JP3951855B2

JP3951855B2 - Control device for spark ignition engine

Info

Publication number: JP3951855B2
Application number: JP2002234589A
Authority: JP
Inventors: 義之進矢; 光夫人見; 孝司住田; 好徳林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP2004076606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が知られており、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒）だけではリーン運転時にＮＯｘに対して充分な浄化性能が得られないため、上記公報にも示されるように、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸着して酸素濃度低下雰囲気でＮＯｘの離脱、還元を行うリーンＮＯｘ触媒を設けている。そして、このようなリーンＮＯｘ触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が増大したときは、例えば上記公報に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにＣＯを生成し、これによってＮＯｘの離脱、還元を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化性能の確保のために上記ＮＯｘ触媒が必要となってコスト的に不利である。また、上記リーンＮＯｘ触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにＮＯｘ吸着量増大時にＮＯｘ離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、さらに、使用燃料が硫黄分を多く含む場合、上記リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の解消のために触媒の加熱及び還元材供給等のリジェネレーション処理が必要となり、これらによって燃費改善効果が低下する。
【０００５】
しかも、空燃比がある程度以上にリーンになると、燃焼速度が遅くなりすぎてその終期に近い燃焼が仕事に寄与しなくなるため、成層燃焼でのリーン化による燃費改善に限界があった。
【０００６】
なお、燃費改善のための別の手法として、圧縮自己着火が研究されており、この圧縮自己着火は、ディーゼルエンジンと同様に圧縮行程終期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにするものであり、空燃比が超リーンの状態や多量のＥＧＲが導入されている状態でもこのような圧縮自己着火が行われれば燃焼室全体が一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に有利となる。しかし、通常の火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）では、燃焼のために強制点火が必要であって、圧縮自己着火を行わせるためには燃焼室内の温度または圧力を大幅に高めるための格別の工夫が必要となり、高負荷域でのノッキングを避けつつ、燃費改善が要求される部分負荷域で圧着自己着火を生じさせる程度まで燃焼室内の温度または圧力を高めることが困難であった。
【０００７】
そこで、本願出願人は、リーン燃焼と圧縮自己着火とを併用して大幅な燃費改善効果をもたせるべく、エンジンの部分負荷域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程にある後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入される２気筒接続状態とするとともに、先行気筒では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比にして、強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせるようにした火花点火式エンジンの制御装置に関する技術を出願している（特願２００２−２９８３６号）。
【０００８】
本発明は、このような技術に基づき、エンジンの部分負荷域で上記２気筒接続状態として、先行気筒でリーン燃焼を行わせるとともに、後続気筒では圧縮自己着火による燃焼を行わせ、特に、この場合の自己着火性を高め、効果的に燃費及びエミッションの改善を図ることができる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切り換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切り換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、前記通常運転モードにあるときに各気筒に対し独立して燃料を供給する第１燃料噴射手段と、前記特殊運転モードにあるときであって前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給可能とする第２燃料噴射手段と、前記通常運転モードにあるときには、前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では前記第２燃料噴射手段により前記既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態のガスを導入して圧縮自己着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えているものである。
【００１０】
この構成によると、例えば低負荷低回転域において、前記特殊運転モードの燃焼制御が実行されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロス（ポンプ損失）が低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与し、その結果、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより高温の既燃ガスに混合気が充分にミキシングされた状態で後続気筒に導入され、その結果、後続気筒における自己着火性能が向上する。
【００１１】
また、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保される。
【００１２】
この発明の具体的な構成として、例えば先頭気筒についは燃焼室内に直接燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段を設け、前記特殊運転モードにあるときに、前記既燃ガスに対する後続気筒用の燃料供給を先行気筒の排気行程中に当該気筒の前記第１燃料噴射手段により行わせるように前記燃焼制御手段を構成することにより、前記第２燃料噴射手段として前記先行気筒の第１燃料噴射手段を兼用した構成とするのが好ましい。
【００１３】
この構成によると、既燃ガスに対して早期に燃料が供給されるので、既燃ガスと混合気とがより効果的にミキシングされた状態で後続気筒に導入されることなり、後続気筒での自己着火性能が効果的に高められる。また、このように後続気筒分の燃料を先行気筒の排気行程中に該先行気筒の第１燃料噴射手段により供給する構成によると、例えば各気筒毎に筒内噴射用のインジェクタ（燃料噴射手段）を備える直噴型エンジンでは、その基本構造をそのまま利用することが可能となり、本願発明を合理的に適用することができる。
【００１４】
なお、この構成では、少なくとも先行気筒について第１燃料噴射手段が筒内噴射可能に設けられていればよいため、前記後続気筒については、吸気通路内に燃料を噴射するように第１燃料噴射手段が設けられていてもよい。
【００１５】
また、この発明の別の具体的な構成として、例えば、前記気筒間ガス通路の途中部分に前記第２燃料噴射手段が設けられ、先行気筒からの排出後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されるように構成されているものであってもよい。
【００１６】
この構成によると、特殊運転モードにおける後続気筒分の燃料は、気筒間ガス通路を通じて流動する既燃ガスに対して供給されることとなる。
【００１７】
また、この発明において、前記燃焼制御手段は、前記特殊運転モードにあるときには、前記先行気筒から後続気筒へ既燃ガスを導入した後、当該後続気筒の第１燃料噴射手段により後続気筒分の燃料を前記既燃ガスに対し供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第１噴射モードと、前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を前記第２燃料噴射手段により供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第２噴射モードとに燃料の噴射モードを切り換え可能に構成され、運転状態に関する情報から後続気筒の自己着火性能の度合いを判定し、その判定結果に基づいて前記噴射モードを切り換えるように構成されているのが好ましい。
【００１８】
この構成によると、燃料の噴射モードが運転状態に応じて切り換えられることにより、特殊運転モードにおける後続気筒の自己着火性能が高められる。具体的には、後続気筒の自己着火性能の度合いが低い運転状態にあるときに燃料の噴射モードを第２噴射モードとすれば、既燃ガスと混合気とのミキシング効果により後続気筒での自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼安定性が高められる。例えば、暖機運転後、気筒内温度が特定温度以下であって気筒内温度が低いとき、あるいは極低負荷の領域内にあって燃料噴射量が少ないときには、自己着火性が低いと考えられる。従って、このような場合に自己着火性の度合いが低い運転状態にあると判定して、燃料の噴射モードを第２噴射モードとするように構成するのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図２はエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体１は複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有している。各気筒２Ａ〜２Ｄにはピストン３が嵌挿され、ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００２１】
各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。この点火プラグ７には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路８が接続されている。
【００２２】
燃焼室４の側方部には、燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁９（第１燃料噴射手段）が設けられている。この燃料噴射弁９は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁９には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００２３】
また、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室４に対して吸気ポート１１、１１ａ，１１ｂ及び排気ポート１２、１２ａ，１２ｂが開口し、これらのポートに吸気通路１５、排気通路２０等が接続されるとともに、各ポートが吸気弁３１、３１ａ，３１ｂ及び排気弁３２、３２ａ，３２ｂにより開閉されるようになっている。
【００２４】
そして、各気筒２Ａ〜２Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄと呼ぶと、図５に示すように上記サイクルが１番気筒２Ａ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって燃焼サイクルが行われるようになっている。なお、図５において、ＥＸは排気行程、ＩＮは吸気行程、Ｆは燃料噴射、Ｓは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火が行われることを表している。また、同図の燃料噴射Ｆについては、先行気筒用の燃料はＦ₁、後続気筒用の燃料はＦ₂で示している。
