JP2020176570A - Control device for premixed compression ignition type engine - Google Patents

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Abstract

To compatibly suppress abnormal combustion and improve fuel consumption performance in a high-load region.SOLUTION: A control device in this invention is applied to an engine which enables premixed compression ignition combustion to combust fuel injected from an injector with self-ignition while mixing it with air. During operation in a low-speed and high-load region as part on a low-speed side in a high-load region where an engine load is high, the injector 15 is allowed to execute front-stage injection Fa and rear-stage injection Fb and an injection timing for the rear-stage injection Fb is set as the second half of a compression stroke. In the low-speed and high-load region, an injection timing for the rear-stage injection Fb when the engine speed is high is made later than an injection timing for the rear-stage injection Fb when the engine speed is low, and an injection amount ratio of the rear-stage injection Fb when the engine speed is high is made smaller than the injection amount ratio of the rear-stage injection Fb when the engine speed is low.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、燃焼室に噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to a device that controls an engine capable of premixed compression ignition combustion in which fuel injected into a combustion chamber is mixed with air and burned by self-ignition.

近年、空気と混合されたガソリン燃料を燃焼室内で自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が注目されている。予混合圧縮着火燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、燃費性能（熱効率）の面で非常に有利だと言われている。 In recent years, premixed compression ignition combustion (HCCI combustion) in which gasoline fuel mixed with air is burned by self-ignition in a combustion chamber has attracted attention. Premixed compression ignition combustion is a form in which the air-fuel mixture burns at the same time, so the combustion speed of the air-fuel mixture is faster and fuel efficiency is higher than SI combustion (spark ignition combustion) used in ordinary gasoline engines. It is said to be very advantageous in terms of (thermal efficiency).

上記予混合圧縮着火燃焼の一種として、混合気の自着火による燃焼と点火プラグを用いた強制燃焼とを組み合わせた燃焼形式が提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させ、その他の混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。 As a type of premixed compression ignition combustion, a combustion type that combines combustion by self-ignition of the air-fuel mixture and forced combustion using a spark plug has been proposed. That is, a part of the air-fuel mixture is forcibly burned by flame propagation (SI combustion) triggered by spark ignition, and the other air-fuel mixture is burned by self-ignition (CI combustion). In the following, such combustion is referred to as partial compression ignition combustion.

上記部分圧縮着火燃焼を採用したエンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。具体的に、この特許文献１のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼（同文献中ではＳＩ−ＣＩ燃焼と称されている）の実行時に、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が、エンジン負荷（目標トルク）に応じて定まる目標値（目標ＳＩ率）に一致するように、燃焼室内のＥＧＲ率や点火プラグによる火花点火の時期等が制御される。 The following Patent Document 1 is known as an example of an engine that employs the partial compression ignition combustion. Specifically, in the engine of Patent Document 1, the amount of heat generated by SI combustion relative to the total amount of heat generated in one cycle when partial compression ignition combustion (referred to as SI-CI combustion in the same document) is executed. The EGR rate in the combustion chamber, the timing of spark ignition by the spark plug, and the like are controlled so that the SI rate, which is the ratio of the above, matches the target value (target SI rate) determined according to the engine load (target torque).

特開２０１８−０８４１８３号公報JP-A-2018-0843183

ここで、上記特許文献１のエンジンでは、混合気の部分圧縮着火燃焼を可能とするために、幾何学的圧縮比が比較的高い値（例えば１７以上２０以下）に設定されている。このような高い圧縮比は、特にエンジンの高負荷域においてプリイグニッションやノッキング等の異常燃焼を誘発し易い。この点、上記特許文献１では、高負荷域での燃焼形式を部分圧縮着火燃焼からＳＩ燃焼に切り替える、つまり混合気の全てを火花点火により強制燃焼させる燃焼形式に切り替えるようにしている。しかしながら、このようにエンジンの高負荷域において部分圧縮着火燃焼を禁止する（全ての混合気をＳＩ燃焼させる）ようにした場合には、異常燃焼を回避することはできても、十分な燃費向上効果は得られなくなる。 Here, in the engine of Patent Document 1, the geometric compression ratio is set to a relatively high value (for example, 17 or more and 20 or less) in order to enable partial compression ignition combustion of the air-fuel mixture. Such a high compression ratio tends to induce abnormal combustion such as pre-ignition and knocking, especially in a high load region of the engine. In this regard, in Patent Document 1, the combustion type in the high load region is switched from partial compression ignition combustion to SI combustion, that is, the combustion type in which all of the air-fuel mixture is forcibly burned by spark ignition is switched. However, when partial compression ignition combustion is prohibited (SI combustion of all air-fuel mixture) in the high load region of the engine in this way, abnormal combustion can be avoided, but sufficient fuel efficiency is improved. The effect will not be obtained.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高負荷域での異常燃焼の抑制と燃費性能の向上とを両立することが可能な予混合圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a control device for a premixed compression ignition engine capable of suppressing abnormal combustion in a high load range and improving fuel efficiency. The purpose is to provide.

前記課題を解決するために、本願発明者等は、エンジンの高負荷域において異常燃焼を伴わない部分圧縮着火燃焼を可能にするために、吸気行程だけでなく圧縮行程後半にも燃料を噴射し、これによって燃焼室を冷却して異常燃焼を抑制することを検討した。一方、圧縮行程後半という遅い時期の燃料噴射（以下、後段噴射という）は、局所リッチな混合気の形成につながるので、燃料の未燃成分が増大して燃費性能が悪化することが懸念される。しかしながら、検討の結果、高負荷域での部分圧縮着火燃焼の実現のために後段噴射を実行したとしても、当該後段噴射による燃費性能の悪化代は予想よりも少なく済むこと、つまり部分圧縮着火燃焼を採用することによる燃費向上代が後段噴射による燃費悪化代を十分に補うことが分かった。このことは、部分圧縮着火燃焼（つまり混合気の一部を予混合圧縮着火燃焼させる燃焼形態）を採用した場合に限らず、混合気の全てを予混合圧縮着火燃焼させる燃焼形態を採用した場合でも同様である。 In order to solve the above problems, the inventors of the present application inject fuel not only in the intake stroke but also in the latter half of the compression stroke in order to enable partial compression ignition combustion without abnormal combustion in a high load region of the engine. It was examined to cool the combustion chamber and suppress abnormal combustion. On the other hand, fuel injection in the latter half of the compression stroke (hereinafter referred to as post-stage injection) leads to the formation of a locally rich air-fuel mixture, so there is concern that the unburned components of the fuel will increase and fuel efficiency will deteriorate. .. However, as a result of the examination, even if the post-stage injection is executed to realize the partial compression ignition combustion in the high load region, the deterioration of the fuel efficiency performance due to the post-stage injection is less than expected, that is, the partial compression ignition combustion. It was found that the fuel consumption improvement cost by adopting the above fully compensates for the fuel consumption deterioration cost due to the post-stage injection. This is not limited to the case where partial compression ignition combustion (that is, a combustion form in which a part of the air-fuel mixture is premixed, compressed, ignited and burned) is adopted, but also when a combustion form in which all of the air-fuel mixture is premixed, compressed, ignited and burned is adopted. But the same is true.

本発明は、前記のような知見に基づきなされたものである。すなわち、本発明は、燃焼室と当該燃焼室に燃料を噴射するインジェクタとを備えた予混合圧縮着火式エンジンを制御する装置であって、エンジン負荷が高い高負荷域において、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させるとともに、噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼により燃焼するようにエンジンの各部を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記高負荷域における低速側の一部である低速・高負荷域での運転時に、前記後段噴射の噴射時期を圧縮行程後半に設定するとともに、回転速度が高いときの前記後段噴射の噴射時期が回転速度が低いときの前記後段噴射の噴射時期よりも遅くなり、かつ回転速度が高いときの前記後段噴射の噴射量割合が回転速度が低いときの前記後段噴射の噴射量割合よりも小さくなるように、前記インジェクタを制御する、ことを特徴とするものである（請求項１）。 The present invention has been made based on the above findings. That is, the present invention is a device for controlling a premixed compression ignition type engine including a combustion chamber and an injector for injecting fuel into the combustion chamber, and fuel during a compression stroke in a high load region where the engine load is high. The injector is made to execute the post-stage injection that injects the fuel and the pre-stage injection that is included in the first half of the intake stroke or the compression stroke and injects the fuel earlier than the post-stage injection, and the mixture of the injected fuel and air is generated. It is equipped with a combustion control unit that controls each part of the engine so that it burns by premixed compression ignition combustion, and the combustion control unit is operated in a low speed / high load region that is a part of the low speed side in the high load region. In addition to setting the injection timing of the latter stage injection to the latter half of the compression stroke, the injection timing of the latter stage injection when the rotation speed is high is later than the injection timing of the latter stage injection when the rotation speed is low, and the rotation speed is high. It is characterized in that the injector is controlled so that the injection amount ratio of the latter stage injection when the value is high is smaller than the injection amount ratio of the latter stage injection when the rotation speed is low (claim 1). ..

本発明によれば、熱発生量が多くなるエンジンの高負荷域において、吸気行程等の比較的早い時期に燃料を噴射する前段噴射に加えて、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射が実行されるので、混合気が予混合圧縮着火燃焼を開始する直前（圧縮上死点の近傍）での燃焼室の温度を後段噴射の気化潜熱により低下させることができ、前記高負荷域において懸念される異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, in a high load region of an engine in which a large amount of heat is generated, a post-stage injection that injects fuel during a compression stroke is executed in addition to a pre-stage injection that injects fuel at a relatively early stage such as an intake stroke. Therefore, the temperature of the combustion chamber immediately before the air-fuel mixture starts premixed compression ignition combustion (near the compression top dead center) can be lowered by the latent heat of vaporization of the post-stage injection, which is a concern in the high load region. It is possible to effectively suppress the occurrence of abnormal combustion.

特に、前記高負荷域の中でも低速側に位置する低速・高負荷域では、後段噴射の噴射時期が圧縮行程後半まで遅角されるので、圧縮行程後半に生じ得る燃料の低温酸化反応を抑制することができ、混合気が過早に着火する異常燃焼であるプリイグニッションを抑制することができる。低温酸化反応とは、火炎を伴いながら高い熱エネルギーを発生させる高温酸化反応（実質的な燃焼反応）よりも前に生じる緩慢な酸化反応のことであり、燃焼室が高温になる圧縮行程の後半で生じ得ることが知られている。本願発明者等の知見によれば、この低温酸化反応は、前記低速・高負荷域のような運転条件、つまり回転速度が低くかつ負荷が高い条件下で顕著に出現し易い。しかも、低温酸化反応が顕著に出現すると、その反応熱によって燃焼室内の混合気（燃焼前の混合気）の温度が上昇するので、正規の燃焼開始時期よりも早くに混合気が自着火する現象であるプリイグニッションの発生確率が高くなる。これに対し、本発明では、低速・高負荷領域での運転時に、低温酸化反応が生じ易い環境になる圧縮行程後半まで後段噴射の噴射時期が遅角されるので、当該後段噴射の気化潜熱による冷却効果によって低温酸化反応の反応レベルを十分に低下させることができ、当該低温酸化反応に起因してプリイグニッション等の異常燃焼が誘発されるのを効果的に抑制することができる。 In particular, in the low-speed / high-load region located on the low-speed side of the high-load region, the injection timing of the post-stage injection is retarded until the latter half of the compression stroke, so that the low-temperature oxidation reaction of the fuel that may occur in the latter half of the compression stroke is suppressed. This makes it possible to suppress pre-ignition, which is abnormal combustion in which the air-fuel mixture ignites prematurely. The low-temperature oxidation reaction is a slow oxidation reaction that occurs before the high-temperature oxidation reaction (substantial combustion reaction) that generates high thermal energy with a flame, and is the latter half of the compression process in which the combustion chamber becomes hot. It is known that it can occur in. According to the findings of the inventors of the present application, this low-temperature oxidation reaction tends to remarkably appear under operating conditions such as the low-speed / high-load region, that is, under conditions of low rotation speed and high load. Moreover, when the low-temperature oxidation reaction appears remarkably, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber (the air-fuel mixture before combustion) rises due to the heat of reaction, so that the air-fuel mixture self-ignites earlier than the normal combustion start time. The probability of occurrence of pre-ignition is high. On the other hand, in the present invention, the injection timing of the latter stage injection is delayed until the latter half of the compression stroke, which creates an environment in which a low temperature oxidation reaction is likely to occur during operation in a low speed / high load region. The reaction level of the low-temperature oxidation reaction can be sufficiently lowered by the cooling effect, and it is possible to effectively suppress the induction of abnormal combustion such as preignition due to the low-temperature oxidation reaction.

しかも、低速・高負荷域での後段噴射の噴射時期および噴射量割合が、エンジン回転速度に応じて変更される、つまり回転速度が高い（低い）ときは後段噴射の噴射時期が遅く（早く）かつ噴射量割合が小さく（大きく）されるので、低温酸化反応の出現傾向に合わせた適切な時期に後段噴射を実行することができ、低速・高負荷域で懸念されるプリイグニッション等の異常燃焼を効果的に抑制することができる。 Moreover, the injection timing and injection amount ratio of the latter stage injection in the low speed / high load range are changed according to the engine rotation speed, that is, when the rotation speed is high (low), the injection timing of the latter stage injection is late (early). Moreover, since the injection amount ratio is small (large), it is possible to execute the latter stage injection at an appropriate time according to the appearance tendency of the low temperature oxidation reaction, and abnormal combustion such as pre-ignition, which is a concern in the low speed and high load range, can be performed. Can be effectively suppressed.

すなわち、本願発明者等の知見によれば、低温酸化反応はエンジン回転速度が高くなるほどその出現時期が遅くなり、かつ反応レベルも低くなる。これに対し、本発明では、低速・高負荷域内で回転速度が上昇したときには後段噴射の噴射時期が圧縮行程後半の中でもより遅い時期までシフトされるので、回転速度が高いほど出現時期が遅くなる前記低温酸化反応に合わせるように後段噴射を行うことができ、当該後段噴射によって燃焼室を冷却して低温酸化反応の出現を抑制することができる。ただし、このように回転速度の上昇に応じて後段噴射の噴射時期を遅くした場合には、当該後段噴射の終了から燃焼開始までの期間がかなり短くなるので、燃焼が開始される直前の燃焼室内に局所リッチな混合気が形成され易くなり、スモークが発生したりＮＯｘの発生量が増大したりすることが懸念される。これに対し、本発明では、回転速度の上昇に伴う後段噴射の遅角化と併せて、後段噴射の噴射量割合を小さくする対策が採られるので、前記のような不具合（スモークの発生等）を回避してエミッション性能を良好に維持することができる。しかも、上述のとおりエンジン回転速度が高い条件では低温酸化反応の反応レベルが低下するので、回転速度の上昇に応じて後段噴射の噴射量割合を小さくする前記の対策を採ったとしても、低温酸化反応は顕在化せず、プリイグニッション等の異常燃焼は抑制される。 That is, according to the findings of the inventors of the present application, the higher the engine speed, the later the appearance time of the low temperature oxidation reaction, and the lower the reaction level. On the other hand, in the present invention, when the rotation speed increases in the low-speed / high-load range, the injection timing of the post-stage injection is shifted to a later timing in the latter half of the compression stroke, so that the higher the rotation speed, the later the appearance timing. The post-stage injection can be performed in accordance with the low-temperature oxidation reaction, and the combustion chamber can be cooled by the post-stage injection to suppress the appearance of the low-temperature oxidation reaction. However, when the injection timing of the latter stage injection is delayed according to the increase in the rotation speed in this way, the period from the end of the latter stage injection to the start of combustion becomes considerably shorter, so that the combustion chamber immediately before the start of combustion Locally rich air-fuel mixture is likely to be formed in the air, and there is a concern that smoke may be generated or the amount of NOx generated may increase. On the other hand, in the present invention, measures are taken to reduce the injection amount ratio of the post-stage injection in addition to the retarding of the post-stage injection due to the increase in the rotation speed, so that the above-mentioned problems (smoke generation, etc.) are taken. Can be avoided and the emission performance can be maintained well. Moreover, as described above, the reaction level of the low-temperature oxidation reaction decreases under the condition that the engine speed is high. Therefore, even if the above-mentioned measures for reducing the injection amount ratio of the subsequent injection according to the increase in the rotation speed are taken, the low-temperature oxidation The reaction does not become apparent, and abnormal combustion such as pre-ignition is suppressed.

