, the relationship between the operation state such as the compression ratio, the engine rotation speed, and the load and the flame arrival timing is obtained in advance through experiments and simulations. Then, when the process of step S210 is executed, the operation state is read, and the flame arrival timing is calculated using the relationship and the operation state obtained in advance.

なお、均質ストイキ時に取り得る圧縮比が複数ある場合には、圧縮比毎のテーブルを作成しておく。   When there are a plurality of compression ratios that can be taken during homogeneous stoichiometry, a table for each compression ratio is created.

図１０は、上述した方法で設定した均質ストイキ燃焼の点火タイミングを示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing the ignition timing of homogeneous stoichiometric combustion set by the method described above.

均質ストイキ燃焼時の点火タイミングＩＴ＿ｈｉｇｈを、超リタード成層燃焼時の点火タイミングＴＩ＿ｌｏｗからΔＣＡ２だけ遅角側に設定する。これにより、均質ストイキ燃焼時の火炎到達タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔は、超リタード成層燃焼時の火炎到達タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔と同じになる。すなわち、超リタード成層燃焼から均質ストイキ燃焼への切り替えに伴って圧縮比が上昇した場合でも、火炎到達タイミングにおけるヘッド−ピストン間隔が一定に維持される。その結果、圧縮比の変更に伴う火炎到達タイミングの変化が抑制されるので、ＰＮの増大が抑制される。   The ignition timing IT_high at the time of homogeneous stoichiometric combustion is set to the retard side by ΔCA2 from the ignition timing TI_low at the time of super retard stratified combustion. Thereby, the head-piston interval at the flame arrival timing at the time of homogeneous stoichiometric combustion becomes the same as the head-piston interval at the flame arrival timing at the time of super retard stratified combustion. That is, even when the compression ratio increases with switching from super retarded stratified combustion to homogeneous stoichiometric combustion, the head-piston interval at the flame arrival timing is maintained constant. As a result, since the change of the flame arrival timing accompanying the change of the compression ratio is suppressed, an increase in PN is suppressed.

以上の通り本実施形態では、圧縮比を変更する場合に、ピストン冠面に燃焼火炎が到達するタイミングにおける点火プラグからピストンまでの距離が、圧縮比を変更する前と同じになるように、点火タイミングを制御するので、ＰＮの増大を抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, when the compression ratio is changed, the ignition plug is set so that the distance from the spark plug to the piston at the timing when the combustion flame reaches the piston crown surface is the same as that before the compression ratio is changed. Since the timing is controlled, an increase in PN can be suppressed.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

１ 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン（エンジン）
２ シリンダ
３ ピストン
８ 点火プラグ
９ 燃料噴射弁
２０ 可変動弁機構
１００ コントローラ 1 In-cylinder direct fuel injection spark ignition engine (engine)
2 cylinder 3 piston 8 spark plug 9 fuel injection valve 20 variable valve mechanism 100 controller

Claims (2)

筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
筒内の混合気に火花点火する点火プラグと、
圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
を備える筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンを制御するエンジン制御方法において、
圧縮比を前記筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの負荷に応じて変更し、
前記圧縮比を変更する場合に、点火タイミングまたはピストン冠面に燃焼火炎が到達するタイミングのいずれかにおける前記点火プラグからピストンまでの距離が、前記圧縮比を変更する前と同じになるように、点火タイミングを制御することを特徴とするエンジン制御方法。 A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder;
A spark plug that sparks the air-fuel mixture in the cylinder,
A variable compression ratio mechanism for changing the compression ratio;
In an engine control method for controlling an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine comprising:
The compression ratio is changed according to the load of the in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine,
When changing the compression ratio, the distance from the ignition plug to the piston at either the ignition timing or the timing when the combustion flame reaches the piston crown surface is the same as before the change of the compression ratio. An engine control method comprising controlling ignition timing. 筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
筒内の混合気に火花点火する点火プラグと、
圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
を備える筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンを制御するエンジン制御装置において、
前記可変圧縮比機構を用いて圧縮比を制御する圧縮比制御部と、
点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、
を備え、
前記点火タイミング制御部は、前記圧縮比が変化した場合に、点火タイミングまたはピストン冠面に燃焼火炎が到達するタイミングのいずれかにおける前記点火プラグからピストンまでの距離が、前記圧縮比を変更する前と同じになるように、点火タイミングを制御することを特徴とするエンジン制御装置。 A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder;
A spark plug that sparks the air-fuel mixture in the cylinder,
A variable compression ratio mechanism for changing the compression ratio;
In an engine control device for controlling an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine comprising:
A compression ratio controller that controls the compression ratio using the variable compression ratio mechanism;
An ignition timing control unit for controlling the ignition timing;
With
When the compression ratio is changed, the ignition timing control unit is configured so that the distance from the ignition plug to the piston at any one of the ignition timing or the timing at which the combustion flame reaches the piston crown surface changes the compression ratio. An engine control device that controls ignition timing so as to be the same.
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