【００２５】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒（当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ）から吸気行程側の気筒（当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ）へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路２２が設けられている。当実施形態では、図５に示すように１番気筒２Ａの排気行程（ＥＸ）と２番気筒２Ｂの吸気行程（ＩＮ）とが重なり、また４番気筒２Ｄの排気行程（ＥＸ）と３番気筒２Ｃの吸気行程（ＩＮ）が重なるので、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂ、及び４番気筒２Ｄと３番気筒２Ｃがそれぞれ一対をなし、１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄが先行気筒、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃが後続気筒となる。
【００２６】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【００２７】
先行気筒である１番気筒２Ａ及び４番気筒２Ｄには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート１１と、既燃ガス（排気ガス）を排気通路に送り出すための第１排気ポート１２ａと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第２排気ポート１２ｂとが配設されている。また、後続気筒である２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃには、それぞれ、新気を導入するための第１吸気ポート１１ａと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第２吸気ポート１１ｂと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート１２とが配設されている。
【００２８】
図１に示す例では、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａが、１気筒当り２個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂならびに２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【００２９】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１および２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａには、吸気通路１５における気筒別の分岐吸気通路１６の下流端が接続されている。各分岐吸気通路１６の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁１７が設けられており、この多連スロットル弁１７は制御信号に応じてアクチュエータ１８により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路１５における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ１９が設けられている。
【００３０】
１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける第１排気ポート１２ａおよび２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける排気ポート１２には、排気通路２０における気筒別の分岐排気通路２１の上流端が接続されている。また、１番気筒２Ａと２番気筒２Ｂとの間及び３番気筒２Ｃと４番気筒２Ｄとの間には、それぞれ気筒間ガス通路２２が設けられ、先行気筒である１番，４番気筒２Ａ，２Ｄの第２排気ポート１２ｂに気筒間ガス通路２２の上流端が接続されるとともに、後続気筒である２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃの第２吸気ポート１１ｂに気筒間ガス通路２２の下流端が接続されている。
【００３１】
排気通路２０における分岐排気通路２１の下流の集合部には理論空燃比検出用の排気ガス濃度検出手段であるＯ₂センサ２３が設けられ、さらにその下流の排気通路２０には、排気浄化用の三元触媒２４が設けられている。この三元触媒２４は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比（つまり空気過剰率λがλ＝１）付近にあるときにＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘに対して高い浄化性能を示す触媒である。また、Ｏ₂センサ２３は、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するもので、特に理論空燃比付近で出力が急変するλＯ₂センサにより構成されている。
【００３２】
上記気筒間ガス通路２２には、排気ガス中の酸素濃度の変化（空燃比の変化）に対して出力がリニアに変化するリニアＯ₂センサ２５が設けられている。
【００３３】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する吸・排気弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。すなわち、１番，４番気筒２Ａ，２Ｄにおける吸気ポート１１、第１排気ポート１２ａ及び第２排気ポート１２ｂにはそれぞれ吸気弁３１、第１排気弁３２ａ及び第２排気弁３２ｂが設けられ、また、２番，３番気筒２Ｂ，２Ｃにおける第１吸気ポート１１ａ、第２吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１２にはそれぞれ第１吸気弁３１ａ、第２吸気弁３１ｂ及び排気弁３２が設けられている。そして、各気筒の吸気行程や排気行程が上述のような所定の位相差をもって行われるように、これら吸・排気弁がそれぞれカムシャフト３３，３４等からなる動弁機構により所定のタイミングで開閉するように駆動される。
【００３４】
さらに、これらの吸・排気弁のうちで第１排気弁３２ａ、第２排気弁３２ｂ、第１吸気弁３１ａ及び第２吸気弁３１ｂに対しては、各弁を作動状態と停止状態とに切り換える弁停止機構３５が設けられている。この弁停止機構３５は、従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムシャフト３３，３４のカムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっている。
【００３５】
上記第１排気弁３２ａの弁停止機構３５と第１吸気弁３１ａの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３６には第１コントロール弁３７が、また第２排気弁３２ｂの弁停止機構３５と第２吸気弁３１ｂの弁停止機構３５とに対する作動油給排用の通路３８には第２コントロール弁３９がそれぞれ設けられている（図３参照）。
【００３６】
図３はエンジンの駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）４０には、エアフローセンサ１９、Ｏ₂センサ２３及びリニアＯ₂センサ２５からの信号が入力されるとともに、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１からの信号が入力され、さらに運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ５２及びアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）を検出するアクセル開度センサ５３等からの信号も入力されている。また、このＥＣＵ４０から、各燃料噴射弁９と、多連スロットル弁１７のアクチュエータ１８と、上記第１，第２のコントロール弁３７，３９とに対して制御信号が出力されている。
【００３７】
上記ＥＣＵ４０は、その機能構成として運転状態判別手段４１、温度状態判別手段４２、モード設定手段４３、弁停止機構制御手段４４、吸入空気量制御手段４５、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等を備えている。
【００３８】
運転状態判別手段４１は、図４に示すようにエンジンの運転領域が低速低負荷側の領域Ａと高速側ないし高負荷側の領域Ｂとに分けられた制御用マップを有し、低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域、高速側ないし高負荷側の領域Ｂを通常運転モード領域とする。そして、上記回転数センサ５２及びアクセル開度センサ５３等からの信号より調べられるエンジンの運転状態（エンジン回転数及びエンジン負荷）が上記領域Ａ，Ｂのいずれにあるかを判別する。
【００３９】
温度状態判別手段４２は、水温センサ５１からの信号によってエンジンの温度状態を判別するものであり、水温（エンジン温度）が所定値以下の低温時か所定温度より高い高温時かを判別するようになっている。
【００４０】
モード設定手段４３は、運転状態判別手段４１による判別に基づき、前記特殊運転モード領域Ａでは、排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼させる特殊運転モードを選択し、前記通常運転モード領域領域Ｂでは、各気筒をそれぞれ独立させて燃焼させる通常運転モードを選択する。
【００４１】
弁停止機構制御手段４４は、モード設定手段４３によるモードの設定に応じ、特殊運転モードでは気筒間ガス通路２２を介して先行気筒（１番、４番気筒）２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒（２番、３番気筒）２Ｂ，２Ｃに導入させる各気筒独立状態とするように吸・排気流通状態を変更すべく弁停止機構３５を制御するもので、具体的には、運転状態が領域Ａ，Ｂのいずれかにあるかに応じ、上記コントロール弁３７，３９を制御することにより、各弁停止機構３５を次のように制御する。
領域Ａ：（特殊運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを停止状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを作動状態
領域Ｂ：（通常運転モード）
第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａを作動状態
第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂを停止状態
【００４２】
吸入空気量制御手段４５は、アクチュエータ１８を制御することによりスロットル弁１７の開度（スロットル開度）を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードとされる領域Ａでは、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対する分岐吸気通路１６からの吸気導入が遮断された状態で、先行気筒２Ａ，２Ｄから導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比がリーン空燃比とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の２気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気が先行気筒２Ａ，２Ｄに供給されるようにスロットル開度を調節する。
【００４３】
燃料制御手段４６は、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられた燃料噴射弁９からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御し、また、点火制御手段４７は、運転状態に応じた点火時期の制御を行う。そして、モード設定手段４３により設定されるモードに応じて、燃焼状態の制御（燃料の制御および点火の制御）が変更される。
【００４４】