さらに、圧縮行程後半の後段噴射によって、低速・高負荷域にて異常燃焼を伴わない予混合圧縮着火燃焼が可能になるので、仮に同運転領域で予混合圧縮着火燃焼を禁止した場合（通常のＳＩ燃焼に切り替えた場合）に比べて、熱効率に優れた予混合圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができる。圧縮行程後半に後段噴射を実行することは、前記のとおり局所リッチな混合気の形成につながるので、燃料が未燃のまま排出される割合が増大し、燃費性能の悪化につながるおそれがある。しかしながら、本願発明者等の知見によれば、この未燃成分の増大による燃費性能の悪化代は、予混合圧縮着火燃焼を実行することによる燃費向上代によって十分に補うことができる。すなわち、低速・高負荷域にて後段噴射を実行しつつ混合気を予混合圧縮着火燃焼させる本発明によれば、特段の燃費性能の悪化を招くことなく予混合圧縮着火燃焼の実行領域を拡大することができ、エンジンの燃費性能を実質的に向上させることができる。 Furthermore, since the post-stage injection in the latter half of the compression stroke enables premixed compression ignition combustion without abnormal combustion in the low speed and high load range, if premixed compression ignition combustion is prohibited in the same operating region (normal). Compared with (when switching to SI combustion), the execution range of premixed compression ignition combustion with excellent thermal efficiency can be expanded. Executing the post-stage injection in the latter half of the compression stroke leads to the formation of a locally rich air-fuel mixture as described above, so that the proportion of fuel discharged unburned increases, which may lead to deterioration of fuel efficiency. However, according to the findings of the inventors of the present application, the deterioration of fuel efficiency due to the increase in the unburned component can be sufficiently compensated for by the improvement in fuel efficiency due to the execution of premixed compression ignition combustion. That is, according to the present invention in which the air-fuel mixture is premixed, compressed, ignited and burned while executing the post-stage injection in the low speed and high load range, the execution range of the premixed compression ignition and combustion is expanded without causing any particular deterioration in fuel efficiency. This can substantially improve the fuel efficiency of the engine.

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記低速・高負荷域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の噴射時期が遅くなりかつ噴射量割合が小さくなるように、前記インジェクタを制御する（請求項２）。 Preferably, the combustion control unit controls the injector so that the higher the rotation speed, the later the injection timing of the subsequent injection and the smaller the injection amount ratio during operation in the low speed / high load region ( Claim 2).

この構成によれば、低温酸化反応の出現時期および反応レベルを左右するエンジン回転速度の高低に応じて後段噴射の時期および噴射量割合を適切に調整することができる。 According to this configuration, the timing of the post-stage injection and the injection amount ratio can be appropriately adjusted according to the appearance timing of the low temperature oxidation reaction and the high or low engine speed that influences the reaction level.

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記高負荷域に含まれかつ前記低速・高負荷域よりも高速側に位置する中速・高負荷域において、前記前段噴射および前記後段噴射を前記インジェクタに実行させて混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記後段噴射の噴射時期を前記低速・高負荷域における最も高速側での噴射時期よりも早くする（請求項３）。 Preferably, the combustion control unit executes the pre-stage injection and the post-stage injection on the injector in the medium-speed / high-load region included in the high-load region and located on the high-speed side of the low-speed / high-load region. The air-fuel mixture is burned by premixed compression ignition combustion, and the injection timing of the subsequent injection is made earlier than the injection timing on the highest speed side in the low speed / high load region (claim 3).

この構成によれば、低温酸化反応がより出現し難くなる条件で後段噴射が無用に遅角されるのを回避でき、異常燃焼を抑制しつつ燃費性能等を良好に確保することができる。すなわち、回転速度が相対的に高い中速・高負荷域では、低温酸化反応の出現時期がより遅くなる（圧縮上死点に近づく）ものの、その反応レベルはかなり低いものとなる。また、ピストンによる混合気の圧縮開始から圧縮終了までの実時間（混合気の受熱時間）が短くなるので、混合気が過早に着火するような現象は起き難くなり、プリイグニッションの発生リスクは非常に低くなる。むしろ、中速・高負荷域では、ノッキング、つまり混合気の燃焼途中にその燃焼領域の外側に位置する未燃ガスが局所自着火により急速燃焼する異常燃焼が起き易くなる。ノッキングは、プリイグニッションに比べればエンジンに及ぼす影響は少ないといえる。前記構成では、このように低温酸化反応が弱まりかつ異常燃焼のリスクが低くなる中速・高負荷域において、後段噴射の噴射時期が早められるので、それによって後段噴射の噴射時期が低温酸化反応の出現時期よりも進角側にずれることになっても、プリイグニッションおよびノッキングが発生しない程度には低温酸化反応を抑制することができる。また、後段噴射の進角化によって混合気の局所リッチ化が軽減されるので、燃費性能およびエミッション性能に優れた燃焼を実現することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent the post-stage injection from being unnecessarily retarded under the condition that the low temperature oxidation reaction is less likely to appear, and it is possible to secure good fuel efficiency while suppressing abnormal combustion. That is, in the medium-speed / high-load region where the rotation speed is relatively high, the appearance time of the low-temperature oxidation reaction is later (approaching the compression top dead center), but the reaction level is considerably low. In addition, since the real time (heat receiving time of the air-fuel mixture) from the start of compression of the air-fuel mixture to the end of compression by the piston is shortened, the phenomenon that the air-fuel mixture ignites prematurely is less likely to occur, and the risk of pre-ignition is reduced. Very low. Rather, in the medium-speed / high-load region, knocking, that is, abnormal combustion in which unburned gas located outside the combustion region is rapidly burned by local self-ignition during combustion of the air-fuel mixture is likely to occur. It can be said that knocking has less effect on the engine than pre-ignition. In the above configuration, the injection timing of the post-stage injection is accelerated in the medium-speed / high-load region where the low-temperature oxidation reaction is weakened and the risk of abnormal combustion is low, so that the injection timing of the post-stage injection is the low-temperature oxidation reaction. Even if it shifts to the advance side from the appearance time, the low temperature oxidation reaction can be suppressed to the extent that pre-ignition and knocking do not occur. Further, since the local enrichment of the air-fuel mixture is reduced by advancing the post-stage injection, it is possible to realize combustion having excellent fuel efficiency and emission performance.

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域での運転時に、前記後段噴射の噴射量割合を前記低速・高負荷域における最も高速側での噴射量割合よりも大きくする（請求項４）。 In the above configuration, more preferably, the combustion control unit sets the injection amount ratio of the subsequent stage injection to the injection amount ratio on the highest speed side in the low speed / high load region during operation in the medium speed / high load region. Is also increased (claim 4).

この構成によれば、前記のように後段噴射の噴射時期が早められたとしても、当該後段噴射による異常燃焼の抑制効果が極端に弱まることがなく、異常燃焼の抑制効果を十分に確保することができる。 According to this configuration, even if the injection timing of the latter stage injection is advanced as described above, the effect of suppressing abnormal combustion by the latter stage injection is not extremely weakened, and the effect of suppressing abnormal combustion is sufficiently ensured. Can be done.

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域における低速側の一部である第１中速・高負荷域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の噴射時期が早くなるように前記インジェクタを制御する（請求項５）。 In the above configuration, more preferably, the combustion control unit injects the latter stage as the rotation speed increases during operation in the first medium speed / high load region, which is a part of the low speed side in the medium speed / high load region. The injector is controlled so that the injection timing of the injector is earlier (claim 5).

この構成によれば、回転速度の上昇に伴い漸減する低温酸化反応のレベルに合わせて適切に後段噴射の噴射時期を早めることができ、異常燃焼を抑制しつつ燃費性能およびエミッション性能を向上させることができる。 According to this configuration, the injection timing of the post-stage injection can be appropriately advanced according to the level of the low-temperature oxidation reaction that gradually decreases as the rotation speed increases, and the fuel efficiency performance and emission performance can be improved while suppressing abnormal combustion. Can be done.

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域における高速側の一部である第２中速・高負荷域での運転時に、回転速度に拠らず前記後段噴射の噴射時期を圧縮行程前半の所定時期に保持する（請求項６）。 In the above configuration, more preferably, the combustion control unit is operated in the second medium speed / high load region, which is a part of the high speed side in the medium speed / high load region, regardless of the rotation speed. The injection timing of the injection is held at a predetermined timing in the first half of the compression stroke (claim 6).

この構成によれば、低温酸化反応がほとんど出現しない速度域まで回転速度が上昇したのに合わせて後段噴射を十分に進角させることができ、燃費性能およびエミッション性能への悪影響を可及的に低減することができる。 According to this configuration, the post-stage injection can be sufficiently advanced in accordance with the increase in the rotational speed to a speed range in which the low-temperature oxidation reaction hardly appears, and the adverse effects on fuel efficiency and emission performance can be minimized. It can be reduced.

好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室に連通する吸気通路および排気通路と、排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に還流するＥＧＲ装置とを備え、前記燃焼制御部は、前記高負荷域よりも負荷が低い中負荷域において混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記ＥＧＲ装置を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率が前記中負荷域よりも前記高負荷域で低くなるように前記ＥＧＲ装置を制御する（請求項７）。 Preferably, the engine includes an intake passage and an exhaust passage communicating with the combustion chamber, and an EGR device for returning exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage, and the combustion control unit is in the high load region. The air-fuel mixture is burned by premixed compression ignition combustion in a medium load region where the load is lower than that of the medium load region, and the external EGR ratio, which is the ratio of the exhaust gas returned to the combustion chamber through the EGR device, is higher than that in the medium load region. The EGR device is controlled so as to be low in a high load region (claim 7).

このように、エンジンの高負荷域で外部ＥＧＲ率を相対的に低くするようにした場合には、高負荷域において燃焼室に十分な量の空気を導入することができ、負荷に見合った十分に高いトルクを発生させることができる。一方、高負荷域で外部ＥＧＲ率が低くされると異常燃焼（プリイグニッションまたはノッキング）の発生リスクが高まるが、この異常燃焼は上述した後段噴射の効果によって十分に抑制される。すなわち、前記構成によれば、高い出力トルクを確保しつつ異常燃焼を抑制することができる。 In this way, when the external EGR ratio is set to be relatively low in the high load range of the engine, a sufficient amount of air can be introduced into the combustion chamber in the high load range, which is sufficient for the load. Can generate high torque. On the other hand, when the external EGR rate is lowered in the high load region, the risk of abnormal combustion (pre-ignition or knocking) increases, but this abnormal combustion is sufficiently suppressed by the effect of the post-stage injection described above. That is, according to the above configuration, abnormal combustion can be suppressed while ensuring high output torque.

好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、前記燃焼制御部は、前記高負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる（請求項８）。 Preferably, the engine includes an ignition plug that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the combustion control unit has a part of the air-fuel mixture from the ignition point of the ignition plug during operation in the high load region. The spark plug is spark-ignited at a predetermined timing near the compression top dead point so that partial compression ignition combustion is performed in which combustion is performed by the flame propagation of the above and other air-fuel mixture is burned by self-ignition (claim). 8).

このように、点火プラグによる火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により燃焼させるようにした場合には、火花点火の時期に応じて混合気の着火時期を的確に調整することができ、外部環境や負荷等の変動にかかわらず安定した出力を発揮する実用性に優れたエンジンを実現することができる。 In this way, when a part of the air-fuel mixture is burned by flame propagation triggered by spark ignition by the spark plug, the ignition timing of the air-fuel mixture can be accurately adjusted according to the timing of spark ignition. , It is possible to realize an engine with excellent practicality that exhibits stable output regardless of fluctuations in the external environment and load.

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、高負荷域での異常燃焼の抑制と燃費性能の向上とを両立することができる。 As described above, according to the control device for the premixed compression ignition engine of the present invention, it is possible to suppress abnormal combustion in a high load range and improve fuel efficiency.

本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。It is a system diagram which shows typically the whole structure of the compression ignition type engine which concerns on one Embodiment of this invention. エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。It is the figure which showed the cross-sectional view of the engine body and the plan view of a piston together. 吸気弁および排気弁のリフトカーブを示す図である。It is a figure which shows the lift curve of an intake valve and an exhaust valve. エンジンの制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of an engine. エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けした運転マップである。This is an operation map in which the operating area of the engine is divided according to the difference in combustion form. ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the heat generation rate at the time of SPCCI combustion (partial compression ignition combustion). 図５のマップ中の第１運転領域（Ａ１）を燃料噴射制御の相違により区分けした拡大運転マップである。This is an enlarged operation map in which the first operation area (A1) in the map of FIG. 5 is divided according to the difference in fuel injection control. エンジンの運転中に実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control operation executed during operation of an engine. 図７のマップ中の高負荷域（Ｄ１）において実行される燃料の噴射パターンを示すタイムチャートであり、（ａ）〜（ｅ）はエンジン回転速度が異なる各条件での噴射パターンを示している。It is a time chart showing the fuel injection pattern executed in the high load region (D1) in the map of FIG. 7, and (a) to (e) show the injection pattern under each condition where the engine speed is different. .. 図７のマップ中の中負荷域（Ｄ２）において実行される燃料の噴射パターンを示すタイムチャートである。6 is a time chart showing a fuel injection pattern executed in the medium load region (D2) in the map of FIG. 7. 上記高負荷域および中負荷域において設定される外部ＥＧＲ率のエンジン負荷に応じた変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change according to the engine load of the external EGR rate set in the high load region and the medium load region. 上記高負荷域において実行される前段噴射および後段噴射の各開始時期とエンジン回転速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between each start time of the pre-stage injection and the post-stage injection executed in the high load region, and the engine rotation speed. 上記前段噴射および後段噴射の各噴射量割合とエンジン回転速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between each injection amount ratio of the pre-stage injection and the post-stage injection and an engine rotation speed.

（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジンともいう）の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。 (1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a preferred embodiment of a compression ignition engine (hereinafter, also simply referred to as an engine) to which the control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a 4-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a power source for traveling, and includes an engine body 1, an intake passage 30 through which intake air introduced into the engine body 1 flows, and an intake passage 30. It includes an exhaust passage 40 through which the exhaust gas discharged from the engine body 1 flows, and an external EGR device 50 that returns a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40 to the intake passage 30.

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。 The engine body 1 is slidably inserted into the cylinder block 3 in which the cylinder 2 is formed, the cylinder head 4 attached to the upper surface of the cylinder block 3 so as to close the cylinder 2 from above, and the cylinder 2. It has a cylinder 5 and a cylinder 5. The engine body 1 is typically a multi-cylinder type having a plurality of (for example, four) cylinders, but here, for simplification, the description will proceed focusing on only one cylinder 2.

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン５が上下方向に往復運動する。 A combustion chamber 6 is defined above the piston 5, and fuel containing gasoline as a main component is supplied to the combustion chamber 6 by injection from an injector 15 described later. Then, the supplied fuel burns while being mixed with air in the combustion chamber 6, and the piston 5 reciprocates in the vertical direction in response to the expansion force generated by the combustion.

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。 Below the piston 5, a crankshaft 7, which is an output shaft of the engine body 1, is provided. The crankshaft 7 is connected to the piston 5 via a connecting rod 8 and is rotationally driven around the central axis in response to the reciprocating motion (vertical motion) of the piston 5.

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１４以上２０以下、好ましくは１６以上１８以下に設定される。 The geometric compression ratio of the cylinder 2, that is, the ratio of the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center is determined by SPCCI combustion described later. A value suitable for (partially compressed ignition combustion) is set to 14 or more and 20 or less, preferably 16 or more and 18 or less.

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１と、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサＳＮ２とが設けられている。 The cylinder block 3 includes a crank angle sensor SN1 that detects the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7 and the rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft 7, and cooling that flows inside the cylinder block 3 and the cylinder head 4. A water temperature sensor SN2 that detects the temperature of water (engine water temperature) is provided.

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、当実施形態では、１つの気筒２の燃焼室６に対し吸気ポート９および排気ポート１０が２つずつ開口している。また、これに対応して、吸気弁１１および排気弁１２が１つの気筒２につき２つずつ設けられている。 The cylinder head 4 has an intake port 9 for introducing the air supplied from the intake passage 30 into the combustion chamber 6, and an exhaust port 10 for leading the exhaust gas generated in the combustion chamber 6 to the exhaust passage 40. An intake valve 11 that opens and closes the opening of the intake port 9 on the combustion chamber 6 side and an exhaust valve 12 that opens and closes the opening of the exhaust port 10 on the combustion chamber 6 side are provided. As shown in FIG. 2, the valve type of the engine of this embodiment is a 4-valve type of 2 intake valves x 2 exhaust valves. That is, in this embodiment, two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are opened in the combustion chamber 6 of one cylinder 2. Correspondingly, two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided for each cylinder 2.

吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。 The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are opened and closed in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by a valve operating mechanism including a pair of camshafts and the like arranged on the cylinder head 4.

吸気弁１１用の動弁機構には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３が内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４が内蔵されている。吸気ＶＶＴ１３（排気ＶＶＴ１４）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する。 The valve operating mechanism for the intake valve 11 has a built-in intake VVT 13 that can change the opening / closing timing of the intake valve 11. Similarly, the valve operating mechanism for the exhaust valve 12 has a built-in exhaust VVT 14 that can change the opening / closing timing of the exhaust valve 12. The intake VVT 13 (exhaust VVT 14) is a so-called phase type variable mechanism, and changes the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 11 (exhaust valve 12) at the same time and by the same amount.