すなわち、特殊運転モードが設定された場合には、先行気筒２Ａ，２Ｄに対しては、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせるように噴射時期を設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火時期を設定する。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃに対しては、リーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とするように燃料噴射量を制御するとともに、この燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄで供給するように、すなわち、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９によって先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程中に直接燃焼室４内に噴射するように燃料噴射量、噴射時期および該燃料噴射を行わせる燃料噴射弁９を設定し、さらに後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて圧縮着火を行わせるべく、強制点火を停止させる。
【００４５】
また、通常運転モードが選択された場合には、各気筒２Ａ〜２Ｄの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば、この領域Ｂのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒２Ａ〜２Ｄに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射時期を設定し、かつ、各気筒２Ａ〜２Ｄとも強制点火を行わせるようにする。
【００４６】
このように、当実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃料噴射弁９のうち後述する先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９が本発明の第２燃料噴射手段として機能するように構成されており、また、燃料制御手段４６および点火制御手段４７等により本発明の燃焼制御手段が構成されている。
【００４７】
次に、以上のような実施形態の装置の作用を、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００４８】
低負荷低回転側の運転領域Ａでは、特殊運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが停止状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図６に示すように、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路２２を介して後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるとともに、この後続気筒２Ｂ，２Ｃから排出される既燃ガスのみが三元触媒２４を備えた排気通路２０に導かれるような２気筒接続状態とされる。
【００４９】
この状態において、先行気筒２Ａ，２Ｄにそれぞれ吸気行程で吸気通路１５から新気が導入され（図６中の矢印ａ）、先行気筒２Ａ，２Ｄでは空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、リーン空燃比での成層燃焼が行われる（図５参照）。
【００５０】
その後、先行気筒２Ａ，２Ｄの排気行程と後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程が重なる期間に、後続気筒用の燃料が先行気筒２Ａ，２Ｄの燃焼室４内に直接噴射されるともに、リーン空燃比の既燃ガスが理論空燃比となるように燃料噴射量が制御され（図５中のＦ₂）、この燃料を含んだ既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されつつ気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入される（図５中の白抜き矢印及び図６中の矢印ｂ）。そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおいて、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮自己着火が行われる。この場合、先行気筒２Ａ，２Ｄから排出された高温の既燃ガスが短い気筒間ガス通路２２を通って後続気筒２Ｂ，２Ｃに直ちに導入されるため、後続気筒後続気筒２Ｂ，２Ｃでは吸気行程で燃焼室内の温度が高くなり、この状態からさらに圧縮行程で圧力、温度が上昇することにより、圧縮行程終期の上死点付近では充分に混合気が自己着火し得る程度まで燃焼室内の温度が上昇する。
【００５１】
そして、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの燃焼後の既燃ガスは、三元触媒２４を備えた排気通路２０に排出されることとなる（図７中の矢印ｃ）。
【００５２】
このように、先行気筒２Ａ，２Ｄではリーン空燃比での成層燃焼が行われることにより熱効率が高められるとともに、成層燃焼を行わない通常のエンジンと比べて吸気負圧が小さくなることでポンピングロスが低減され、これらの相乗効果で大幅に燃費が改善される。一方、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、空燃比が略理論空燃比とされつつ、圧縮自己着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、先行気筒２Ａ，２Ｄから押し出された既燃ガスが送り込まれるため先行気筒２Ａ，２Ｄよりもさらにポンピングロス低減され、こらの作用により燃費改善効果が充分に得られる。
【００５３】
しかも、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で噴射するため、既燃ガスが先行気筒２Ａ，２Ｄから排出されて後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入されるまでの間に混合気と高温の既燃ガスが充分にミキシングされて均一に分布するため、理想的な圧縮自己着火条件を満たすような均一な混合気分布状態および混合気温度が得られる。従って、後続気筒２Ｂ，２Ｃにおける自己着火性能が高められ、良好に燃焼が行われることとなる。
【００５４】
また、後続気筒２Ｂ，２Ｃから排気通路２０に排出される既燃ガスは理論空燃比に対応した値となるため、従来のリーンバーンエンジンのようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がなく、三元触媒２４だけで充分に排気浄化性能が確保されることとなる。そして、このようにリーンＮＯｘ触媒を設ける必要がないことから、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量増大時におけるＮＯｘの放出、還元のための一時的な空燃比のリッチ化を行う必要がなく、燃費改善の目減りが避けられる。さらに、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒の問題が生じることもない。
【００５５】
また、先行気筒２Ａ，２Ｄでは理論空燃比の略２倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでＮＯｘ発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒２Ｂ，２Ｃでは、先行気筒２Ａ，２Ｄから既燃ガスが導入されることで多量のＥＧＲが行われているのと同等の状態となることからＮＯｘの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【００５６】
一方、高負荷側ないし高回転側の運転領域Ｂでは、通常運転モードとされ前述のように第１排気弁３２ａ及び第１吸気弁３１ａが作動状態、第２排気弁３２ｂ及び第２吸気弁３１ｂが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図７に示すようになり、実質的に各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａ及び排気ポート１２ａ，１２が独立し、吸気通路１５から各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３１，３１ａに新気が導入されるとともに各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート３１，３１ａから排気通路２０に既燃ガスが排出される。そしてこの場合は、理論空燃比もしくはそれよりリッチ（λ≦１）となるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【００５７】
なお、本発明の装置の具体的構成は、上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、その例を以下に説明する。
【００５８】
▲１▼ 上記実施形態では、特殊運転モード時に、後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で、その気筒の燃料噴射弁９により噴射させるようにしているが、例えば、図８に示すように、気筒間ガス通路２２の途中部分に専用の燃料噴射弁９ａ（第２燃料噴射手段）を設け、先行気筒２Ａ，２Ｄからの排出後、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前の既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給するように構成してもよい。要は、後続気筒２Ｂ，２Ｃへの導入前に先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスに対して後続気筒分の燃焼を供給することによって、混合気と高温の既燃ガスとのミキシング効果を得ることができ、その結果、自己着火性能が高められるため、係るタイミングで後続気筒分の燃料を既燃ガスに対して供給できる構成であれば、後続気筒分の燃料の噴射タイミングは問わない。
【００５９】
但し、直噴型エンジンについては、上記実施形態のように、先行気筒２Ａ，２Ｄの燃料噴射弁９を用いて該気筒の排気行程中に燃料を噴射させることが可能であり（つまり、本願発明の第１燃料噴射手段を第２燃料噴射手段として兼用することが可能であり）、この場合には、図８のように後続気筒用の燃料を供給する専用の燃料噴射弁を設ける必要がなく、従って、直噴型エンジンの基本構造をそのまま利用した合理的な構成を達成することができるという利点がある。
【００６０】
なお、図８のように、後続気筒分の燃料を供給する専用の燃料噴射弁９ａを設ける構成では、例えば、各気筒内に燃料噴射弁９を設ける代わりに、同図の破線に示すように分岐吸気通路１６に燃料噴射弁９ｂを設け、通常運転モードにあるときの各気筒２Ａ〜２Ｄへの燃料噴射、あるいは特殊運転モードの先行気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射をポート噴射とするようにしてもよい。
【００６１】
また、先行気筒内で既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給する場合には、少なくとも先行気筒について筒内噴射可能な燃料噴射弁を設けておけばよいため、例えば後続気筒については吸気通路に燃料噴射弁を設けて燃料噴射をポート噴射とするように構成してもよい。
【００６２】
▲２▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給するように構成しているが、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能の度合いを判定し、自己着火性能の度合いが高い運転状態の場合には、図９に示す如く、先行気筒２Ａ，２Ｄの既燃ガスを後続気筒２Ｂ，２Ｃに導入した後、後続気筒２Ｂ，２Ｃの吸気行程において燃料を供給して圧縮着火を行わせ（第１噴射モードという）、自己着火性能の度合いが低い運転状態の場合に、上記実施形態の如く後続気筒分の燃料を先行気筒２Ａ，２Ｄ内で供給する（第２噴射モードという）ようにしてもよい。例えば、温度状態判別手段４２によるエンジンの温度が特定温度以下の運転状態では、後続気筒２Ｂ，２Ｃの燃焼室内温度が低いため自己着火性能が低いと考えられる。そのため、このような場合には第２噴射モードを行い、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの自己着火性能を高めて、燃料が良好に行われるようにするのが好ましい。