図３は、吸気弁１１および排気弁１２のリフトカーブを示す図である（ＩＮは吸気弁１１のリフトカーブを、ＥＸは排気弁１２のリフトカーブをそれぞれ示している）。本図に示すように、吸気弁１１および排気弁１２は、排気上死点（図３中のＴＤＣ）を跨いで開弁期間が重複するように駆動されることがある。この重複期間、つまり吸気弁１１および排気弁１２の双方が開弁する期間は、バルブオーバーラップ期間と呼ばれる。バルブオーバーラップ期間は、上述した吸気ＶＶＴ１３および排気ＶＶＴ１４の制御により調整することが可能である。 FIG. 3 is a diagram showing lift curves of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 (IN shows the lift curve of the intake valve 11 and EX shows the lift curve of the exhaust valve 12). As shown in this figure, the intake valve 11 and the exhaust valve 12 may be driven so as to have overlapping valve opening periods across the exhaust top dead center (TDC in FIG. 3). This overlapping period, that is, the period during which both the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are opened is called a valve overlap period. The valve overlap period can be adjusted by controlling the intake VVT 13 and the exhaust VVT 14 described above.

図３では、バルブオーバーラップ期間が比較的長く設定された場合のリフトカーブを実線の波形で示し、バルブオーバーラップ期間が比較的短く設定された場合のリフトカーブを破線の波形で示している。例えば、後述する過給機３３により加圧された吸気の圧力（過給圧）が高くなる高負荷域において、実線の波形のようにバルブオーバーラップ期間が拡大された場合には、当該オーバーラップ期間の間、吸気ポート９から排気ポート１０へと吹き抜ける吸気の流れが形成される結果、燃焼室６内に残留する既燃ガスの排気ポート１０への排出が促進され、いわゆる掃気性能が向上する。一方、吸気の圧力が低い低負荷域においてバルブオーバーラップ期間が拡大された場合には、吸気行程の前期に未だ開放状態にある排気ポート１０から燃焼室６へと既燃ガス（排気ガス）が引き戻される結果、燃焼室６に残留する排気ガスの割合である内部ＥＧＲ率が高くなる。このように、吸気ＶＶＴ１３および排気ＶＶＴ１４を備えた当実施形態のエンジンでは、エンジンの高負荷域または低負荷域でのバルブオーバーラップ期間の拡大または縮小により、掃気性能や内部ＥＧＲ率を調整できるようになっている。 In FIG. 3, the lift curve when the valve overlap period is set to be relatively long is shown by a solid line waveform, and the lift curve when the valve overlap period is set to be relatively short is shown by a broken line waveform. For example, in a high load region where the intake pressure (supercharging pressure) pressurized by the supercharger 33 described later becomes high, when the valve overlap period is extended as shown by the solid line waveform, the overlap As a result of forming an intake flow that blows from the intake port 9 to the exhaust port 10 during the period, the exhaust of the burnt gas remaining in the combustion chamber 6 to the exhaust port 10 is promoted, and the so-called scavenging performance is improved. .. On the other hand, when the valve overlap period is extended in the low load region where the intake pressure is low, the burnt gas (exhaust gas) is discharged from the exhaust port 10 which is still open in the previous period of the intake stroke to the combustion chamber 6. As a result of being pulled back, the internal EGR rate, which is the ratio of the exhaust gas remaining in the combustion chamber 6, becomes high. As described above, in the engine of the present embodiment provided with the intake VVT13 and the exhaust VVT14, the scavenging performance and the internal EGR rate can be adjusted by expanding or reducing the valve overlap period in the high load region or the low load region of the engine. It has become.

図１および図２に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the cylinder head 4 is a mixture of an injector 15 that injects fuel (gasoline) into the combustion chamber 6 and fuel and intake air injected from the injector 15 into the combustion chamber 6. An ignition plug 16 for igniting the air-fuel mixture is provided.

図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成されている。また、ピストン５の冠面におけるキャビティ２０よりも径方向外側には、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１が形成されている。 As shown in FIG. 2, the crown surface of the piston 5 is formed with a cavity 20 in which a relatively wide area including the central portion thereof is recessed on the opposite side (lower side) of the cylinder head 4. Further, a squish portion 21 made of an annular flat surface is formed on the outer side in the radial direction of the cavity 20 on the crown surface of the piston 5.

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である（図２中のＦは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している）。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部（キャビティ２０の底部中央）と対向するように、燃焼室６の天井面の中心部に配置されている。 The injector 15 is a multi-injection type injector having a plurality of injection holes at its tip, and can inject fuel radially from the plurality of injection holes (F in FIG. 2 is each injection). Represents a spray of fuel injected through a hole). The injector 15 is arranged at the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 so that the tip thereof faces the center of the crown surface of the piston 5 (the center of the bottom of the cavity 20).

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ１６の先端部（電極部）の位置は、キャビティ２０と平面視で重複するように設定されている。 The spark plug 16 is arranged at a position slightly offset from the injector 15 on the intake side. The position of the tip portion (electrode portion) of the spark plug 16 is set so as to overlap the cavity 20 in a plan view.

図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。 As shown in FIG. 1, the intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 9. The air (fresh air) taken in from the upstream end of the intake passage 30 is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 and the intake port 9.

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。 In the intake passage 30, in order from the upstream side, an air cleaner 31 that removes foreign matter in the intake air, a throttle valve 32 that can be opened and closed to adjust the flow rate of the intake air, and a supercharger 33 that sends out the intake air while compressing it are excessive. An intercooler 35 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 33 and a surge tank 36 are provided.

吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ４と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。吸気圧センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。 Each part of the intake passage 30 is provided with an air flow sensor SN3 for detecting the flow rate of the intake air, an intake air temperature sensor SN4 for detecting the temperature of the intake air, and an intake pressure sensor SN5 for detecting the pressure of the intake air. The air flow sensor SN3 and the intake air temperature sensor SN4 are provided at a portion between the air cleaner 31 and the throttle valve 32 in the intake passage 30, and detect the flow rate and temperature of the intake air passing through the portion. The intake pressure sensor SN5 is provided in the surge tank 36 and detects the pressure of the intake air in the surge tank 36.

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。 The supercharger 33 is a mechanical supercharger (supercharger) that is mechanically linked to the engine body 1. The specific type of the turbocharger 33 is not particularly limited, but any known turbocharger such as a Rishorum type, a roots type, or a centrifugal type can be used as the supercharger 33.

過給機３３とエンジン本体１との間には、締結／解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。 An electromagnetic clutch 34 capable of electrically switching between engagement and release is interposed between the supercharger 33 and the engine body 1. When the electromagnetic clutch 34 is engaged, the driving force is transmitted from the engine body 1 to the supercharger 33, and supercharging is performed by the supercharger 33. On the other hand, when the electromagnetic clutch 34 is released, the transmission of the driving force is cut off, and supercharging by the supercharger 33 is stopped.

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。 The intake passage 30 is provided with a bypass passage 38 for bypassing the supercharger 33. The bypass passage 38 connects the surge tank 36 and the EGR passage 51, which will be described later, to each other. A bypass valve 39 that can be opened and closed is provided in the bypass passage 38.

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面（吸気通路３０とは反対側の面）に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。 The exhaust passage 40 is connected to the other side surface of the cylinder head 4 (the surface opposite to the intake passage 30) so as to communicate with the exhaust port 10. The burnt gas generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust port 10 and the exhaust passage 40.

排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。 A catalytic converter 41 is provided in the exhaust passage 40. The catalytic converter 41 includes a three-way catalyst 41a for purifying harmful components (HC, CO, NOx) contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40, and a particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. It has a built-in GPF (gasoline particulate filter) 41b for collecting exhaust gas.

排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＡ／ＦセンサＳＮ６が設けられている。 An A / F sensor SN6 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided on the upstream side of the catalyst converter 41 in the exhaust passage 40.

外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。 The external EGR device 50 has an EGR passage 51 that connects the exhaust passage 40 and the intake passage 30, and an EGR cooler 52 and an EGR valve 53 provided in the EGR passage 51. The EGR passage 51 connects a portion of the exhaust passage 40 downstream of the catalytic converter 41 and a portion of the intake passage 30 between the throttle valve 32 and the supercharger 33 to each other. The EGR cooler 52 cools the exhaust gas (external EGR gas) that is returned from the exhaust passage 40 to the intake passage 30 through the EGR passage 51 by heat exchange. The EGR valve 53 is provided so as to be openable and closable in the EGR passage 51 on the downstream side (the side closer to the intake passage 30) of the EGR cooler 52, and adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 51.

（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。 (2) Control system FIG. 4 is a block diagram showing an engine control system. The PCM 100 shown in this figure is a microprocessor for comprehensively controlling an engine or the like, and is composed of a well-known CPU, ROM, RAM and the like.

ＰＣＭ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５、Ａ／ＦセンサＳＮ６と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気温、吸気圧、排気酸素濃度）がＰＣＭ１００に逐次入力されるようになっている。 Detection signals from various sensors are input to the PCM100. For example, the PCM100 is electrically connected to the crank angle sensor SN1, the water temperature sensor SN2, the airflow sensor SN3, the intake air temperature sensor SN4, the intake pressure sensor SN5, and the A / F sensor SN6 described above, and is detected by these sensors. Information (that is, crank angle, engine rotation speed, engine water temperature, intake flow rate, intake temperature, intake pressure, exhaust oxygen concentration) is sequentially input to the PCM 100.

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ７と、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ８とが設けられており、これらのセンサＳＮ７，ＳＮ８による検出信号もＰＣＭ１００に逐次入力される。 Further, the vehicle has an accelerator sensor SN7 that detects the opening degree of the accelerator pedal (hereinafter referred to as the accelerator opening degree) operated by the driver who drives the vehicle, and the traveling speed of the vehicle (hereinafter referred to as the vehicle speed). A vehicle speed sensor SN8 is provided, and detection signals from these sensors SN7 and SN8 are also sequentially input to the PCM 100.

ＰＣＭ１００は、上記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ１００は、吸・排気ＶＶＴ１３，１４、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。 The PCM 100 controls each part of the engine while executing various determinations and calculations based on the input information from each of the above sensors. That is, the PCM100 is electrically connected to the intake / exhaust VVTs 13 and 14, the injector 15, the spark plug 16, the throttle valve 32, the electromagnetic clutch 34, the bypass valve 39, the EGR valve 53, and the like, and the result of the above calculation and the like. A control signal is output to each of these devices based on the above.

具体的に、ＰＣＭ１００は、判定部１０１、燃焼制御部１０２、および記憶部１０３を機能的に有している。 Specifically, the PCM 100 functionally has a determination unit 101, a combustion control unit 102, and a storage unit 103.

燃焼制御部１０２は、燃焼室６での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部を制御する。判定部１０１は、燃焼制御部１０２による制御の内容を決定するのに必要な種々の判定を行うための制御モジュールである。記憶部１０３は、判定部１０１および燃焼制御部１０２での処理に必要な各種データを記憶するものである。 The combustion control unit 102 is a control module that controls the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6, and controls each part of the engine so that the output torque or the like of the engine becomes an appropriate value according to the driver's request. The determination unit 101 is a control module for making various determinations necessary for determining the content of control by the combustion control unit 102. The storage unit 103 stores various data required for processing by the determination unit 101 and the combustion control unit 102.

（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するための運転マップである。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第３運転領域Ａ３は、エンジン回転速度が第１速度Ｎ１未満となる極低速域であり、第４運転領域Ａ４は、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２以上となる高速域であり、第１運転領域Ａ１は、第３・第４運転領域Ａ３，Ａ４以外の速度域（低・中速領域）のうち負荷が基準負荷Ｌ１以上となる低中速・高負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域（低中速・低負荷の領域）である。第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２との境界に位置する基準負荷Ｌ１は、過給機３３が駆動される下限の負荷（過給ライン）に相当している。 (3) Control according to operating state FIG. 5 is an operation map for explaining the difference in control according to the rotation speed / load of the engine. As shown in this figure, the operating region of the engine is roughly divided into four operating regions A1 to A4 according to the difference in combustion form. Assuming that the first operating area A1, the second operating area A2, the third operating area A3, and the fourth operating area A4, respectively, the third operating area A3 is an extremely low speed region in which the engine rotation speed is less than the first speed N1. The fourth operating region A4 is a high-speed region in which the engine rotation speed is equal to or higher than the second speed N2, and the first operating region A1 is a speed region (low / medium speed) other than the third / fourth operating regions A3 and A4. Area), which is a low-medium-speed / high-load area where the load is equal to or higher than the reference load L1, and the second operating area A2 is the remaining area other than the first, third, and fourth operating areas A1, A3, and A4. (Low to medium speed / low load area). The reference load L1 located at the boundary between the first operating area A1 and the second operating area A2 corresponds to the lower limit load (supercharging line) in which the supercharger 33 is driven.

以下、上記第１〜第４運転領域Ａ１〜Ａ４における燃焼制御の概要について説明する。 Hereinafter, an outline of combustion control in the first to fourth operating regions A1 to A4 will be described.

（３−１）第１運転領域
低中速かつ高負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。 (3-1) First Operating Region In the first operating region A1 having a low medium speed and a high load, partial compression ignition combustion (hereinafter, this is referred to as SPCCI combustion) that combines SI combustion and CI combustion is executed. SI combustion is a combustion mode in which the air-fuel mixture is ignited by sparks generated from the spark plug 16 and the air-fuel mixture is forcibly burned by flame propagation that expands the combustion region from the ignition point to the surroundings. CI combustion is a combustion form in which the air-fuel mixture is burned by self-ignition in an environment where the temperature and pressure are sufficiently increased by compression of the piston 5. In SPCCI combustion, which is a combination of these SI combustion and CI combustion, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is SI-combusted by spark ignition performed in an environment just before the air-fuel mixture self-ignites, and the SI is burned. It is a combustion mode in which after combustion (due to further increase in temperature and pressure accompanying SI combustion), other air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is CI-combusted by self-ignition. "SPCCI" is an abbreviation for "Spark Controlled Compression Ignition".

図６は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。本図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。 FIG. 6 is a graph showing a combustion waveform when SPCCI combustion is performed as described above, that is, a change in the heat generation rate (J / deg) depending on the crank angle. As shown in this figure, in SPCCI combustion, heat generation due to SI combustion and heat generation due to CI combustion are continuously generated in this order. At this time, due to the property that the combustion speed is faster in CI combustion, the rise of heat generation becomes steeper in CI combustion than in SI combustion. Therefore, the waveform of the heat generation rate in SPCCI combustion has an inflection point X that appears at the timing of switching from SI combustion to CI combustion (θci described later).

上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、過給機３３による過給を行いつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このような過給を伴ったＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。 As a specific form of SPCCI combustion as described above, in the first operating region A1, control for SPCCI combustion of the air-fuel mixture is executed while supercharging by the supercharger 33. In order to realize SPCCI combustion accompanied by such supercharging, in the first operating region A1, each part of the engine is controlled by the PCM 100 as follows.

スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような値に調整される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入される空気（新気）と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射される燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）の目標値が、理論空燃比（１４．７）の近傍、詳しくは理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値（例えば約１２〜１４）に設定される。そして、この空燃比の目標値（目標空燃比）と、Ａ／ＦセンサＳＮ６により検出される排気ガス中の酸素濃度等に基づいて、燃焼室６内の空燃比を上記目標空燃比に一致させ得るスロットル弁３２の開度が決定され、この決定に従ってスロットル弁３２が制御される。 The opening degree of the throttle valve 32 is adjusted to a value such that an amount of air corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30. That is, in the first operating region A1, the air-fuel ratio (A / F), which is the weight ratio of the air (fresh air) introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 and the fuel injected from the injector 15 into the combustion chamber 6. ) Is set to a value near the theoretical air-fuel ratio (14.7), specifically, the theoretical air-fuel ratio or a value slightly richer than this (for example, about 12 to 14). Then, based on the target value of the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) and the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the A / F sensor SN6, the air-fuel ratio in the combustion chamber 6 is made to match the target air-fuel ratio. The opening degree of the throttle valve 32 to be obtained is determined, and the throttle valve 32 is controlled according to this determination.

過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給領域の下限である基準負荷Ｌ１以上の領域に属しており、過給機３３による過給が必要である。そこで、第１運転領域Ａ１では、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、吸気圧センサＳＮ５により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、エンジン負荷／回転速度の条件ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。 The supercharger 33 is turned on. That is, the first operating region A1 belongs to the region of the reference load L1 or higher, which is the lower limit of the supercharging region, and supercharging by the supercharger 33 is required. Therefore, in the first operating region A1, the electromagnetic clutch 34 is engaged and the supercharger 33 and the engine main body 1 are connected to perform supercharging by the supercharger 33. At this time, the bypass valve 39 is opened so that the pressure (supercharging pressure) in the surge tank 36 detected by the intake pressure sensor SN5 matches the target pressure predetermined for each engine load / rotation speed condition. The degree is controlled.

ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。そこで、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率に着目し、このＳＩ率が適正な値になるようにエンジンの各部を制御する。 Here, in SPCCI combustion that combines SI combustion and CI combustion, it is important to control the ratio of SI combustion and CI combustion according to the operating conditions. Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the SI rate, which is the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated by SPCCI combustion (SI combustion and CI combustion), and the engine is adjusted so that this SI rate becomes an appropriate value. Control each part of.

上記ＳＩ率を図６を用いて説明する。図６において、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉをＣＩ燃焼の開始時期とする。この場合、ＳＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側の熱発生率の波形の面積Ｒ１に相当し、ＣＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２に相当するとみなすことができる。そして、上記ＳＩ率は、これら各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義することができる。 The SI rate will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the crank angle θci corresponding to the inflection point X at which the combustion mode switches from SI combustion to CI combustion is set as the start time of CI combustion. In this case, the amount of heat generated by SI combustion corresponds to the area R1 of the waveform of the heat generation rate on the advance side of the θci (start time of CI combustion), and the amount of heat generated by CI combustion is larger than that of the θci. It can be considered to correspond to the area R2 of the waveform of the heat generation rate located on the retard side. Then, the SI rate can be defined as R1 / (R1 + R2) by using each of these areas R1 and R2.

ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１では、上述したＳＩ率およびθｃｉが予め定められた目標値に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷／回転速度が異なる種々の条件ごとに、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率とθｃｉの目標値である目標θｃｉとがそれぞれ定められている。そして、インジェクタ１５からの燃料の噴射量／噴射時期、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった複数の制御量が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）が占める重量割合のことであり、内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち内部ＥＧＲガス（内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留する既燃ガス）が占める重量割合のことである。 In the first operating region A1 where SPCCI combustion is performed, each part of the engine is controlled so that the above-mentioned SI rate and θci match a predetermined target value. That is, in the first operating region A1, the target SI rate, which is the target value of the SI rate, and the target θci, which is the target value of θci, are set for each of various conditions in which the engine load / rotational speed is different. Then, a plurality of controlled amounts such as the fuel injection amount / injection timing from the injector 15, the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16, and the EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) are the target SI rates. And the target θci is controlled to be a feasible combination. The external EGR ratio is the weight ratio of the external EGR gas (exhaust gas recirculated to the combustion chamber 6 through the EGR passage 51) out of the total gas in the combustion chamber 6, and the internal EGR ratio is It is the weight ratio of the internal EGR gas (burnt gas remaining in the combustion chamber 6 due to the internal EGR) to the total gas in the combustion chamber 6.

例えば、燃料の噴射量／噴射時期は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して予め定められたマップにより決定される。また、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率については、両ＥＧＲ率の主な影響因子である吸・排気弁１１，１２の開閉タイミングと、ＥＧＲ弁５３の開度とが、やはり上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められたマップにより決定される。 For example, the fuel injection amount / injection timing is determined by a predetermined map in consideration of the target SI rate and the target θci. Regarding the external EGR rate and the internal EGR rate, the opening / closing timing of the intake / exhaust valves 11 and 12, which are the main influencing factors of both EGR rates, and the opening degree of the EGR valve 53 are also the target SI rate and the target. It is determined by a map determined in consideration of θci.

一方、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）は、所定のモデル式を用いた演算により、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られるような時期に決定される。 On the other hand, the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16 is determined at a timing at which the target SI rate and the target θci can be obtained by calculation using a predetermined model formula.

以上のように、第１運転領域Ａ１では、予め定められたマップとモデル式を用いた演算とを組み合わせた方法により、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度が、運転条件ごとに予め定められた適正なＳＩ率およびθｃｉ（目標ＳＩ率および目標θｃｉ）が得られる組合せとなるように制御される。 As described above, in the first operating region A1, the ignition timing, the fuel injection amount / injection timing, and the intake / exhaust valves 11 and 12 are combined by a method that combines a predetermined map and a calculation using a model formula. The opening / closing timing and the opening degree of the EGR valve 53 are controlled so as to be a combination in which an appropriate SI rate and θci (target SI rate and target θci) predetermined for each operating condition can be obtained.

（３−２）第２運転領域
低中速かつ低負荷の第２運転領域Ａ２では、過給機３３による過給が停止された状態（自然吸気の状態）で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このような自然吸気下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。 (3-2) Second operating region In the second operating region A2 with low to medium speed and low load, control is performed to burn the air-fuel mixture with SPCCI in a state where supercharging by the supercharger 33 is stopped (naturally aspirated state). Will be executed. In order to realize SPCCI combustion under such naturally aspirated engine, each part of the engine is controlled by the PCM 100 in the first operating region A1 as follows.

スロットル弁３２の開度は、第２運転領域Ａ２内に設定された略矩形状の境界Ｑの内側か外側かによって空燃比が可変となるように制御される。すなわち、第２運転領域Ａ２における境界Ｑの外側領域では、燃焼室６内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）に略一致するように、スロットル弁３２の開度が調整される。これに対し、第２運転領域Ａ２における境界Ｑの内側領域では、空燃比が理論空燃比よりも大きい値、例えば２０〜３５程度になるように、スロットル弁３２の開度が調整される。言い換えると、境界Ｑの内側領域では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気を燃焼室６内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行され、境界Ｑの外側領域では、理論空燃比に近いストイキ混合気を燃焼室６内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。境界Ｑは、Ａ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域を第２運転領域Ａ２における低速側の一部分に限定するべく、第２運転領域Ａ２の上限速度（第２速度Ｎ２）、上限負荷（基準負荷Ｌ１）、および下限負荷（エンジンの最低負荷）のいずれからも離れるように設定されている。 The opening degree of the throttle valve 32 is controlled so that the air-fuel ratio is variable depending on whether it is inside or outside the substantially rectangular boundary Q set in the second operating region A2. That is, in the region outside the boundary Q in the second operating region A2, the throttle valve 32 is provided so that the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 substantially matches the stoichiometric air-fuel ratio (14.7). The opening is adjusted. On the other hand, in the inner region of the boundary Q in the second operating region A2, the opening degree of the throttle valve 32 is adjusted so that the air-fuel ratio becomes a value larger than the stoichiometric air-fuel ratio, for example, about 20 to 35. In other words, in the inner region of the boundary Q, control is executed in which the air-fuel mixture of A / F lean having an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is formed in the combustion chamber 6 and the air-fuel mixture is SPCCI burned. In the outer region of the above, control is performed to burn the air-fuel mixture with SPCCI while forming a stoichiometric air-fuel mixture close to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber 6. The boundary Q has an upper limit speed (second speed N2) and an upper limit load (reference load) of the second operation region A2 in order to limit the execution region of SPCCI combustion of the A / F lean to a part on the low speed side in the second operation region A2. It is set to be away from both L1) and the lower limit load (minimum load of the engine).

過給機３３はＯＦＦ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。 The supercharger 33 is turned off. That is, the electromagnetic clutch 34 is released to release the connection between the supercharger 33 and the engine body 1, and the bypass valve 39 is fully opened to stop the supercharging by the supercharger 33.

第２運転領域Ａ２においても、上述した第１運転領域Ａ１のときと同様に、目標ＳＩ率および目標θｃｉが負荷／回転速度の条件ごとに定められている。燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度は、予め定められたマップを用いて、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。また、点火プラグ１６による点火時期については、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な点火時期が所定のモデル式を用いた演算により決定される。 In the second operating area A2 as well, the target SI rate and the target θci are set for each load / rotation speed condition, as in the case of the first operating area A1 described above. The fuel injection amount / injection timing, the opening / closing timing of the intake / exhaust valves 11 and 12, and the opening degree of the EGR valve 53 are suitable for achieving the target SI rate and the target θci by using a predetermined map. Is determined to be a value. Further, regarding the ignition timing by the spark plug 16, the ignition timing that can realize the target SI rate and the target θci is determined by calculation using a predetermined model formula.

（３−３）第３運転領域および第４運転領域
エンジン回転速度が第１速度Ｎ１よりも低い第３運転領域Ａ１（極低速域）、およびエンジン回転速度が第２速度Ｎ２以上の第４運転領域Ａ４（高速域）では、混合気をＳＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ１５から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ１６による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。 (3-3) Third operating region and fourth operating region The third operating region A1 (extremely low speed region) in which the engine rotation speed is lower than the first speed N1, and the fourth operation in which the engine rotation speed is the second speed N2 or higher. In the region A4 (high speed region), control for burning the air-fuel mixture by SI combustion is executed. For example, the entire amount of fuel to be injected during one cycle is injected from the injector 15 during the intake stroke, and spark ignition by the spark plug 16 is executed near the compression top dead center. Then, SI combustion is started triggered by this spark ignition, and all of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is burned by flame propagation.

（４）第１運転領域での噴射制御
次に、第１運転領域Ａ１でのより具体的な制御例、特に運転ポイントに応じた燃料噴射パターンの相違について説明する。ＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域のうち比較的負荷が高い第１運転領域Ａ１における燃料の噴射パターンは、大きく分けて、図７に示す２つの分割領域Ｄ１，Ｄ２のいずれでエンジンが運転されているかによって異なる。また、分割領域Ｄ１の中でも、低速側の分割領域Ｄ１１と高速側の分割領域Ｄ１２とでは、回転速度に応じた燃料噴射時期の変化の傾向が異なる。さらに、分割領域Ｄ１２の中でも、低速側の分割領域Ｄ１２ａと高速側の分割領域Ｄ１２ｂとでは、回転速度に応じた燃料噴射時期の変化の傾向が異なる。以下では、第１運転領域Ａ１における分割領域Ｄ１を高負荷域、分割領域Ｄ２を中負荷域と称し、高負荷域Ｄ１における低速側の分割領域Ｄ１１を低速・高負荷域、高速側の分割領域Ｄ１２を中速・高負荷域と称し、中速・高負荷域Ｄ１２における低速側の分割領域Ｄ１２ａを第１中速・高負荷域、高速側の分割領域Ｄ１２ｂを第２中速・高負荷域と称する。図７の例では、中負荷域Ｄ２は、第１運転領域Ａ１の下限負荷である基準負荷Ｌ１（過給ライン）からこれより高い負荷Ｌ２までの負荷域を占め、高負荷域Ｄ１（低速・高負荷域Ｄ１１および中速・高負荷域Ｄ１２）は、第１運転領域Ａ１のうち負荷Ｌ２から最大負荷Ｌ３までの負荷域を占めている。また、低速・高負荷域Ｄ１１と中速・高負荷域Ｄ１２とは、第１境界速度Ｎｘを境に隣接しており、第１中速・高負荷域Ｄ１２ａと第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂとは、第２境界速度Ｎｙを境に隣接している。 (4) Injection control in the first operating region Next, a more specific control example in the first operating region A1, particularly a difference in the fuel injection pattern according to the operating point will be described. The fuel injection pattern in the first operating region A1 in which the load is relatively high in the execution region of SPCCI combustion is roughly divided and differs depending on which of the two divided regions D1 and D2 shown in FIG. 7 is operating the engine. .. Further, among the divided regions D1, the tendency of the fuel injection timing to change according to the rotation speed is different between the divided region D11 on the low speed side and the divided region D12 on the high speed side. Further, among the divided regions D12, the tendency of the fuel injection timing to change according to the rotation speed is different between the divided region D12a on the low speed side and the divided region D12b on the high speed side. In the following, the divided area D1 in the first operating area A1 is referred to as a high load area, the divided area D2 is referred to as a medium load area, and the low speed side divided area D11 in the high load area D1 is referred to as a low speed / high load area and a high speed side divided area. D12 is referred to as a medium speed / high load region, the low speed side division area D12a in the medium speed / high load region D12 is the first medium speed / high load region, and the high speed side division region D12b is the second medium speed / high load region. It is called. In the example of FIG. 7, the medium load region D2 occupies the load region from the reference load L1 (supercharging line), which is the lower limit load of the first operating region A1, to the higher load L2, and the high load region D1 (low speed, The high load region D11 and the medium speed / high load region D12) occupy the load region from the load L2 to the maximum load L3 in the first operation region A1. Further, the low speed / high load region D11 and the medium speed / high load region D12 are adjacent to each other with the first boundary speed Nx as the boundary, and the first medium speed / high load region D12a and the second medium speed / high load region are adjacent to each other. D12b is adjacent to the second boundary velocity Ny as a boundary.

図８は、第１運転領域Ａ１での運転時に行われる具体的な制御手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートが適用される前提として、エンジンは準温間状態または温間状態にあるものとする。エンジンが準温間／温間状態にあることは、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温に基づき判定される。例えば、検出されたエンジン水温が７０℃以上である場合に、エンジンが準温間／温間状態にあると判定されて、図８のフローチャートが適用される。 FIG. 8 is a flowchart showing a specific control procedure performed during operation in the first operation area A1. As a premise that this flowchart is applied, it is assumed that the engine is in a quasi-warm state or a warm state. Whether the engine is in a quasi-warm / warm state is determined based on the engine water temperature detected by the water temperature sensor SN2. For example, when the detected engine water temperature is 70 ° C. or higher, it is determined that the engine is in a quasi-warm / warm state, and the flowchart of FIG. 8 is applied.

このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＰＣＭ１００の判定部１０１は、ステップＳ１において、エンジンの現運転ポイントが図７に示した高負荷域Ｄ１に含まれるか否かを判定する。すなわち、判定部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ７の検出値（アクセル開度）や車速センサＳＮ８の検出値（車速）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを図７の運転マップ上で特定し、当該マップ中の高負荷域Ｄ１に現運転ポイントが含まれるか否かを判定する。 When the control shown in this flowchart starts, the determination unit 101 of the PCM 100 determines in step S1 whether or not the current operating point of the engine is included in the high load region D1 shown in FIG. That is, the determination unit 101 determines the engine rotation speed detected by the crank angle sensor SN1 and the engine load specified from the detection value (accelerator opening degree) of the accelerator sensor SN7, the detection value (vehicle speed) of the vehicle speed sensor SN8, and the like. Based on this, the current operating point of the engine is specified on the operating map of FIG. 7, and it is determined whether or not the current operating point is included in the high load region D1 in the map.

上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが高負荷域Ｄ１に含まれることが確認された場合、ＰＣＭ１００の燃焼制御部１０２は、ステップＳ２に移行し、過給機３３を駆動して吸気を過給する。すなわち、燃焼制御部１０２は、電磁クラッチ３４を締結して過給機３３とエンジン本体１とを連結するようにとともに、バイパス弁３９の開度を調整して過給圧を制御する。 When it is determined as YES in step S1 and it is confirmed that the current operating point of the engine is included in the high load region D1, the combustion control unit 102 of the PCM 100 shifts to step S2 and drives the supercharger 33. And supercharge the intake air. That is, the combustion control unit 102 controls the supercharging pressure by engaging the electromagnetic clutch 34 to connect the supercharger 33 and the engine body 1 and adjusting the opening degree of the bypass valve 39.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ３に移行し、インジェクタ１５による燃料の噴射パターンとして、図９に示す第１噴射パターンを選択する。図９（ａ）〜（ｅ）は、高負荷域Ｄ１での噴射パターンを代表して、回転速度の異なる複数の運転ポイントＰ１〜Ｐ５（図７）における各噴射パターンを示している。本図に示すように、第１噴射パターンが選択されると、吸気行程中に１回の燃料噴射Ｆａが実行されるとともに、圧縮行程中に１回の燃料噴射Ｆｂが実行される。以下では、Ｆａを前段噴射、Ｆｂを後段噴射と称する。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S3 and selects the first injection pattern shown in FIG. 9 as the fuel injection pattern by the injector 15. 9 (a) to 9 (e) show each injection pattern at a plurality of operation points P1 to P5 (FIG. 7) having different rotation speeds, representing the injection patterns in the high load region D1. As shown in this figure, when the first injection pattern is selected, one fuel injection Fa is executed during the intake stroke and one fuel injection Fb is executed during the compression stroke. Hereinafter, Fa is referred to as pre-stage injection and Fb is referred to as post-stage injection.

より具体的に、第１噴射パターンでは、前段噴射Ｆａの開始時期は吸気行程の中期から後期までの範囲内に設定され、後段噴射Ｆｂの開始時期は圧縮行程の前期から後期までの範囲内（圧縮行程の前半または後半）に設定される。詳細は後述するが、前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂの各開始時期は、主にエンジン回転速度に応じて変更される（図９（ａ）〜（ｅ））。言い換えると、第１噴射パターンが選択されたとき、燃焼制御部１０２は、吸気行程の中期または後期に前段噴射Ｆａが、圧縮行程の前半または後半に後段噴射Ｆｂがそれぞれ開始され、かつ各噴射Ｆａ，Ｆｂの開始時期がエンジン回転速度に応じて変化するように、インジェクタ１５を制御する。 More specifically, in the first injection pattern, the start time of the pre-stage injection Fa is set within the range from the middle to the late stage of the intake stroke, and the start time of the post-stage injection Fb is within the range from the early stage to the late stage of the compression stroke ( It is set in the first half or the second half of the compression stroke). Although the details will be described later, the start timings of the front-stage injection Fa and the rear-stage injection Fb are mainly changed according to the engine speed (FIGS. 9 (a) to 9 (e)). In other words, when the first injection pattern is selected, the combustion control unit 102 starts the pre-stage injection Fa in the middle or late stage of the intake stroke, and starts the post-stage injection Fb in the first half or the latter half of the compression stroke, and each injection Fa. , The injector 15 is controlled so that the start time of Fb changes according to the engine speed.