【００６３】
なお、自己着火性能の度合いの判定は、例えば燃料制御手段４６において運転状態に関する情報に基づいて行うようにすればよく、上記のようにエンジン温度に基づく判定以外に、エンジン回転数やエンジン負荷等に基づく判定であってもよい。例えば、運転領域Ａのうち特に極低負荷の領域では燃料噴射量が少なくなり、自己着火性能が低下すると考えられるため、このような場合にも第２噴射モードを行うようにすれば、後続気筒２Ｂ，２Ｃでの圧縮自己着火による燃焼を良好に行わせることができる。
【００６４】
▲３▼ 上記実施形態では、図４に示すようにエンジンの運転領域のうち低速低負荷側の領域Ａを特殊運転モード領域とし、この特殊運転モードでは、一律に後続気筒において圧縮自己着火による燃焼を行わせているが、部分運転領域において強制点火による燃焼を行わせるようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程にある先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに切り換え可能に構成され、例えば低負荷低回転の運転領域では特殊運転モードに設定されることにより、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われて、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られる。また、先行気筒の既燃ガスに燃料が供給されて圧縮着火が行われることにより、急速な燃焼が行われて効率良く燃焼が仕事に寄与することとなる。従って、この効率の良い燃焼とポンピングロス低減とで燃費が大幅に改善される。その上、後続気筒については、先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることにより燃料と高温の既燃ガスとが充分にミキシングされた状態のガスが後続気筒に導入されることとなる。従って、後続気筒における自己着火性能が高められ、後続気筒での燃焼が良好に行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図２】エンジン本体等の概略断面図である。
【図３】制御系統のブロック図である。
【図４】運転領域を示す説明図である。
【図５】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図６】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図７】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図８】本発明に係る制御装置を備えたエンジンの変形例を示す概略平面図である。
【図９】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ気筒
９燃料噴射弁
１１吸気ポート
１１ａ第１吸気ポート
１１ｂ第２吸気ポート
１２排気ポート
１２ａ第１排気ポート
１２ｂ第２排気ポート
１５吸気通路
２０排気通路
２２気筒間ガス通路
２４三元触媒
３１吸気弁
３１ａ第１吸気弁
３１ｂ第２吸気弁
３２排気弁
３２ａ第１排気弁
３２ｂ第２排気弁
３５弁停止機構
４０ＥＣＵ
４１運転状態判別手段
４２温度状態判別手段
４３モード設定手段
４４弁停止機構制御手段
４５吸入空気量制御手段
４６燃料制御手段
４７点火制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark ignition engine control device, and more particularly to a device for controlling the combustion state of each cylinder in a multi-cylinder engine to improve fuel consumption and emissions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spark ignition engine, a technique for improving fuel efficiency by performing combustion in a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio is known. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-274085, a stratified combustion is provided by injecting fuel directly into a combustion chamber and injecting fuel from the fuel injection valve in a compression stroke in a low rotation and low load region. It is known that the super lean combustion is realized by this.
[0003]
In such an engine, an ordinary three-way catalyst (a catalyst having a high purification performance in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio with respect to HC, CO, and NOx) alone as an exhaust gas purification catalyst is sufficient for NOx during lean operation. Since purification performance cannot be obtained, a lean NOx catalyst is provided that adsorbs NOx in an oxygen-excessive atmosphere and removes and reduces NOx in an oxygen-concentrated atmosphere as shown in the above publication. When such a lean NOx catalyst is used, if the NOx adsorption amount of the lean NOx catalyst increases during the lean operation, for example, as shown in the above publication, additional fuel is injected during the expansion stroke in addition to the main combustion. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas is enriched and CO is generated, thereby promoting NOx separation and reduction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The engine that performs the conventional lean operation as described above is disadvantageous in cost because the NOx catalyst is required to ensure the NOx purification performance during the lean operation. Further, in order to maintain the purification performance of the lean NOx catalyst, it is necessary to temporarily enrich the air-fuel ratio by removing additional NOx or supplying additional fuel for reduction when the NOx adsorption amount increases as described above. Furthermore, when the fuel used contains a large amount of sulfur, it is necessary to perform regeneration processing such as heating of the catalyst and supply of a reducing material in order to eliminate sulfur poisoning of the lean NOx catalyst, which reduces the fuel efficiency improvement effect. .
[0005]
In addition, when the air-fuel ratio becomes leaner than a certain level, the combustion speed becomes too slow and combustion close to the end does not contribute to work, so there is a limit to fuel efficiency improvement by leaning in stratified combustion.
[0006]
As another method for improving fuel efficiency, compression self-ignition has been studied. This compression self-ignition is similar to a diesel engine in that the combustion chamber is heated to high temperature and pressure at the end of the compression stroke so that the fuel self-ignites. Even if the air-fuel ratio is super lean or a large amount of EGR is introduced, if such compression self-ignition is performed, the entire combustion chamber burns at once, so slow combustion that does not contribute to work It can be avoided, which is advantageous for improving fuel economy. However, in a normal spark ignition engine (gasoline engine), forced ignition is required for combustion, and in order to perform compression self-ignition, a special device for significantly increasing the temperature or pressure in the combustion chamber Therefore, it has been difficult to increase the temperature or pressure in the combustion chamber to such an extent that pressure-bonding self-ignition occurs in a partial load region where fuel consumption improvement is required while avoiding knocking in a high load region.