なお、本明細書において、ある行程の前期、中期、後期（または前半、後半）とは次のことを意味するものとする。すなわち、本明細書では、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を２等分した場合の各期間を前から順に「前半」「後半」と定義する。このため、例えば圧縮行程の（ｉ）前半、（ii）後半とは、それぞれ、（ｉ）圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１８０〜９０°ＣＡ、（ii）ＢＴＤＣ９０〜０°ＣＡの各範囲のことを指す。同様に、本明細書では、任意の行程を３等分した場合の各期間を前から順に「前期」「中期」「後期」と定義する。このため、例えば吸気行程の（iii）前期、（iv）中期、（ｖ）後期とは、それぞれ、（iii）ＢＴＤＣ３６０〜３００°ＣＡ、（iv）ＢＴＤＣ３００〜２４０°ＣＡ、（ｖ）ＢＴＤＣ２４０〜１８０°ＣＡの各範囲のことを指す。 In this specification, the first half, middle half, and second half (or first half, second half) of a certain process shall mean the following. That is, in the present specification, each period when an arbitrary stroke such as an intake stroke or a compression stroke is divided into two equal parts is defined as "first half" and "second half" in order from the front. Therefore, for example, (i) the first half and (ii) the second half of the compression stroke are in the ranges of (i) before the compression top dead center (BTDC) 180 to 90 ° CA and (ii) BTDC 90 to 0 ° CA, respectively. Point to that. Similarly, in the present specification, each period when an arbitrary process is divided into three equal parts is defined as "early period", "middle period", and "late period" in order from the front. Therefore, for example, the (iii) early stage, (iv) middle stage, and (v) late stage of the intake stroke are (iii) BTDC 360 to 300 ° CA, (iv) BTDC 300 to 240 ° CA, and (v) BTDC 240 to 180, respectively. ° Refers to each range of CA.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ４に移行して、上記第１噴射パターンにおける各燃料噴射（前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂ）の噴射量および噴射時期を、エンジン負荷（要求トルク）および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ１が参照される。マップＭ１は、第１噴射パターンにおける各噴射Ｆａ，Ｆｂの噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ１による噴射量／噴射時期は、上記（３−１）で説明した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ４では、第１噴射パターンにおける各噴射Ｆａ，Ｆｂの噴射量および噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。なお、このようにして決定される前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂの噴射量／噴射時期の各詳細は、後述する（５）のとおりである。 Next, the combustion control unit 102 shifts to step S4, and sets the injection amount and injection timing of each fuel injection (pre-stage injection Fa and rear-stage injection Fb) in the first injection pattern to the engine load (required torque) and the rotation speed. Determined based on. Map M1 is referred to for determining the injection amount / injection timing. The map M1 defines the injection amount / injection timing of each injection Fa and Fb in the first injection pattern for each condition of the engine load / rotation speed, and is stored in the storage unit 103 in advance. The injection amount / injection timing according to the map M1 is determined in consideration of the target SI rate and the target θci described in (3-1) above. In other words, in step S4, the injection amount and injection timing of each injection Fa and Fb in the first injection pattern are determined to be values suitable for realizing the target SI rate and the target θci. The details of the injection amount / injection timing of the pre-stage injection Fa and the post-stage injection Fb determined in this way are as described in (5) below.

次に、上記ステップＳ１でＮＯと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが高負荷域Ｄ１に含まれないことが確認された場合の制御について説明する。この場合、判定部１０１は、ステップＳ５に移行して、エンジンの現運転ポイントが中負荷域Ｄ２に含まれるか否かを判定する。 Next, control will be described when NO is determined in step S1, that is, when it is confirmed that the current operating point of the engine is not included in the high load region D1. In this case, the determination unit 101 proceeds to step S5 and determines whether or not the current operating point of the engine is included in the medium load region D2.

上記ステップＳ４でＮＯと判定されてエンジンの現運転ポイントが中負荷域Ｄ２に含まれないことが確認された場合、つまりエンジンが高負荷域Ｄ１および中負荷域Ｄ２を除く運転領域（第２、第３、第４運転領域Ａ２，Ａ３，Ａ４のいずれか）で運転されていることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ９に移行して、Ａ２，Ａ３，Ａ４のいずれの運転領域に運転ポイントが含まれるかを確認し、その結果に応じた燃焼制御を実行する。例えば、運転ポイントが第２運転領域Ａ２に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、第１運転領域Ａ１での運転時と同様、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼により燃焼させる制御を実行する。ただし、第２運転領域Ａ２では、第１運転領域Ａ１のときと異なり、過給機３３が停止される（電磁クラッチ３４の締結が解除される）。また、運転ポイントが第３運転領域Ａ３または第４運転領域Ａ４に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなくＳＩ燃焼によって混合気を燃焼させる制御を実行する。 When it is determined as NO in step S4 and it is confirmed that the current operating point of the engine is not included in the medium load region D2, that is, the operating region (second,) excluding the high load region D1 and the medium load region D2 of the engine. When it is confirmed that the vehicle is being operated in any of the third and fourth operating regions A2, A3, and A4), the combustion control unit 102 proceeds to step S9 and operates any of A2, A3, and A4. Check if the area includes operating points and execute combustion control according to the result. For example, when it is confirmed that the operation point is included in the second operation area A2, the combustion control unit 102 executes a control for burning the air-fuel mixture by SPCCI combustion as in the operation in the first operation area A1. .. However, in the second operating area A2, unlike the case of the first operating area A1, the supercharger 33 is stopped (the electromagnetic clutch 34 is released). When it is confirmed that the operation point is included in the third operation area A3 or the fourth operation area A4, the combustion control unit 102 executes control to burn the air-fuel mixture by SI combustion instead of SPCCI combustion.

一方、上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが中負荷域Ｄ２に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ６に移行し、過給機３３を駆動して吸気を過給する。 On the other hand, if YES is determined in step S5 and it is confirmed that the current operating point of the engine is included in the medium load range D2, the combustion control unit 102 shifts to step S6 and drives the supercharger 33. And supercharge the intake air.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ７に移行し、インジェクタ１５による燃料の噴射パターンとして、図１０に示す第２噴射パターンを選択する。図１０は、中負荷域Ｄ２における代表的な運転ポイントＰ６（図７）での噴射パターンを示している。本図に示すように、第２噴射パターンが選択されると、吸気行程中に１回の燃料噴射Ｆｃが実行される。この燃料噴射Ｆｃの開始時期は、例えば吸気行程の前期に設定される。なお、上述した第１噴射パターン（図９）のときと異なり、圧縮行程中の燃料噴射（後段噴射Ｆｂに相当する噴射）は実行されない。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S7 and selects the second injection pattern shown in FIG. 10 as the fuel injection pattern by the injector 15. FIG. 10 shows an injection pattern at a typical operation point P6 (FIG. 7) in the medium load region D2. As shown in this figure, when the second injection pattern is selected, one fuel injection Fc is executed during the intake stroke. The start time of this fuel injection Fc is set, for example, in the first half of the intake stroke. Note that, unlike the case of the first injection pattern (FIG. 9) described above, fuel injection during the compression stroke (injection corresponding to the post-stage injection Fb) is not executed.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ８に移行して、上記第２噴射パターンにおける燃料噴射Ｆｃの噴射量および噴射時期を、エンジンの負荷および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ２が参照される。マップＭ２は、第２噴射パターンにおける燃料噴射Ｆｃの噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ２による噴射量／噴射時期は、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ８では、第２噴射パターンにおける燃料噴射Ｆｃの噴射量および噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S8 to determine the injection amount and injection timing of the fuel injection Fc in the second injection pattern based on the engine load and the rotation speed. Map M2 is referred to for determining the injection amount / injection timing. The map M2 defines the injection amount / injection timing of the fuel injection Fc in the second injection pattern for each condition of the engine load / rotation speed, and is stored in advance in the storage unit 103. The injection amount / injection timing according to this map M2 is determined in consideration of the above-mentioned target SI rate and target θci. In other words, in step S8, the injection amount and injection timing of the fuel injection Fc in the second injection pattern are determined to be values suitable for achieving the target SI rate and the target θci.

以上のようにして燃料の噴射パターン（噴射量／噴射時期）および噴射圧力の設定が終了すると、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１０に移行して、エンジンの負荷および回転速度に基づき吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）を決定し、決定したバルブタイミングを目標に吸・排気ＶＶＴ１３，１４を制御する。このバルブタイミングの決定にはマップＭ３が参照される。マップＭ３は、バルブタイミングをエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ３が用いられることにより、バルブタイミングおよびオーバーラップ期間（図３）は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。 When the fuel injection pattern (injection amount / injection timing) and injection pressure have been set as described above, the combustion control unit 102 proceeds to step S10 and the intake / exhaust valve is based on the engine load and rotation speed. The opening / closing timing (valve timing) of 11 and 12 is determined, and the intake / exhaust VVTs 13 and 14 are controlled with the determined valve timing as a target. Map M3 is referred to in determining this valve timing. The map M3 defines the valve timing for each engine load / rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. By using this map M3, the valve timing and the overlap period (FIG. 3) are set to values suitable for achieving the target SI rate and the target θci.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１１に移行して、エンジンの負荷および回転速度に基づきＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）を決定し、決定したＥＧＲ開度を目標にＥＧＲ弁５３を制御する。このＥＧＲ開度の決定にはマップＭ４が参照される。マップＭ４は、ＥＧＲ開度をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ４が用いられることにより、ＥＧＲ開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S11, determines the opening degree (EGR opening degree) of the EGR valve 53 based on the engine load and the rotation speed, and sets the EGR valve 53 with the determined EGR opening degree as a target. Control. Map M4 is referred to in determining the EGR opening degree. The map M4 defines the EGR opening degree for each engine load / rotational speed condition, and is stored in the storage unit 103 in advance. By using this map M4, the EGR opening degree is set to a value suitable for realizing the target SI rate and the target θci.

上記ステップＳ１１においてマップＭ４を通じて決定されるＥＧＲ開度は、総じて、第１運転領域Ａ１内の高負荷側ほど低くされる。図１１は、このようなＥＧＲ弁５３の開度制御によって実現される外部ＥＧＲ率（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガスの割合）のエンジン負荷に応じた変化を示すグラフである。本図に示すように、第１運転領域Ａ１では、負荷が高くなるほど外部ＥＧＲ率が減少するようにＥＧＲ弁５３の開度が制御される。言い換えると、第１運転領域Ａ１での運転時、ＥＧＲ弁５３の開度は、中負荷域Ｄ２（負荷Ｌ１〜Ｌ２）での外部ＥＧＲ率よりも高負荷域Ｄ１（負荷Ｌ２〜Ｌ３）での外部ＥＧＲ率が低くなるように制御される。 The EGR opening degree determined through the map M4 in step S11 is generally lowered toward the higher load side in the first operating region A1. FIG. 11 is a graph showing changes in the external EGR ratio (the ratio of exhaust gas recirculated to the combustion chamber 6 through the EGR passage 51) realized by controlling the opening degree of the EGR valve 53 according to the engine load. .. As shown in this figure, in the first operating region A1, the opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the external EGR rate decreases as the load increases. In other words, during operation in the first operating region A1, the opening degree of the EGR valve 53 is in the high load region D1 (load L2 to L3) than the external EGR rate in the medium load region D2 (load L1 to L2). The external EGR rate is controlled to be low.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１２に移行して、燃焼室６内の実際のＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と、圧縮上死点の近傍での燃焼室６内の温度（筒内温度）とを推定する。上述したように、当実施形態では、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）およびＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）がマップにより定められるが、マップの設定値通りにバルブタイミングおよびＥＧＲ開度を制御しても、応答遅れなどの種々の要因によってＥＧＲ率は変動し得る。また、ＥＧＲ率の変動は、外気温等の他の要因と併せて、圧縮上死点近傍での筒内温度の変動につながる。そこで、燃焼制御部１０２は、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、および吸気圧センサＳＮ５等の各種センサによる検出値（吸気流量、吸気温、吸気圧等）と、バルブタイミングおよびＥＧＲ開度の各設定値と、予め定められた所定のモデル式とに基づいて、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ時点）における燃焼室６内の実際のＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と、当該ＩＶＣの直後に到来する圧縮上死点の近傍（圧縮上死点もしくはその近傍）における筒内温度とを推定する。上記モデル式は、例えば、吸気流量、吸気温、吸気圧、バルブタイミング、ＥＧＲ開度等の各パラメータの直近の履歴を入力要素とするモデル式であり、応答遅れを反映したＩＶＣ時点での実際の外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率と、圧縮上死点近傍における筒内温度とをそれぞれ推定できるように設定されている。 Next, the combustion control unit 102 shifts to step S12, and the actual EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) in the combustion chamber 6 and the temperature in the combustion chamber 6 near the compression top dead center ( (Cylinder temperature) is estimated. As described above, in the present embodiment, the opening / closing timing (valve timing) of the intake / exhaust valves 11 and 12 and the opening degree (EGR opening degree) of the EGR valve 53 are determined by the map, but the valves are set according to the set values on the map. Even if the timing and the EGR opening degree are controlled, the EGR rate can fluctuate due to various factors such as response delay. Further, the fluctuation of the EGR rate leads to the fluctuation of the in-cylinder temperature near the compression top dead center together with other factors such as the outside air temperature. Therefore, the combustion control unit 102 sets the detection values (intake flow rate, intake temperature, intake pressure, etc.) by various sensors such as the air flow sensor SN3, the intake air temperature sensor SN4, and the intake pressure sensor SN5, and the valve timing and the EGR opening degree. Based on the set value and a predetermined model formula determined in advance, the actual EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) in the combustion chamber 6 at the closing time (IVC time point) of the intake valve 11 and the IVC. Estimates the in-cylinder temperature near the compression top dead center (or near the compression top dead center) that arrives immediately after. The above model formula is, for example, a model formula in which the latest history of each parameter such as intake flow rate, intake air temperature, intake pressure, valve timing, and EGR opening is used as an input element, and is actually at the time of IVC reflecting the response delay. It is set so that the external EGR rate and the internal EGR rate of the above and the in-cylinder temperature near the compression top dead center can be estimated respectively.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１３に移行して、上記ステップＳ１２で推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づいて、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）を決定する。具体的に、燃焼制御部１０２は、予め定められたモデル式を用いて、点火プラグ１６による点火時期を、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉが実現されるような時期に決定する。モデル式は、推定されたＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と筒内温度とを含む複数のパラメータを入力要素とするモデル式であり、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させた場合のＳＩ率およびθｃｉが上記目標ＳＩ率および目標θｃｉにできるだけ一致する点火時期を求め得るように設定されている。このモデル式によれば、点火時期は、圧縮上死点の近傍の所定のクランク角範囲内において、推定されたＥＧＲ率および筒内温度の組合せにより定まる条件が混合気が着火し易い条件であるほど遅角側の時期に算出され、逆に、混合気が着火し難い条件であるほど進角側の時期に算出される。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S13 and determines the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16 based on the EGR rate and the in-cylinder temperature estimated in step S12. Specifically, the combustion control unit 102 determines the ignition timing by the spark plug 16 at a time when the above-mentioned target SI rate and target θci are realized by using a predetermined model formula. The model formula is a model formula having a plurality of parameters including the estimated EGR rate (external EGR rate and internal EGR rate) and the in-cylinder temperature as input elements, and the SI rate and the SI rate when the air-fuel mixture is SPCCI burned. The θci is set so that an ignition timing that matches the target SI rate and the target θci as much as possible can be obtained. According to this model formula, the ignition timing is a condition in which the air-fuel mixture is easily ignited within a predetermined crank angle range near the compression top dead center, which is determined by the combination of the estimated EGR rate and the in-cylinder temperature. It is calculated at the time on the retard side, and conversely, it is calculated at the time on the advance side as the condition is such that the air-fuel mixture is less likely to ignite.

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１４に移行して、インジェクタ１５に燃料を噴射させるとともに、点火プラグ１６に火花点火を実行させる。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ３，Ｓ７のいずれかで決定された燃料の噴射パターンに従って燃料が噴射され、かつ同噴射パターンに含まれる燃料噴射（Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ等）の噴射量／噴射時期が上記ステップＳ４，Ｓ８のいずれかで決定された噴射量／噴射時期と一致するように、インジェクタ１５を制御する。また、上記ステップＳ１３で決定された時期に火花点火が実行されるように点火プラグ１６を制御する。 Next, the combustion control unit 102 proceeds to step S14 to inject fuel into the injector 15 and cause the spark plug 16 to execute spark ignition. That is, the combustion control unit 102 injects fuel according to the fuel injection pattern determined in any of steps S3 and S7, and the injection amount of fuel injection (Fa, Fb, Fc, etc.) included in the injection pattern. The injector 15 is controlled so that the injection timing coincides with the injection amount / injection timing determined in any of steps S4 and S8. Further, the spark plug 16 is controlled so that spark ignition is executed at the time determined in step S13.

（５）前段噴射および後段噴射の噴射量／噴射時期の設定例
次に、第１運転領域Ａ１の高負荷域Ｄ１において実行される前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂの詳細な設定例について説明する。既に説明したとおり、高負荷域Ｄ１では、図９に示す第１噴射パターンが選択されることにより、吸気行程の中期または後期に前段噴射Ｆａが開始され、かつ圧縮行程の前半または後半に後段噴射Ｆｂが開始される。図９（ａ）〜（ｅ）は、回転速度が異なる各条件での噴射パターンを示しており、それぞれ図７に示す運転ポイントＰ１〜Ｐ５に対応している。 (5) Example of Setting Injection Amount / Injection Timing of First Stage Injection and Second Stage Injection Next, a detailed setting example of the first stage injection Fa and the second stage injection Fb executed in the high load region D1 of the first operation region A1 will be described. As described above, in the high load region D1, by selecting the first injection pattern shown in FIG. 9, the pre-stage injection Fa is started in the middle or late stage of the intake stroke, and the post-stage injection is in the first half or the latter half of the compression stroke. Fb is started. 9 (a) to 9 (e) show the injection patterns under the conditions where the rotation speeds are different, and correspond to the operation points P1 to P5 shown in FIG. 7, respectively.