[0007]
Therefore, the applicant of the present application is in the exhaust stroke between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap in a partial load region of the engine in order to have a significant fuel efficiency improvement effect by using both lean combustion and compression self-ignition. The burned gas discharged from the preceding cylinder is directly connected to the succeeding cylinder in the intake stroke via the inter-cylinder gas passage, and a lean air condition in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio is set in the preceding cylinder. A spark ignition type engine in which combustion is performed by forced ignition at a fuel ratio and fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder in the subsequent cylinder and combustion is performed by compression self-ignition. A technology related to the control device has been filed (Japanese Patent Application No. 2002-29836).
[0008]
The present invention is based on such a technique, in which the two cylinders are connected in the partial load region of the engine, and lean combustion is performed in the preceding cylinder, and combustion by compression self-ignition is performed in the subsequent cylinder. It is intended to provide a spark ignition type engine control device capable of improving the self-ignitability and effectively improving fuel consumption and emission.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an inter-cylinder gas passage for the burned gas of a preceding cylinder between a pair of cylinders in which an exhaust stroke and an intake stroke overlap each other and a cylinder independent state in which fresh air is introduced into each cylinder. The flow path of intake and exhaust can be switched to a connected state of two cylinders introduced to the succeeding cylinders via the cylinder, and combustion is performed independently in each cylinder with this flow path set as the cylinder independent state. The operation mode can be switched between a normal operation mode and a special operation mode in which the burned gas discharged from the preceding cylinder in the two-cylinder connected state is directly introduced into the succeeding cylinder in the intake stroke to perform combustion. A control device for a multi-cylinder spark ignition engine, wherein the first fuel injection means supplies fuel independently to each cylinder when in the normal operation mode; A second fuel injection means for enabling supply of fuel for the succeeding cylinder to the burned gas after completion of combustion in the preceding cylinder and before the introduction to the succeeding cylinder when in the reverse mode; When in the operation mode, fuel is supplied by the first fuel injection means to perform combustion in a state where the air-fuel ratio in each cylinder is the stoichiometric air-fuel ratio, while in the special operation mode, the first cylinder in the preceding cylinder Fuel is supplied by one fuel injection means, and combustion is performed by forced ignition in a state where the lean air fuel ratio is larger than the stoichiometric air fuel ratio by a predetermined amount. In the succeeding cylinder, fuel is burned into the burned gas by the second fuel injection means. And a combustion control means for controlling the combustion of each cylinder so as to introduce a gas in a state of a stoichiometric air-fuel ratio and cause combustion by compression self-ignition.
[0010]
According to this configuration, for example, in the low-load low-rotation region, the combustion control in the special operation mode is executed, so that combustion at the lean air-fuel ratio is performed in the preceding cylinder, and the thermal efficiency is improved and the pumping loss (pump Loss) is reduced, and a significant fuel efficiency improvement effect can be obtained. Further, in the subsequent cylinder, fuel is supplied to the burned gas of the preceding cylinder and compression ignition is performed, so that rapid combustion is performed and combustion contributes to work efficiently. As a result, this efficient combustion And fuel efficiency is greatly improved by reducing pumping loss. In addition, after the combustion in the preceding cylinder is completed for the subsequent cylinder, the fuel for the subsequent cylinder is supplied to the burned gas before the introduction to the subsequent cylinder, so that the air-fuel mixture is sufficient for the high-temperature burned gas. As a result, the self-ignition performance in the succeeding cylinder is improved.
[0011]
Further, since only the stoichiometric burned gas discharged from the succeeding cylinder is guided to the exhaust passage, the exhaust purification performance is sufficiently ensured only by the three-way catalyst.
[0012]
As a specific configuration of the present invention, for example, for the leading cylinder, the first fuel injection means is provided so as to inject fuel directly into the combustion chamber, and when in the special operation mode, for the succeeding cylinder for the burned gas The first fuel injection of the preceding cylinder is used as the second fuel injection means by configuring the combustion control means so that the first fuel injection means of the cylinder performs the fuel supply during the exhaust stroke of the preceding cylinder. It is preferable to use a configuration that also serves as a means.
[0013]
According to this configuration, since fuel is supplied to burned gas at an early stage, the burned gas and the air-fuel mixture are introduced into the subsequent cylinder in a state where the burned gas and the air-fuel mixture are mixed more effectively. Self-ignition performance is effectively enhanced. Further, according to the configuration in which the fuel for the subsequent cylinder is supplied by the first fuel injection means of the preceding cylinder during the exhaust stroke of the preceding cylinder in this way, for example, an in-cylinder injector (fuel injection means) for each cylinder In the direct injection type engine having the above, the basic structure can be used as it is, and the present invention can be applied rationally.
[0014]
In this configuration, it is only necessary that the first fuel injection means is provided so that in-cylinder injection is possible for at least the preceding cylinder. Therefore, for the subsequent cylinder, the first fuel injection means is configured to inject fuel into the intake passage. May be provided.
[0015]
Further, as another specific configuration of the present invention, for example, the second fuel injection means is provided in the middle part of the inter-cylinder gas passage, and after the exhaust from the preceding cylinder, before the introduction to the succeeding cylinder, the existing fuel injection means is provided. It may be configured such that the fuel for the subsequent cylinder is supplied to the fuel gas.
[0016]
According to this configuration, the fuel for the subsequent cylinders in the special operation mode is supplied to the burned gas flowing through the inter-cylinder gas passage.
[0017]
In the present invention, when the combustion control means is in the special operation mode, after the burned gas is introduced from the preceding cylinder to the succeeding cylinder, the fuel for the succeeding cylinder is injected by the first fuel injection means of the succeeding cylinder. Is supplied to the burned gas and burned by compression ignition, and after the combustion in the preceding cylinder is finished, the burned gas is equivalent to the following cylinder before being introduced into the succeeding cylinder. The fuel injection mode can be switched to a second injection mode in which fuel is supplied by the second fuel injection means and combustion is performed by compression ignition, and the degree of self-ignition performance of the subsequent cylinder is determined from information on the operating state. It is preferable to make a determination and switch the injection mode based on the determination result.
[0018]
According to this configuration, the fuel injection mode is switched according to the operation state, so that the self-ignition performance of the subsequent cylinder in the special operation mode is enhanced. Specifically, if the fuel injection mode is set to the second injection mode when the subsequent cylinder is in an operation state with a low degree of self-ignition performance, the self-ignition performance in the subsequent cylinder is caused by the mixing effect of the burned gas and the air-fuel mixture. Ignition performance is improved, and combustion stability in the succeeding cylinder is improved. For example, after the warm-up operation, when the in-cylinder temperature is equal to or lower than the specific temperature and the in-cylinder temperature is low, or when the fuel injection amount is small in the extremely low load region, the self-ignitability is considered to be low. Accordingly, in such a case, it is preferable that the fuel injection mode is determined to be the second injection mode by determining that the self-ignitability is low.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows a structure of one cylinder of an engine main body and intake / exhaust valves provided for the cylinder. In these drawings, the engine body 1 has a plurality of cylinders, and in the illustrated embodiment, has four cylinders 2A to 2D. A piston 3 is fitted into each of the cylinders 2 </ b> A to 2 </ b> D, and a combustion chamber 4 is formed above the piston 3.
[0021]
A spark plug 7 is provided at the top of the combustion chamber 4 of each cylinder 2 </ b> A to 2 </ b> D, and the tip of the plug faces the combustion chamber 4. An ignition circuit 8 capable of controlling the ignition timing by electronic control is connected to the spark plug 7.
[0022]
A fuel injection valve 9 (first fuel injection means) that directly injects fuel into the combustion chamber 4 is provided at a side portion of the combustion chamber 4. This fuel injection valve 9 incorporates a needle valve and a solenoid (not shown). When a pulse signal described later is input, the fuel injection valve 9 is driven for a time corresponding to the pulse width at the pulse input timing to open the valve. An amount of fuel corresponding to the valve time is injected. The fuel injection valve 9 is supplied with fuel by a fuel pump (not shown) through a fuel supply passage and the like, and is supplied with fuel higher than the pressure in the combustion chamber during the compression stroke. A system is configured.
[0023]
Further, intake ports 11, 11a, 11b and exhaust ports 12, 12a, 12b are opened to the combustion chambers 4 of the respective cylinders 2A to 2D, and an intake passage 15 and an exhaust passage 20 are connected to these ports. Each port is opened and closed by intake valves 31, 31a, 31b and exhaust valves 32, 32a, 32b.
[0024]
The cylinders 2A to 2D perform a combustion cycle including intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. In the case of a four-cylinder engine, the first cylinder from one end in the cylinder row direction 2A, 2nd cylinder 2B, 3rd cylinder 2C, 4th cylinder 2D, as shown in FIG. 5, the cycle is in the order of 1st cylinder 2A, 3rd cylinder 2C, 4th cylinder 2D, 2nd cylinder 2B. The combustion cycle is performed with a phase difference of 180 ° in crank angle. In FIG. 5, EX represents an exhaust stroke, IN represents an intake stroke, F represents fuel injection, S represents forced ignition, and a star mark in the drawing represents compression ignition. Further, for the fuel injection F in the figure, the fuel for the preceding cylinder is F ₁ The fuel for the following cylinder is F ₂ Is shown.
[0025]
Between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, a cylinder on the intake stroke side (this specification is referred to as a preceding cylinder) from the cylinder on the exhaust stroke side when the exhaust stroke and the intake stroke overlap (this specification is referred to as a preceding cylinder) The inter-cylinder gas passage 22 is provided so that the burned gas can be directly introduced to the subsequent cylinder). In this embodiment, as shown in FIG. 5, the exhaust stroke (EX) of the first cylinder 2A and the intake stroke (IN) of the second cylinder 2B overlap, and the exhaust stroke (EX) of the fourth cylinder 2D and the third stroke Since the intake stroke (IN) of the cylinder 2C overlaps, the first cylinder 2A and the second cylinder 2B, and the fourth cylinder 2D and the third cylinder 2C form a pair, respectively, and the first cylinder 2A and the fourth cylinder 2D are the preceding cylinder. The second cylinder 2B and the third cylinder 2C are the subsequent cylinders.
[0026]
The intake / exhaust port of each cylinder and the intake passage, exhaust passage, and inter-cylinder gas passage connected to the cylinder are specifically configured as follows.
[0027]
The first cylinder 2A and the fourth cylinder 2D, which are the preceding cylinders, respectively include an intake port 11 for introducing fresh air, and a first exhaust port 12a for sending burned gas (exhaust gas) to the exhaust passage. A second exhaust port 12b for leading the burned gas to the subsequent cylinder is provided. The second cylinder 2B and the third cylinder 2C, which are the subsequent cylinders, respectively, have a first intake port 11a for introducing fresh air and a second intake port for introducing burned gas from the preceding cylinder. 11b and an exhaust port 12 for sending burned gas to the exhaust passage.
[0028]
In the example shown in FIG. 1, the intake ports 11 in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the first intake ports 11a in the second and third cylinders 2B and 2C are two per cylinder, the left half of the combustion chamber. The first exhaust port 12a and the second exhaust port 12b in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the second intake port 11b and the exhaust port in the second and third cylinders 2B and 2C are provided in parallel on the part side. 12 are provided in parallel on the right half side of the combustion chamber.
[0029]
The intake port 11 in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the first intake port 11a in the second and third cylinders 2B and 2C are connected to the downstream ends of the branch intake passages 16 for each cylinder in the intake passage 15. Yes. In the vicinity of the downstream end of each branch intake passage 16, a multiple throttle valve 17 that is linked to each other via a common shaft is provided. This multiple throttle valve 17 is driven by an actuator 18 in accordance with a control signal, The intake air amount is adjusted. Note that an air flow sensor 19 that detects an intake air flow rate is provided in a common intake passage upstream of the collecting portion in the intake passage 15.
[0030]
An upstream end of a branch exhaust passage 21 for each cylinder in the exhaust passage 20 is connected to the first exhaust port 12a in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the exhaust port 12 in the second and third cylinders 2B and 2C. Yes. Further, an inter-cylinder gas passage 22 is provided between the first cylinder 2A and the second cylinder 2B and between the third cylinder 2C and the fourth cylinder 2D, respectively, and the first and fourth cylinders which are the preceding cylinders. The upstream end of the inter-cylinder gas passage 22 is connected to the second exhaust ports 12b of 2A and 2D, and the inter-cylinder gas passage 22 is connected to the second intake ports 11b of the second and third cylinders 2B and 2C as the subsequent cylinders. The downstream end is connected.
[0031]
An exhaust gas concentration detection means for detecting the stoichiometric air-fuel ratio is provided at the downstream of the branch exhaust passage 21 in the exhaust passage 20. ₂ A sensor 23 is provided, and a three-way catalyst 24 for exhaust purification is provided in the exhaust passage 20 downstream thereof. As is generally known, the three-way catalyst 24 is highly purified against HC, CO, and NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is close to the stoichiometric air-fuel ratio (that is, the excess air ratio λ is λ = 1). It is a catalyst showing performance. O ₂ The sensor 23 detects the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, and particularly the λO whose output changes suddenly near the stoichiometric air-fuel ratio. ₂ It is composed of sensors.
[0032]
The inter-cylinder gas passage 22 has a linear O output whose output changes linearly with respect to a change in oxygen concentration in the exhaust gas (change in air-fuel ratio). ₂ A sensor 25 is provided.
[0033]
The intake / exhaust valves for opening and closing the intake / exhaust ports of each cylinder and the valve operating mechanism for these valves are as follows. That is, the intake port 11, the first exhaust port 12a and the second exhaust port 12b in the first and fourth cylinders 2A and 2D are provided with the intake valve 31, the first exhaust valve 32a and the second exhaust valve 32b, respectively. A first intake valve 31a, a second intake valve 31b, and an exhaust valve 32 are provided in the first intake port 11a, the second intake port 11b, and the exhaust port 12 in the second and third cylinders 2B, 2C, respectively. These intake / exhaust valves are opened and closed at predetermined timings by the valve mechanisms comprising the camshafts 33, 34, etc. so that the intake stroke and exhaust stroke of each cylinder are performed with the predetermined phase difference as described above. To be driven.