ここで、図９（ａ）〜（ｅ）において燃料噴射Ｆａ，Ｆｂをそれぞれ表すパルス形状は、各パルス形状における最も左側（進角側）の位置が噴射開始時期を表し、各パルス形状の幅寸法（横軸方向の長さ）が噴射量を表すものとする。言い換えると、各パルス形状の幅寸法に対応するクランク角期間は、必ずしも燃料の噴射期間（インジェクタ１５を開弁する期間）と一致するわけではない。すなわち、エンジン回転速度が高くなるほど同一の噴射量を得るための噴射期間は長くなるので、仮にパルス形状が噴射期間を表すものとした場合には、パルス形状の幅寸法が同一であっても噴射量が同一になるとは限らない。これに対し、図９（ａ）〜（ｅ）において燃料噴射Ｆａ，Ｆｂを表すパルス形状は、あくまでその幅寸法によって噴射量を規定しているので、回転速度の高低に拠らず、噴射量はパルス形状の幅寸法に比例するものとして扱うことができる。 Here, in the pulse shapes representing the fuel injections Fa and Fb in FIGS. 9A to 9E, the leftmost position (advance angle side) of each pulse shape represents the injection start time, and the width of each pulse shape. The dimension (length in the horizontal axis direction) shall represent the injection amount. In other words, the crank angle period corresponding to the width dimension of each pulse shape does not necessarily coincide with the fuel injection period (the period during which the injector 15 is opened). That is, the higher the engine speed, the longer the injection period for obtaining the same injection amount. Therefore, if the pulse shape represents the injection period, injection is performed even if the width dimension of the pulse shape is the same. The amounts are not always the same. On the other hand, the pulse shapes representing the fuel injections Fa and Fb in FIGS. 9A to 9E define the injection amount only by the width dimension thereof, so that the injection amount does not depend on the rotation speed. Can be treated as proportional to the width dimension of the pulse shape.

図７に示すように、上記各噴射パターン（図９（ａ）〜（ｅ））に対応する５つの運転ポイントＰ１〜Ｐ５のうち、低速側の３つの運転ポイントＰ１〜Ｐ３は、高負荷域Ｄ１の中でも低速側の領域つまり低速・高負荷域Ｄ１１に属しており、高速側の２つの運転ポイントＰ４，Ｐ５は、高負荷域Ｄ１の中でも高速側の領域つまり中速・高負荷域Ｄ１２に属している。さらに、運転ポイントＰ４は、中速・高負荷域Ｄ１２の中でも低速側の第１中速・高負荷域Ｄ１２ａに属しており、運転ポイントＰ５は、中速・高負荷域Ｄ１２の中でも高速側の第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂに属している。運転ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は、負荷が同一の等負荷ライン上でこの順に回転速度が高くなるように設定されている。 As shown in FIG. 7, of the five operation points P1 to P5 corresponding to each of the injection patterns (FIGS. 9A to 9E), the three operation points P1 to P3 on the low speed side are in the high load region. It belongs to the low speed side region, that is, the low speed / high load region D11 in D1, and the two operation points P4 and P5 on the high speed side are in the high speed side region, that is, the medium speed / high load region D12 in the high load region D1. belong to. Further, the operation point P4 belongs to the first medium speed / high load region D12a on the low speed side in the medium speed / high load region D12, and the operation point P5 is on the high speed side in the medium speed / high load region D12. It belongs to the second medium speed / high load range D12b. The operation points P1, P2, P3, P4, and P5 are set so that the rotation speed increases in this order on the equal load line having the same load.

例えば、低速・高負荷域Ｄ１１（高負荷域Ｄ１）の下限速度である第１速度Ｎ１が１０００ｒｐｍ、低速・高負荷域Ｄ１１と第１中速・高負荷域Ｄ１２ａとの境界速度である第１境界速度Ｎｘが２０００ｒｐｍ、第１中速・高負荷域Ｄ１２ａと第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂとの境界速度である第２境界速度Ｎｙが２７５０ｒｐｍ、第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂ（高負荷域Ｄ１）の上限速度である第２速度Ｎ２が４０００ｒｐｍである場合、運転ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の回転速度は、それぞれ１１００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、１７５０ｒｐｍ、２２５０ｒｐｍ、３０００ｒｐｍとすることができる。 For example, the first speed N1 which is the lower limit speed of the low speed / high load range D11 (high load range D1) is 1000 rpm, and the first speed which is the boundary speed between the low speed / high load range D11 and the first medium speed / high load range D12a. The boundary speed Nx is 2000 rpm, the second boundary speed Ny, which is the boundary speed between the first medium speed / high load range D12a and the second medium speed / high load range D12b, is 2750 rpm, and the second medium speed / high load range D12b (high). When the second speed N2, which is the upper limit speed of the load range D1), is 4000 rpm, the rotation speeds of the operation points P1, P2, P3, P4, and P5 can be 1100 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm, 2250 rpm, and 3000 rpm, respectively. ..

図９（ａ）〜（ｅ）の噴射パターンを比較したとき、前段噴射Ｆａの開始時期は、最も低速側の運転ポイントＰ１において最も遅くされ、吸気行程の後期に設定される（図９（ａ））。一方、他の運転ポイントＰ２〜Ｐ５における前段噴射Ｆａの開始時期は大差なく、いずれも吸気行程の中期に設定される（図９（ｂ）〜（ｅ））。 When the injection patterns of FIGS. 9A to 9E are compared, the start timing of the pre-stage injection Fa is set to the latest at the operation point P1 on the slowest side and is set to the latter half of the intake stroke (FIG. 9A). )). On the other hand, the start timings of the pre-stage injection Fas at the other operation points P2 to P5 are not so different, and they are all set in the middle of the intake stroke (FIGS. 9 (b) to 9 (e)).

後段噴射Ｆｂの開始時期は、低速・高負荷域Ｄ１１に属する３つの運転ポイントＰ１〜Ｐ３においていずれも圧縮行程の後半に設定される（図９（ａ）〜（ｃ））。ただし、低速・高負荷域Ｄ１１の中でも高速側になるほど、つまり運転ポイントがＰ１→Ｐ２→Ｐ３へと移行するにつれて、後段噴射Ｆｂの開始時期がより圧縮上死点に近い遅角側の時期へとシフトされる。一方、中速・高負荷域Ｄ１２に属する運転ポイントＰ４，Ｐ５では、一転して後段噴射Ｆｂの開始時期が進角され、圧縮行程の前半に設定される（図９（ｄ）（ｅ））。詳しくは、相対的に低速側の（第１中速・高負荷域Ｄ１２ａに属する）運転ポイントＰ４における後段噴射Ｆｂの開始時期が圧縮行程前半の中でも比較的遅い時期に設定されるのに対し（図９（ｄ））、相対的に高速側の（第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂに属する）運転ポイントＰ５における後段噴射Ｆｂの開始時期が圧縮行程前半の中でも比較的早い時期（吸気下死点の近傍）に設定される。 The start timing of the post-stage injection Fb is set in the latter half of the compression stroke at all three operation points P1 to P3 belonging to the low speed / high load region D11 (FIGS. 9 (a) to 9 (c)). However, the higher the speed side in the low speed / high load range D11, that is, as the operation point shifts from P1 to P2 to P3, the start time of the post-stage injection Fb shifts to the retard side closer to the compression top dead center. Is shifted. On the other hand, at the operation points P4 and P5 belonging to the medium speed / high load range D12, the start time of the post-stage injection Fb is advanced and set in the first half of the compression stroke (FIGS. 9 (d) and 9 (e)). .. Specifically, the start time of the post-stage injection Fb at the operation point P4 on the relatively low speed side (belonging to the first medium speed / high load region D12a) is set to a relatively late time in the first half of the compression stroke ( FIG. 9 (d)), the start time of the post-stage injection Fb at the operation point P5 on the relatively high speed side (belonging to the second medium speed / high load region D12b) is relatively early in the first half of the compression stroke (death under intake). It is set to (near the point).

後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、低速・高負荷域Ｄ１１の中でも高速側ほど（Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３へと移行するにつれて）小さくなるように設定される。一方、中速・高負荷域Ｄ１２に属する運転ポイントＰ４，Ｐ５における後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、低速・高負荷域Ｄ１１の高速側に位置する運転ポイントＰ３に比べれば大きくされる。 The injection amount ratio of the post-stage injection Fb is set to be smaller toward the high speed side (as the transition from P1 to P2 to P3) in the low speed / high load region D11. On the other hand, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb at the operation points P4 and P5 belonging to the medium speed / high load region D12 is larger than that of the operation point P3 located on the high speed side of the low speed / high load region D11.

図１２および図１３は、前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂの噴射量／噴射時期の回転速度に応じた設定例をより詳しく説明するための図である。具体的に、図１２は、エンジン回転速度と燃料の噴射開始時期との関係を示すグラフであり、図１３は、エンジン回転速度と燃料の噴射量割合（分割比）との関係を示すグラフである。なお、各グラフに示される噴射開始時期および噴射量割合は、それぞれ、上述した運転ポイントＰ１〜Ｐ５（図７）を結ぶ等負荷ラインに沿って（つまり負荷を固定しつつ）回転速度のみを変化させた場合のものである。このため、各グラフにおいて噴射開始時期／噴射量割合の変化を示す折れ線の波形上には、運転ポイントＰ１〜Ｐ５に対応するプロットが図示されている。 12 and 13 are diagrams for explaining in more detail a setting example according to the injection amount / injection timing rotation speed of the front-stage injection Fa and the rear-stage injection Fb. Specifically, FIG. 12 is a graph showing the relationship between the engine rotation speed and the fuel injection start timing, and FIG. 13 is a graph showing the relationship between the engine rotation speed and the fuel injection amount ratio (division ratio). is there. The injection start timing and injection amount ratio shown in each graph change only the rotation speed along the equiload line connecting the above-mentioned operation points P1 to P5 (FIG. 7) (that is, while fixing the load). It is the case when it is made to. Therefore, plots corresponding to operation points P1 to P5 are shown on the waveform of the polygonal line showing the change in the injection start time / injection amount ratio in each graph.

図１２に示すように、前段噴射Ｆａの開始時期は、低速・高負荷域Ｄ１１の下限速度（第１速度Ｎ１）にごく近い速度範囲において、圧縮行程の後期から中期にかけて可変的に設定され、回転速度が高くなるほど進角側にシフトされる。一方、この第１速度Ｎ１の近傍を除く他の速度範囲、つまり低速・高負荷域Ｄ１１における高速側の大部分と中速・高負荷域Ｄ１２に属する速度範囲とにおいては、前段噴射Ｆａの開始時期がいずれも吸気行程の中期に設定される。具体的に、高負荷域Ｄ１（低速・高負荷域Ｄ１１および中速・高負荷域Ｄ１２）における前段噴射Ｆａの開始時期は、最も低速側の条件（第１速度Ｎ１）でＢＴＤＣ２００°ＣＡ、最も高速側の条件（第２速度Ｎ２）でＢＴＤＣ２５０°ＣＡ、両者の中間の速度範囲（第１境界速度Ｎｘから第２境界速度Ｎｙを含む速度範囲）でＢＴＤＣ２９０°ＣＡとされる。 As shown in FIG. 12, the start timing of the pre-stage injection Fa is variably set from the latter half to the middle of the compression stroke in a speed range very close to the lower limit speed (first speed N1) of the low speed / high load region D11. The higher the rotation speed, the more the shift is made to the advance angle side. On the other hand, in other speed ranges other than the vicinity of the first speed N1, that is, in most of the high speed side in the low speed / high load range D11 and in the speed range belonging to the medium speed / high load range D12, the start of the pre-stage injection Fa The timing is set to the middle of the intake stroke. Specifically, the start timing of the pre-stage injection Fa in the high load region D1 (low speed / high load region D11 and medium speed / high load region D12) is BTDC 200 ° CA at the lowest speed side condition (first speed N1). BTDC 250 ° CA is set under the condition on the high speed side (second speed N2), and BTDC 290 ° CA is set at an intermediate speed range between the two (speed range including the first boundary speed Nx to the second boundary speed Ny).

後段噴射Ｆｂの開始時期は、低速・高負荷域Ｄ１１に属する速度範囲（第１速度Ｎ１から第１境界速度Ｎｘまで）において、いずれも圧縮行程の後半に設定されるとともに、回転速度が高くなるほど（Ｎｘに近づくほど）遅角側にシフトされる。具体的に、低速・高負荷域Ｄ１１における後段噴射Ｆｂの開始時期は、最も低速側の条件（第１速度Ｎ１）でＢＴＤＣ８０°ＣＡ、最も高速側の条件（第１境界速度Ｎｘ）でＢＴＤＣ２５°ＣＡとされる。 The start timing of the post-stage injection Fb is set in the latter half of the compression stroke in the speed range (from the first speed N1 to the first boundary speed Nx) belonging to the low speed / high load region D11, and the higher the rotation speed, the higher the rotation speed. It is shifted to the retard side (as it approaches Nx). Specifically, the start timing of the post-stage injection Fb in the low speed / high load region D11 is BTDC 80 ° CA under the condition on the slowest side (first speed N1) and BTDC 25 ° under the condition on the fastest side (first boundary speed Nx). It is said to be CA.

また、後段噴射Ｆｂの開始時期は、中速・高負荷域Ｄ１２に属する速度範囲（境界速度Ｎｘから第２速度Ｎ２まで）において、圧縮行程の後半から前半にかけた広い範囲に亘って可変的に設定され、回転速度が高くなるほど進角側にシフトされる。詳しくは、相対的に低速側の第１中速・高負荷域Ｄ１２ａにおいて、後段噴射Ｆｂの開始時期は、回転速度の上昇に応じて圧縮行程の後半から前半まで進角される。これに対し、相対的に高速側の第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂでは、後段噴射Ｆｂの開始時期が吸気下死点に近い圧縮行程のごく初期に固定的に設定される。より具体的に、第１中速・高負荷域Ｄ１２ａにおける後段噴射Ｆｂの開始時期は、最も低速側の条件（第１境界Ｎ速度Ｎｘ）でＢＴＤＣ２５°ＣＡ、最も高速側の条件（第２境界速度Ｎｙ）でＢＴＤＣ１７０°ＣＡとされる。また、第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂ（第２境界速度Ｎｙから第２速度Ｎ２までの速度域）における後段噴射Ｆｂの開始時期は、回転速度に拠らずＢＴＤＣ１７０°ＣＡに設定される。言い換えると、中速・高負荷域Ｄ１２での後段噴射Ｆｂの開始時期は、少なくとも、低速・高負荷域Ｄ１１における最も高速側での後段噴射Ｆｂの開始時期（ＢＴＤＣ２５°ＣＡ）よりは早い時期に設定される。 Further, the start timing of the post-stage injection Fb is variable over a wide range from the latter half to the first half of the compression stroke in the speed range (boundary speed Nx to the second speed N2) belonging to the medium speed / high load range D12. It is set, and as the rotation speed increases, it is shifted to the advance angle side. Specifically, in the first medium speed / high load region D12a on the relatively low speed side, the start timing of the post-stage injection Fb is advanced from the latter half to the first half of the compression stroke according to the increase in the rotation speed. On the other hand, in the second medium-speed / high-load region D12b on the relatively high-speed side, the start timing of the post-stage injection Fb is fixedly set at the very early stage of the compression stroke close to the intake bottom dead center. More specifically, the start timing of the post-stage injection Fb in the first medium speed / high load region D12a is BTDC 25 ° CA under the condition on the slowest side (first boundary N speed Nx) and the condition on the fastest side (second boundary). BTDC 170 ° CA at speed Ny). Further, the start timing of the post-stage injection Fb in the second medium speed / high load range D12b (speed range from the second boundary speed Ny to the second speed N2) is set to BTDC 170 ° CA regardless of the rotation speed. In other words, the start time of the post-stage injection Fb in the medium-speed / high-load region D12 is at least earlier than the start time of the post-stage injection Fb (BTDC 25 ° CA) on the fastest side in the low-speed / high-load range D11. Set.