[0034]
Further, among these intake / exhaust valves, the first exhaust valve 32a, the second exhaust valve 32b, the first intake valve 31a, and the second intake valve 31b are switched between an operating state and a stopped state. A valve stop mechanism 35 is provided. The valve stop mechanism 35 has been known in the art and will not be shown in detail. For example, hydraulic oil can be supplied to and discharged from a tappet interposed between the cams of the camshafts 33 and 34 and the valve shaft. When a hydraulic oil is supplied to the hydraulic chamber, the operation of the cam is transmitted to the valve and the valve is opened and closed. When the hydraulic oil is discharged from the hydraulic chamber, the cam operation is not performed. The valve is stopped by not being able to be transmitted to.
[0035]
The first control valve 37 and the second exhaust valve 32b are stopped in the hydraulic oil supply / discharge passage 36 to the valve stop mechanism 35 of the first exhaust valve 32a and the valve stop mechanism 35 of the first intake valve 31a. A second control valve 39 is provided in each of the hydraulic oil supply / discharge passages 38 to the mechanism 35 and the valve stop mechanism 35 of the second intake valve 31b (see FIG. 3).
[0036]
FIG. 3 shows the configuration of the engine drive and control system. In this figure, an ECU (control unit) 40 for engine control composed of a microcomputer or the like is provided with an air flow sensor 19, O ₂ Sensor 23 and linear O ₂ A signal from the sensor 25 is input, a signal from a water temperature sensor 51 for detecting the coolant temperature of the engine is input, and further, a rotation speed sensor 52 for detecting the engine rotation speed and an accelerator opening to determine the operating state. A signal from an accelerator opening sensor 53 or the like that detects the degree (depressed amount of the accelerator pedal) is also input. The ECU 40 outputs control signals to the fuel injection valves 9, the actuator 18 of the multiple throttle valve 17, and the first and second control valves 37 and 39.
[0037]
The ECU 40 includes an operation state determination unit 41, a temperature state determination unit 42, a mode setting unit 43, a valve stop mechanism control unit 44, an intake air amount control unit 45, a fuel control unit 46, an ignition control unit 47, and the like as its functional configuration. I have.
[0038]
The operating state discriminating means 41 has a control map in which the engine operating region is divided into a region A on the low speed and low load side and a region B on the high speed side or the high load side as shown in FIG. The region A on the side is the special operation mode region, and the region B on the high speed side or high load side is the normal operation mode region. Then, it is determined whether the engine operating state (engine speed and engine load), which is examined based on signals from the rotational speed sensor 52 and the accelerator opening sensor 53, is in the above-described regions A and B.
[0039]
The temperature state discriminating means 42 discriminates the temperature state of the engine based on a signal from the water temperature sensor 51, and discriminates whether the water temperature (engine temperature) is a low temperature below a predetermined value or a high temperature higher than a predetermined temperature. It has become.
[0040]
In the special operation mode region A, the mode setting means 43 introduces burnt gas discharged from the preceding cylinder in the exhaust stroke into the subsequent cylinder in the intake stroke as it is based on the determination by the operating state determination means 41 and burns it. In the normal operation mode region B, the normal operation mode in which each cylinder is burned independently is selected.
[0041]
In response to the mode setting by the mode setting means 43, the valve stop mechanism control means 44 follows the burned gas of the preceding cylinders (first and fourth cylinders) 2A and 2D via the inter-cylinder gas passage 22 in the special operation mode. The valve stop mechanism 35 is controlled to change the intake / exhaust flow state so that the cylinders (second and third cylinders) 2B and 2C are introduced into the cylinders independently. Each valve stop mechanism 35 is controlled as follows by controlling the control valves 37 and 39 depending on which of the regions A and B is present.
Area A: (Special operation mode)
Stop the first exhaust valve 32a and the first intake valve 31a
The second exhaust valve 32b and the second intake valve 31b are activated.
Area B: (Normal operation mode)
The first exhaust valve 32a and the first intake valve 31a are activated.
Stop the second exhaust valve 32b and the second intake valve 31b
[0042]
The intake air amount control means 45 controls the opening degree of the throttle valve 17 (throttle opening degree) by controlling the actuator 18, and obtains the target intake air amount from a map or the like according to the operating state, and the target The throttle opening is controlled according to the intake air amount. In this case, in the region A in the special operation mode, excess air in the gas introduced from the preceding cylinders 2A and 2D and new air are introduced in a state where the intake air introduction from the branch intake passage 16 to the succeeding cylinders 2B and 2C is blocked. Since the combustion is performed while the ratio of the fuel supplied to the fuel is made to be a lean air-fuel ratio, an amount of air necessary for combustion of fuel corresponding to the required torque for the preceding and subsequent two cylinders is supplied to the preceding cylinders 2A and 2D. Adjust the throttle opening so that it is supplied.
[0043]
The fuel control means 46 controls the fuel injection amount and injection timing from the fuel injection valve 9 provided in each of the cylinders 2A to 2D according to the operating state of the engine, and the ignition control means 47 corresponds to the operating state. The ignition timing is controlled. The combustion state control (fuel control and ignition control) is changed according to the mode set by the mode setting means 43.
[0044]
That is, when the special operation mode is set, the lean air-fuel ratio for the preceding cylinders 2A and 2D is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, preferably approximately twice or more than the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the fuel injection amount is controlled, and the injection timing is set so that stratified combustion is performed by injecting fuel in the compression stroke, and the ignition timing is set so that forced ignition is performed near the compression top dead center. To do. On the other hand, for the succeeding cylinders 2B and 2C, the fuel injection amount is controlled so that fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio to obtain the stoichiometric air-fuel ratio, and this fuel is supplied to the preceding cylinders 2A and 2D. In other words, the fuel injection amount, the injection timing, and the fuel for the subsequent cylinders are directly injected into the combustion chamber 4 during the exhaust stroke of the preceding cylinders 2A and 2D by the fuel injection valves 9 of the preceding cylinders 2A and 2D. The fuel injection valve 9 for performing the fuel injection is set, and the forced ignition is stopped in order to perform the compression ignition in the succeeding cylinders 2B and 2C.
[0045]
Further, when the normal operation mode is selected, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of each of the cylinders 2A to 2D is equal to or lower than the theoretical air-fuel ratio. The stoichiometric air-fuel ratio is set in the region, and the stoichiometric air-fuel ratio is made richer in the fully-open load and the operation region in the vicinity thereof. In this case, the injection timing is set so that fuel is injected into the cylinders 2A to 2D in the intake stroke to make the air-fuel mixture uniform, and each cylinder 2A to 2D is forcedly ignited. To.
[0046]
Thus, in the present embodiment, the fuel injection valves 9 of the preceding cylinders 2A and 2D, which will be described later, among the fuel injection valves 9 of the cylinders 2A to 2D are configured to function as the second fuel injection means of the present invention. In addition, the fuel control means 46, the ignition control means 47, and the like constitute the combustion control means of the present invention.