なお、図１２では、中速・高負荷域Ｄ１２の上限速度である第２速度Ｎ２において後段噴射Ｆｂを表す波形が途切れているが、これは、第２速度Ｎ２よりも高速側に位置する第４運転領域Ａ４では圧縮行程中に燃料噴射（後段噴射Ｆｂに相当する噴射）が実行されないことを表している。一方、図１２では、前段噴射Ｆａの波形と連続する二点鎖線の波形が第４運転領域Ａ４に対応する速度域に図示されているが、この二点鎖線の波形は、第４運転領域Ａ４において吸気行程中に実行される燃料噴射の開始時期を表している。 In FIG. 12, the waveform representing the post-stage injection Fb is interrupted at the second speed N2, which is the upper limit speed of the medium speed / high load region D12, but this is located on the higher speed side than the second speed N2. 4 In the operating region A4, it means that fuel injection (injection corresponding to the post-stage injection Fb) is not executed during the compression stroke. On the other hand, in FIG. 12, the waveform of the alternate long and short dash line continuous with the waveform of the pre-stage injection Fa is shown in the speed range corresponding to the fourth operating region A4, and the waveform of the alternate long and short dash line is shown in the fourth operating region A4. Indicates the start time of fuel injection executed during the intake stroke.

図１３に示すように、後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、低速・高負荷域Ｄ１１に属する速度範囲（第１速度Ｎ１から第１境界速度Ｎｘまで）において、回転速度が高くなるほど（Ｎｘに近づくほど）小さくなるように設定される。ここで、後段噴射Ｆｂの噴射量割合とは、１サイクル中に噴射される総燃料（ここでは前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂによる噴射燃料の合計）のうち後段噴射Ｆｂによる噴射燃料が占める重量割合のことである。このため、後段噴射Ｆｂの噴射量割合を小さくすることは、前段噴射Ｆａの噴射量割合を大きくすることと等価である。言い換えると、低速・高負荷域Ｄ１１では、回転速度が高くなるほど前段噴射Ｆａの噴射量割合が大きくなりかつ後段噴射Ｆｂの噴射量割合が小さくなるように噴射量が制御される。具体的に、低速・高負荷域Ｄ１１において、前段噴射Ｆａの噴射量割合は、最も低速側の条件（第１速度Ｎ１）で０．５、最も高速側の条件（第１境界速度Ｎｘ）で０．９とされる。一方、後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、最も低速側の条件（第１速度Ｎ１）で０．５、最も高速側の条件（第１境界速度Ｎｘ）で０．１とされる。このように、前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂの各噴射量割合の変化は常に逆の関係になるので、以下では後段噴射Ｆｂの噴射量割合について主に説明する。 As shown in FIG. 13, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb increases as the rotation speed increases (approaches Nx) in the speed range (from the first speed N1 to the first boundary speed Nx) belonging to the low speed / high load region D11. It is set to be smaller. Here, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb is the weight ratio of the fuel injected by the post-stage injection Fb to the total fuel injected during one cycle (here, the total of the fuel injected by the pre-stage injection Fa and the post-stage injection Fb). That is. Therefore, reducing the injection amount ratio of the post-stage injection Fb is equivalent to increasing the injection amount ratio of the front-stage injection Fa. In other words, in the low speed / high load region D11, the injection amount is controlled so that the injection amount ratio of the front stage injection Fa increases and the injection amount ratio of the rear stage injection Fb decreases as the rotation speed increases. Specifically, in the low speed / high load region D11, the injection amount ratio of the pre-stage injection Fa is 0.5 under the condition on the slowest side (first speed N1) and 0.5 under the condition on the fastest side (first boundary speed Nx). It is set to 0.9. On the other hand, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb is 0.5 under the condition on the slowest side (first speed N1) and 0.1 under the condition on the fastest side (first boundary speed Nx). As described above, the changes in the injection amount ratios of the front-stage injection Fa and the rear-stage injection Fb always have the opposite relationship. Therefore, the injection amount ratio of the rear-stage injection Fb will be mainly described below.

後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、中速・高負荷域Ｄ１２に属する速度範囲（境界速度Ｎｘから第２速度Ｎ２まで）において、０．１以下の比較的小さい値に設定される。詳しくは、後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、相対的に低速側の第１中速・高負荷域Ｄ１２ａにおいて回転速度が高いほど大きくなり、かつ相対的に高速側の第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂにおいて一定値を保つように設定される。より具体的に、第１中速・高負荷域Ｄ１２ａにおける後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、最も低速側の条件（第１境界Ｎ速度Ｎｘ）で０．０５、最も高速側の条件（第２境界速度Ｎｙ）で０．１とされる。また、第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂにおける後段噴射Ｆｂの噴射量割合は、回転速度に拠らず０．１に設定される。 The injection amount ratio of the post-stage injection Fb is set to a relatively small value of 0.1 or less in the speed range (boundary speed Nx to the second speed N2) belonging to the medium speed / high load range D12. Specifically, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb increases as the rotation speed increases in the first medium speed / high load region D12a on the relatively low speed side, and the second medium speed / high load on the relatively high speed side. It is set to maintain a constant value in the region D12b. More specifically, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb in the first medium speed / high load region D12a is 0.05 under the condition on the lowest speed side (first boundary N speed Nx) and the condition on the highest speed side (second). The boundary velocity Ny) is 0.1. Further, the injection amount ratio of the latter stage injection Fb in the second medium speed / high load region D12b is set to 0.1 regardless of the rotation speed.

なお、上述したとおり、中速・高負荷域Ｄ１２よりも高速側の第４運転領域Ａ４では、圧縮行程中の燃料噴射（後段噴射Ｆｂに相当する噴射）が禁止され、吸気行程中の燃料噴射のみが許可される。図１３中で第４運転領域Ａ４に対応する速度域（第２速度Ｎ２〜）において、後段噴射Ｆｂに連続する二点鎖線の波形が縦軸０の位置に、前段噴射Ｆａに連続する二点鎖線の波形が縦軸１の位置に図示されているのは、このことを表している。 As described above, in the fourth operating region A4 on the high speed side of the medium speed / high load region D12, fuel injection during the compression stroke (injection corresponding to the post-stage injection Fb) is prohibited, and fuel injection during the intake stroke is prohibited. Only allowed. In the speed range (second speed N2 to 2) corresponding to the fourth operating region A4 in FIG. 13, the waveform of the alternate long and short dash line continuous with the rear injection Fb is at the position of 0 on the vertical axis, and the two points continuous with the front injection Fa. The fact that the waveform of the chain line is shown at the position of the vertical axis 1 indicates this.

（６）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域の中でもエンジン負荷が高い第１運転領域Ａ１の高負荷域Ｄ１での運転時に、吸気行程中に燃料を噴射する前段噴射Ｆａと、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射Ｆｂとがインジェクタ１５によって実行される。特に、高負荷域Ｄ１における低速側の一部である低速・高負荷域Ｄ１１での運転時には、後段噴射Ｆｂの噴射時期が圧縮行程後半に設定されるとともに、回転速度が高くなるほど後段噴射Ｆｂの噴射時期が遅くなりかつ噴射量割合が小さくなるように、インジェクタ１５が制御される。このような構成によれば、高負荷域Ｄ１での異常燃焼の抑制と燃費性能の向上とを両立できるという利点がある。 (6) Action and effect As described above, in the present embodiment, fuel is injected during the intake stroke during operation in the high load region D1 of the first operating region A1 where the engine load is high even in the execution region of SPCCI combustion. The first-stage injection Fa and the second-stage injection Fb that injects fuel during the compression stroke are executed by the injector 15. In particular, during operation in the low-speed / high-load region D11, which is a part of the low-speed side in the high-load region D1, the injection timing of the post-stage injection Fb is set in the latter half of the compression stroke, and the higher the rotation speed, the more the post-stage injection Fb The injector 15 is controlled so that the injection timing is delayed and the injection amount ratio is small. According to such a configuration, there is an advantage that it is possible to suppress abnormal combustion in the high load region D1 and improve fuel efficiency.

すなわち、上記実施形態では、熱発生量が多くなるエンジンの高負荷域Ｄ１において、吸気行程中の前段噴射Ｆａに加えて、圧縮行程中に燃料を噴射する（詳しくは圧縮行程の前半または後半に燃料噴射を開始する）後段噴射Ｆｂが実行されるので、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼を開始する直前（圧縮上死点の近傍）での燃焼室６の温度を後段噴射Ｆｂの気化潜熱により低下させることができ、高負荷域Ｄ１において懸念される異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。 That is, in the above embodiment, in the high load region D1 of the engine in which the amount of heat generated is large, fuel is injected during the compression stroke in addition to the pre-stage injection Fa during the intake stroke (specifically, in the first half or the second half of the compression stroke). Since the post-stage injection Fb (which starts fuel injection) is executed, the temperature of the combustion chamber 6 immediately before the air-fuel mixture starts SPCCI combustion (near the compression top dead center) is lowered by the latent heat of vaporization of the post-stage injection Fb. It is possible to effectively suppress the occurrence of abnormal combustion, which is a concern in the high load region D1.

特に、高負荷域Ｄ１の中でも低速側に位置する低速・高負荷域Ｄ１１では、後段噴射Ｆｂの噴射時期（噴射開始時期）が圧縮行程後半まで遅角されるので、圧縮行程後半に生じ得る燃料の低温酸化反応を抑制することができ、混合気が過早に着火する異常燃焼であるプリイグニッションを抑制することができる。低温酸化反応とは、火炎を伴いながら高い熱エネルギーを発生させる高温酸化反応（実質的な燃焼反応）よりも前に生じる緩慢な酸化反応のことであり、燃焼室６が高温（例えば約５００℃以上６５０℃以下）になる圧縮行程の後半で生じ得ることが知られている。本願発明者等の知見によれば、この低温酸化反応は、上記低速・高負荷域Ｄ１１のような運転条件、つまり回転速度が低くかつ負荷が高い条件下で顕著に出現し易い。しかも、低温酸化反応が顕著に出現すると、その反応熱によって燃焼室６内の混合気（燃焼前の混合気）の温度が上昇するので、点火プラグ１６の火花点火による正規の燃焼開始時期よりも早くに混合気が自着火する現象であるプリイグニッションの発生確率が高くなる。これに対し、上記実施形態では、低速・高負荷領域Ｄ１１での運転時に、低温酸化反応が生じ易い環境になる圧縮行程後半まで後段噴射Ｆｂの噴射時期が遅角されるので、当該後段噴射Ｆｂの気化潜熱による冷却効果によって低温酸化反応の反応レベルを十分に低下させることができ、当該低温酸化反応に起因してプリイグニッション等の異常燃焼が誘発されるのを効果的に抑制することができる。 In particular, in the low-speed / high-load region D11 located on the low-speed side of the high-load region D1, the injection timing (injection start timing) of the post-stage injection Fb is retarded until the latter half of the compression stroke, so that fuel that can occur in the latter half of the compression stroke It is possible to suppress the low-temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture, and it is possible to suppress pre-ignition, which is abnormal combustion in which the air-fuel mixture ignites prematurely. The low-temperature oxidation reaction is a slow oxidation reaction that occurs before the high-temperature oxidation reaction (substantial combustion reaction) that generates high thermal energy with a flame, and the combustion chamber 6 has a high temperature (for example, about 500 ° C.). It is known that it can occur in the latter half of the compression stroke (more than 650 ° C. or lower). According to the findings of the inventors of the present application, this low-temperature oxidation reaction tends to remarkably appear under operating conditions such as the low-speed / high-load region D11, that is, under conditions of low rotation speed and high load. Moreover, when the low-temperature oxidation reaction appears remarkably, the temperature of the air-fuel mixture (air-fuel mixture before combustion) in the combustion chamber 6 rises due to the reaction heat, so that it is faster than the normal combustion start time by spark ignition of the spark plug 16. The probability of occurrence of pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites quickly, increases. On the other hand, in the above embodiment, the injection timing of the post-stage injection Fb is retarded until the latter half of the compression stroke, which is an environment in which a low-temperature oxidation reaction is likely to occur during operation in the low-speed / high-load region D11. The reaction level of the low-temperature oxidation reaction can be sufficiently lowered by the cooling effect of the latent heat of vaporization, and it is possible to effectively suppress the induction of abnormal combustion such as preignition due to the low-temperature oxidation reaction. ..

しかも、低速・高負荷域Ｄ１１での後段噴射Ｆｂの噴射時期および噴射量割合が、エンジン回転速度に応じて変更される、つまり回転速度が高くなるほど後段噴射Ｆｂの噴射時期が遅くなりかつ噴射量割合が小さくなるように制御されるので、低温酸化反応の出現傾向に合わせた適切な時期に後段噴射Ｆｂを実行することができ、低速・高負荷域Ｄ１１で懸念されるプリイグニッション等の異常燃焼を効果的に抑制することができる。 Moreover, the injection timing and the injection amount ratio of the latter stage injection Fb in the low speed / high load range D11 are changed according to the engine rotation speed, that is, the higher the rotation speed, the later the injection timing of the latter stage injection Fb and the injection amount. Since the ratio is controlled to be small, the post-stage injection Fb can be executed at an appropriate time according to the appearance tendency of the low temperature oxidation reaction, and abnormal combustion such as pre-ignition, which is a concern in the low speed / high load range D11, can be performed. Can be effectively suppressed.

すなわち、本願発明者等の知見によれば、低温酸化反応はエンジン回転速度が高くなるほどその出現時期が遅くなり、かつ反応レベルも低くなる。これに対し、上記実施形態では、低速・高負荷域Ｄ１１内で回転速度が上昇したときには後段噴射Ｆｂの噴射時期が圧縮行程後半の中でもより遅い時期までシフトされるので、回転速度が高いほど出現時期が遅くなる上記低温酸化反応に合わせるように後段噴射Ｆｂを行うことができ、当該後段噴射Ｆｂによって燃焼室６を冷却して低温酸化反応の出現を抑制することができる。ただし、このように回転速度の上昇に応じて後段噴射Ｆｂの噴射時期を遅くした場合には、当該後段噴射Ｆｂの終了から燃焼開始（火花点火の時期）までの期間がかなり短くなるので、燃焼が開始される直前の燃焼室６内に局所リッチな混合気が形成され易くなり、スモークが発生したりＮＯｘの発生量が増大したりすることが懸念される。これに対し、上記実施形態では、回転速度の上昇に伴う後段噴射Ｆｂの遅角化と併せて、後段噴射Ｆｂの噴射量割合を小さくする対策が採られるので、上記のような不具合（スモークの発生等）を回避してエミッション性能を良好に維持することができる。しかも、上述のとおりエンジン回転速度が高い条件では低温酸化反応の反応レベルが低下するので、回転速度の上昇に応じて後段噴射Ｆｂの噴射量割合を小さくする上記の対策を採ったとしても、低温酸化反応は顕在化せず、プリイグニッション等の異常燃焼は抑制される。 That is, according to the findings of the inventors of the present application, the higher the engine speed, the later the appearance time of the low temperature oxidation reaction, and the lower the reaction level. On the other hand, in the above embodiment, when the rotation speed increases in the low-speed / high-load region D11, the injection timing of the post-stage injection Fb is shifted to a later time in the latter half of the compression stroke, so that the higher the rotation speed, the more it appears. The post-stage injection Fb can be performed so as to match the low-temperature oxidation reaction whose timing is delayed, and the combustion chamber 6 can be cooled by the post-stage injection Fb to suppress the appearance of the low-temperature oxidation reaction. However, when the injection timing of the post-stage injection Fb is delayed in response to the increase in the rotation speed in this way, the period from the end of the post-stage injection Fb to the start of combustion (spark ignition timing) is considerably shortened, so that combustion is performed. Locally rich air-fuel mixture is likely to be formed in the combustion chamber 6 immediately before the start of the combustion, and there is a concern that smoke may be generated or the amount of NOx generated may increase. On the other hand, in the above embodiment, the measures for reducing the injection amount ratio of the post-stage injection Fb are taken in addition to the retarding of the post-stage injection Fb as the rotation speed increases, so that the above-mentioned problems (smoke) are taken. It is possible to maintain good emission performance by avoiding (occurrence, etc.). Moreover, as described above, the reaction level of the low-temperature oxidation reaction decreases under the condition that the engine speed is high. Therefore, even if the above-mentioned measures for reducing the injection amount ratio of the post-stage injection Fb according to the increase in the rotation speed are taken, the temperature is low. The oxidation reaction does not become apparent, and abnormal combustion such as pre-ignition is suppressed.

さらに、圧縮行程後半の後段噴射Ｆｂによって、低速・高負荷域Ｄ１１にて異常燃焼を伴わないＳＰＣＣＩ燃焼が可能になるので、仮に同運転領域Ｄ１１でＳＰＣＣＩ燃焼を禁止した場合（通常のＳＩ燃焼に切り替えた場合）に比べて、熱効率に優れたＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができる。圧縮行程後半に後段噴射Ｆｂを実行することは、上記のとおり局所リッチな混合気の形成につながるので、燃料が未燃のまま排出される割合が増大し、燃費性能の悪化につながるおそれがある。しかしながら、本願発明者等の知見によれば、この未燃成分の増大による燃費性能の悪化代は、ＳＰＣＣＩ燃焼を実行することによる燃費向上代によって十分に補うことができる。すなわち、低速・高負荷域Ｄ１１にて後段噴射Ｆｂを実行しつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる上記実施形態によれば、特段の燃費性能の悪化を招くことなくＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域を拡大することができ、エンジンの燃費性能を実質的に向上させることができる。 Further, the post-stage injection Fb in the latter half of the compression stroke enables SPCCI combustion without abnormal combustion in the low speed / high load region D11. Therefore, if SPCCI combustion is prohibited in the same operating region D11 (normal SI combustion). Compared to (when switched), the execution range of SPCCI combustion, which is excellent in thermal efficiency, can be expanded. Executing the post-stage injection Fb in the latter half of the compression stroke leads to the formation of a locally rich air-fuel mixture as described above, so that the proportion of fuel discharged unburned increases, which may lead to deterioration of fuel efficiency. .. However, according to the findings of the inventors of the present application, the deterioration of fuel efficiency due to the increase in the unburned component can be sufficiently compensated for by the improvement in fuel efficiency due to the execution of SPCCI combustion. That is, according to the above embodiment in which the air-fuel mixture is SPCCI-combusted while executing the post-stage injection Fb in the low-speed / high-load region D11, the execution range of SPCCI combustion can be expanded without causing any particular deterioration in fuel efficiency. Therefore, the fuel efficiency of the engine can be substantially improved.

また、上記実施形態では、高負荷域Ｄ１における高速側の一部である中速・高負荷域Ｄ１２において、前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂが実行されるとともに、後段噴射Ｆｂの噴射時期が上記低速・高負荷域Ｄ１１における最も高速側での噴射時期よりも早くされるので、低温酸化反応がより出現し難くなる条件で後段噴射Ｆｂが無用に遅角されるのを回避でき、異常燃焼を抑制しつつ燃費性能等を良好に確保することができる。すなわち、回転速度が相対的に高い中速・高負荷域Ｄ１２では、低温酸化反応の出現時期がより遅くなる（圧縮上死点に近づく）ものの、その反応レベルはかなり低いものとなる。また、ピストン５による混合気の圧縮開始から圧縮終了までの実時間（混合気の受熱時間）が短くなるので、混合気が過早に着火するような現象は起き難くなり、プリイグニッションの発生リスクは非常に低くなる。むしろ、中速・高負荷域Ｄ１２では、ノッキング、つまり混合気の燃焼途中にその燃焼領域の外側に位置する未燃ガスが局所自着火により急速燃焼する異常燃焼が起き易くなる。ノッキングは、プリイグニッションに比べればエンジンに及ぼす影響は少ないといえる。上記実施形態では、このように低温酸化反応が弱まりかつ異常燃焼のリスクが低くなる中速・高負荷域Ｄ１２において、後段噴射Ｆｂの噴射時期が早められるので、それによって後段噴射Ｆｂの噴射時期が低温酸化反応の出現時期よりも進角側にずれることになっても、プリイグニッションおよびノッキングが発生しない程度には低温酸化反応を抑制することができる。また、後段噴射Ｆｂの進角化によって混合気の局所リッチ化が軽減されるので、燃費性能およびエミッション性能に優れた燃焼を実現することができる。 Further, in the above embodiment, the front-stage injection Fa and the rear-stage injection Fb are executed in the medium-speed / high-load region D12, which is a part of the high-speed side in the high-load region D1, and the injection timing of the rear-stage injection Fb is the low speed. -Since the injection timing is earlier than the injection timing on the highest speed side in the high load region D11, it is possible to prevent the post-stage injection Fb from being unnecessarily retarded under conditions where the low temperature oxidation reaction is less likely to appear, and suppress abnormal combustion. At the same time, good fuel efficiency can be ensured. That is, in the medium-speed / high-load region D12 where the rotation speed is relatively high, the appearance time of the low-temperature oxidation reaction is later (approaching the compression top dead center), but the reaction level is considerably low. Further, since the real time (heat receiving time of the air-fuel mixture) from the start of compression of the air-fuel mixture to the end of compression by the piston 5 is shortened, the phenomenon that the air-fuel mixture ignites prematurely is less likely to occur, and the risk of pre-ignition occurs. Will be very low. Rather, in the medium-speed / high-load region D12, knocking, that is, abnormal combustion in which unburned gas located outside the combustion region is rapidly burned by local self-ignition during combustion of the air-fuel mixture is likely to occur. It can be said that knocking has less effect on the engine than pre-ignition. In the above embodiment, in the medium-speed / high-load region D12 where the low-temperature oxidation reaction is weakened and the risk of abnormal combustion is low, the injection timing of the post-stage injection Fb is accelerated, so that the injection timing of the post-stage injection Fb is set accordingly. Even if the time shifts to the advance side from the appearance time of the low temperature oxidation reaction, the low temperature oxidation reaction can be suppressed to the extent that pre-ignition and knocking do not occur. Further, since the local enrichment of the air-fuel mixture is reduced by advancing the post-stage injection Fb, it is possible to realize combustion having excellent fuel efficiency and emission performance.

また、上記実施形態では、中速・高負荷域Ｄ１２での後段噴射Ｆｂの噴射量割合が、上記低速・高負荷域Ｄ１１における最も高速側での噴射量割合よりも大きくされるので、上記のように後段噴射Ｆｂの噴射時期が早められたとしても、当該後段噴射Ｆｂによる異常燃焼の抑制効果が極端に弱まることがなく、異常燃焼の抑制効果を十分に確保することができる。 Further, in the above embodiment, the injection amount ratio of the post-stage injection Fb in the medium speed / high load region D12 is made larger than the injection amount ratio on the highest speed side in the low speed / high load region D11. Even if the injection timing of the post-stage injection Fb is advanced as described above, the effect of suppressing abnormal combustion by the post-stage injection Fb is not extremely weakened, and the effect of suppressing abnormal combustion can be sufficiently ensured.

特に、上記実施形態では、中速・高負荷域Ｄ１２の中でも低速側に位置する第１中速・高負荷域Ｄ１２ａでの運転時に、回転速度が高くなるほど後段噴射Ｆｂの噴射時期が早くされるので、回転速度の上昇に伴い漸減する低温酸化反応のレベルに合わせて適切に後段噴射Ｆｂの噴射時期を早めることができ、異常燃焼を抑制しつつ燃費性能およびエミッション性能を向上させることができる。 In particular, in the above embodiment, when operating in the first medium speed / high load region D12a located on the low speed side in the medium speed / high load region D12, the higher the rotation speed, the earlier the injection timing of the post-stage injection Fb. Therefore, the injection timing of the post-stage injection Fb can be appropriately advanced according to the level of the low-temperature oxidation reaction that gradually decreases as the rotation speed increases, and the fuel efficiency performance and the emission performance can be improved while suppressing abnormal combustion.

一方、中速・高負荷域Ｄ１２の中でも高速側に位置する第２中速・高負荷域Ｄ１２ｂでは、後段噴射Ｆｂの噴射時期が回転速度に拠らず圧縮行程の前半の所定時期（図１３の例ではＢＴＤＣ１７０°ＣＡ）に設定されるので、低温酸化反応がほとんど出現しない速度域まで回転速度が上昇したのに合わせて後段噴射Ｆｂを十分に進角させることができ、燃費性能およびエミッション性能への悪影響を可及的に低減することができる。 On the other hand, in the second medium-speed / high-load region D12b located on the high-speed side of the medium-speed / high-load region D12, the injection timing of the post-stage injection Fb is a predetermined time in the first half of the compression stroke regardless of the rotation speed (FIG. 13). In the example of BTDC 170 ° CA), the post-stage injection Fb can be sufficiently advanced as the rotation speed rises to a speed range where low temperature oxidation reaction hardly appears, and fuel efficiency and emission performance can be achieved. The adverse effect on the body can be reduced as much as possible.

また、上記実施形態では、高負荷域Ｄ１での外部ＥＧＲ率が中負荷域Ｄ２での外部ＥＧＲ率よりも低くなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御されるので（図１１参照）、高負荷域Ｄ１において燃焼室６に十分な量の空気を導入することができ、負荷に見合った十分に高いトルクを発生させることができる。一方、高負荷域Ｄ１で外部ＥＧＲ率が低くされると異常燃焼（プリイグニッションまたはノッキング）の発生リスクが高まるが、この異常燃焼は上述した後段噴射Ｆｂの効果によって十分に抑制される。すなわち、上記実施形態によれば、高い出力トルクを確保しつつ異常燃焼を抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the opening degree of the EGR valve 53 is controlled so that the external EGR rate in the high load range D1 is lower than the external EGR rate in the medium load range D2 (see FIG. 11), so that the EGR valve 53 is high. A sufficient amount of air can be introduced into the combustion chamber 6 in the load region D1, and a sufficiently high torque commensurate with the load can be generated. On the other hand, when the external EGR rate is lowered in the high load region D1, the risk of abnormal combustion (pre-ignition or knocking) increases, but this abnormal combustion is sufficiently suppressed by the effect of the post-stage injection Fb described above. That is, according to the above embodiment, abnormal combustion can be suppressed while ensuring high output torque.

（７）変形例
上記実施形態では、エンジンが高負荷域Ｄ１で運転されているときに、吸気行程中に１回の前段噴射Ｆａを実行しかつ圧縮行程中に１回の後段噴射Ｆｂを実行したが、前段噴射Ｆａおよび後段噴射Ｆｂをそれぞれ複数回に分けて実行することも可能である。 (7) Modification Example In the above embodiment, when the engine is operated in the high load region D1, one pre-stage injection Fa is executed during the intake stroke and one post-stage injection Fb is executed during the compression stroke. However, it is also possible to execute the front-stage injection Fa and the rear-stage injection Fb in a plurality of times.

上記実施形態では、前段噴射Ｆａを吸気行程中に実行したが、前段噴射Ｆａは、後段噴射Ｆｂの開始時期よりも進角側の範囲において遅くとも圧縮行程の中央時期（ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）までに終了すればよい。言い換えると、前段噴射は、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する限りにおいて、適宜その噴射時期を変更することが可能である。 In the above embodiment, the pre-stage injection Fa is executed during the intake stroke, but the pre-stage injection Fa is completed by the central time of the compression stroke (BTDC 90 ° CA) at the latest in the range on the advance side from the start time of the post-stage injection Fb. do it. In other words, the injection timing of the pre-stage injection can be changed as appropriate as long as it is included in the first half of the intake stroke or the compression stroke and the fuel is injected earlier than the post-stage injection.

上記実施形態では、混合気の一部が点火プラグ１６の点火点からの火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）しかつその他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する部分圧縮着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）を実行可能なエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用され得るエンジンは、混合気の少なくとも一部が予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）するエンジンであればよく、例えば燃焼室内の全ての混合気が予混合圧縮着火燃焼するエンジン（点火プラグによる火花点火が不要なエンジン）にも本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, a part of the air-fuel mixture is burned by flame propagation from the ignition point of the spark plug 16 (SI combustion), and the other air-fuel mixture is burned by self-ignition (CI combustion). Partial compression ignition combustion (SPCCI combustion) ) Has been described, but the engine to which the present invention can be applied may be an engine in which at least a part of the air-fuel mixture is premixed, compressed, ignited and burned (HCCI combustion). For example, the present invention can be applied to an engine in which all the air-fuel mixture in the combustion chamber is premixed, compressed, ignited and burned (an engine that does not require spark ignition by a spark plug).

６ 燃焼室
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
５０ ＥＧＲ装置
１０２ 燃焼制御部
Ｄ１ 高負荷域
Ｄ１１ 低速・高負荷域
Ｄ１２ 中速・高負荷域
Ｄ１２ａ 第１中速・高負荷域
Ｄ１２ｂ 第２中速・高負荷域
Ｄ２ 中負荷域
Ｆａ 前段噴射
Ｆｂ 後段噴射 6 Combustion chamber 15 Injector 16 Spark plug 50 EGR device 102 Combustion control unit D1 High load range D11 Low speed / high load range D12 Medium speed / high load range D12a 1st medium speed / high load range D12b 2nd medium speed / high load range D2 Medium load range Fa Pre-stage injection Fb Post-stage injection

Claims (8)

燃焼室と当該燃焼室に燃料を噴射するインジェクタとを備えた予混合圧縮着火式エンジンを制御する装置であって、
エンジン負荷が高い高負荷域において、圧縮行程中に燃料を噴射する後段噴射と、吸気行程または圧縮行程前半に含まれかつ後段噴射よりも早い時期に燃料を噴射する前段噴射とを前記インジェクタに実行させるとともに、噴射された燃料と空気との混合気が予混合圧縮着火燃焼により燃焼するようにエンジンの各部を制御する燃焼制御部とを備え、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域における低速側の一部である低速・高負荷域での運転時に、前記後段噴射の噴射時期を圧縮行程後半に設定するとともに、回転速度が高いときの前記後段噴射の噴射時期が回転速度が低いときの前記後段噴射の噴射時期よりも遅くなり、かつ回転速度が高いときの前記後段噴射の噴射量割合が回転速度が低いときの前記後段噴射の噴射量割合よりも小さくなるように、前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 A device that controls a premixed compression ignition engine equipped with a combustion chamber and an injector that injects fuel into the combustion chamber.
In a high load region where the engine load is high, a post-stage injection that injects fuel during the compression stroke and a pre-stage injection that is included in the intake stroke or the first half of the compression stroke and injects fuel earlier than the post-stage injection are executed in the injector. It is equipped with a combustion control unit that controls each part of the engine so that the air-fuel mixture of the injected fuel and air is burned by premixed compression ignition combustion.
The combustion control unit sets the injection timing of the post-stage injection to the latter half of the compression stroke during operation in the low speed / high load region, which is a part of the low speed side in the high load region, and when the rotation speed is high, the combustion control unit sets the injection timing to the latter half of the compression stroke. The injection timing of the latter stage injection is later than the injection timing of the latter stage injection when the rotation speed is low, and the injection amount ratio of the latter stage injection when the rotation speed is high is the injection amount of the latter stage injection when the rotation speed is low. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that the injector is controlled so as to be smaller than the ratio. 請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記低速・高負荷域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の噴射時期が遅くなりかつ噴射量割合が小さくなるように、前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to claim 1.
The combustion control unit is characterized in that during operation in the low speed / high load region, the injector is controlled so that the higher the rotation speed, the later the injection timing of the latter stage injection and the smaller the injection amount ratio. Premixed compression ignition engine control device. 請求項１または２に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域に含まれかつ前記低速・高負荷域よりも高速側に位置する中速・高負荷域において、前記前段噴射および前記後段噴射を前記インジェクタに実行させて混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記後段噴射の噴射時期を前記低速・高負荷域における最も高速側での噴射時期よりも早くする、ことを特徴する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to claim 1 or 2.
The combustion control unit causes the injector to execute the pre-stage injection and the post-stage injection to mix the combustion control unit in the medium-speed / high-load region included in the high-load region and located on the high-speed side of the low-speed / high-load region. Control of a premixed compression ignition type engine characterized in that the air is burned by premixed compression ignition combustion and the injection timing of the latter stage injection is earlier than the injection timing on the highest speed side in the low speed / high load region. apparatus. 請求項３に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域での運転時に、前記後段噴射の噴射量割合を前記低速・高負荷域における最も高速側での噴射量割合よりも大きくする、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to claim 3.
The combustion control unit is characterized in that, during operation in the medium speed / high load region, the injection amount ratio of the latter stage injection is made larger than the injection amount ratio on the highest speed side in the low speed / high load region. Premixed compression ignition engine control device. 請求項３または４に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域における低速側の一部である第１中速・高負荷域での運転時に、回転速度が高くなるほど前記後段噴射の噴射時期が早くなるように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to claim 3 or 4.
The combustion control unit is operated in the first medium speed / high load region, which is a part of the low speed side in the medium speed / high load region, so that the higher the rotation speed, the earlier the injection timing of the latter stage injection. A control device for a premixed compression ignition type engine, which controls the injector. 請求項５に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記中速・高負荷域における高速側の一部である第２中速・高負荷域での運転時に、回転速度に拠らず前記後段噴射の噴射時期を圧縮行程前半の所定時期に保持する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to claim 5.
When operating in the second medium speed / high load region, which is a part of the high speed side in the medium speed / high load region, the combustion control unit sets the injection timing of the latter stage injection in the first half of the compression stroke regardless of the rotation speed. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that it is held at a predetermined time. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、前記燃焼室に連通する吸気通路および排気通路と、排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に還流するＥＧＲ装置とを備え、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域よりも負荷が低い中負荷域において混合気を予混合圧縮着火燃焼により燃焼させるとともに、前記ＥＧＲ装置を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率が前記中負荷域よりも前記高負荷域で低くなるように前記ＥＧＲ装置を制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to any one of claims 1 to 6.
The engine includes an intake passage and an exhaust passage communicating with the combustion chamber, and an EGR device for returning the exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage.
The combustion control unit burns the air-fuel mixture by premixed compression ignition combustion in a medium load region where the load is lower than the high load region, and is the ratio of exhaust gas returned to the combustion chamber through the EGR device. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that the EGR device is controlled so that the EGR rate is lower in the high load range than in the medium load range. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、
前記燃焼制御部は、前記高負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。 In the control device for the premixed compression ignition engine according to any one of claims 1 to 7.
The engine comprises a spark plug that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber.
In the combustion control unit, when operating in the high load region, a part of the air-fuel mixture is burned by flame propagation from the ignition point of the spark plug, and the other air-fuel mixture is burned by self-ignition. A control device for a premixed compression ignition engine, characterized in that the spark plug is spark-ignited at a predetermined timing in the vicinity of the compression top dead point so as to be performed.
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