[0047]
Next, the operation of the apparatus of the embodiment as described above will be described with reference to FIGS.
[0048]
In the operation region A on the low load and low rotation side, the special operation mode is set, and as described above, the first exhaust valve 32a and the first intake valve 31a are stopped, and the second exhaust valve 32b and the second intake valve 31b are operated. As a result, as shown in FIG. 6, the substantial fresh air and gas flow paths are such that the burned gas discharged from the preceding cylinders 2A and 2D is directly passed through the inter-cylinder gas passage 22 and the subsequent cylinders 2B and 2C. And the two-cylinder connection state is established in which only the burned gas discharged from the succeeding cylinders 2B and 2C is guided to the exhaust passage 20 provided with the three-way catalyst 24.
[0049]
In this state, fresh air is introduced into the preceding cylinders 2A and 2D from the intake passage 15 in the intake stroke (arrow a in FIG. 6), and the lean air-fuel ratio in the preceding cylinders 2A and 2D is larger than the stoichiometric air-fuel ratio. Thus, fuel is injected in the compression stroke while the fuel injection amount is controlled, and ignition is performed at a predetermined ignition timing, and stratified combustion is performed at a lean air-fuel ratio (see FIG. 5).
[0050]
Thereafter, during the period in which the exhaust strokes of the preceding cylinders 2A and 2D overlap with the intake strokes of the succeeding cylinders 2B and 2C, the fuel for the succeeding cylinders is directly injected into the combustion chamber 4 of the preceding cylinders 2A and 2D, and the lean air-fuel ratio. The fuel injection amount is controlled so that the burned gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio (F in FIG. ₂ ), The burned gas containing the fuel is introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C through the inter-cylinder gas passage 22 while being discharged from the preceding cylinders 2A and 2D (the white arrows in FIG. 5 and in FIG. 6). Arrow b). In the succeeding cylinders 2B and 2C, compression self-ignition is performed near the top dead center of the compression stroke due to an increase in pressure and temperature in the combustion chamber. In this case, the high-temperature burned gas discharged from the preceding cylinders 2A and 2D is immediately introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C through the short inter-cylinder gas passage 22, so that the succeeding cylinder succeeding cylinders 2B and 2C are in the intake stroke. As the temperature in the combustion chamber rises and the pressure and temperature rise further in the compression stroke from this state, the temperature in the combustion chamber rises to the extent that the air-fuel mixture can sufficiently ignite near the top dead center at the end of the compression stroke. To do.
[0051]
Then, the burnt gas after combustion in the subsequent cylinders 2B and 2C is discharged to the exhaust passage 20 provided with the three-way catalyst 24 (arrow c in FIG. 7).
[0052]
Thus, in the preceding cylinders 2A and 2D, stratified combustion is performed at a lean air-fuel ratio, so that the thermal efficiency is increased and the pumping loss is reduced by reducing the intake negative pressure compared to a normal engine that does not perform stratified combustion. The fuel efficiency is greatly improved by these synergistic effects. On the other hand, in the succeeding cylinders 2B and 2C, while the air-fuel ratio is substantially the stoichiometric air-fuel ratio, the compression self-ignition is performed, so that the thermal efficiency is increased and the burned gas pushed out from the preceding cylinders 2A and 2D is sent. The pumping loss is further reduced as compared with the preceding cylinders 2A and 2D, and the fuel consumption improvement effect can be sufficiently obtained by these actions.
[0053]
Moreover, since the fuel for the subsequent cylinders is injected into the preceding cylinders 2A and 2D, the burned gas and the high-temperature mixture are discharged until the burned gas is discharged from the preceding cylinders 2A and 2D and introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C. Since the burned gas is sufficiently mixed and uniformly distributed, a uniform mixture distribution state and mixture temperature satisfying the ideal compression self-ignition condition can be obtained. Therefore, the self-ignition performance in the succeeding cylinders 2B and 2C is enhanced, and combustion is performed satisfactorily.
[0054]
Further, since the burned gas discharged from the succeeding cylinders 2B and 2C into the exhaust passage 20 has a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio, there is no need to provide a lean NOx catalyst as in a conventional lean burn engine, and a three-way catalyst. Exhaust purification performance is sufficiently ensured with only 24. And since there is no need to provide a lean NOx catalyst in this way, there is no need to temporarily enrich the air-fuel ratio for NOx release and reduction when the NOx occlusion amount of the lean NOx catalyst increases, improving fuel economy Can be avoided. Furthermore, the problem of sulfur poisoning of the lean NOx catalyst does not occur.
[0055]
The preceding cylinders 2A and 2D have a lean air-fuel ratio that is approximately twice or more than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is relatively small. In the succeeding cylinders 2B and 2C, the preceding cylinders 2A and 2D Since the burned gas is introduced, the state is equivalent to that in which a large amount of EGR is performed, so that the generation of NOx is sufficiently suppressed. This is also advantageous for improving emissions.
[0056]
On the other hand, in the operation region B on the high load side or high rotation side, the normal operation mode is set, and the first exhaust valve 32a and the first intake valve 31a are in the operating state as described above, and the second exhaust valve 32b and the second intake valve 31b. 7 is brought into a stopped state, the actual flow path of fresh air and gas is as shown in FIG. 7, and the intake ports 31 and 31a and the exhaust ports 12a and 12 of each cylinder 2A to 2D are substantially independent. Then, fresh air is introduced from the intake passage 15 to the intake ports 31 and 31a of the respective cylinders 2A to 2D, and burned gas is discharged from the exhaust ports 31 and 31a of the respective cylinders 2A to 2D to the exhaust passage 20. In this case, the output air performance is ensured by controlling the intake air amount and the fuel injection amount so that the stoichiometric air-fuel ratio or richer (λ ≦ 1).
[0057]
The specific configuration of the apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified. Examples thereof will be described below.
[0058]
(1) In the above embodiment, in the special operation mode, the fuel for the subsequent cylinder is injected into the preceding cylinders 2A and 2D by the fuel injection valve 9 of the cylinder. For example, as shown in FIG. In addition, a dedicated fuel injection valve 9a (second fuel injection means) is provided in the middle part of the inter-cylinder gas passage 22, and the burned gas before being introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C after being discharged from the preceding cylinders 2A and 2D. Alternatively, the fuel for the subsequent cylinders may be supplied. In short, by supplying combustion for the subsequent cylinders to the burned gas of the preceding cylinders 2A and 2D before introduction into the succeeding cylinders 2B and 2C, a mixing effect of the air-fuel mixture and the high-temperature burned gas is obtained. As a result, the self-ignition performance is enhanced, so that the fuel injection timing for the subsequent cylinder is not limited as long as the fuel for the subsequent cylinder can be supplied to the burned gas at such timing.
[0059]
However, in the case of a direct injection engine, it is possible to inject fuel during the exhaust stroke of the cylinder using the fuel injection valve 9 of the preceding cylinders 2A and 2D as in the above embodiment (that is, the present invention). The first fuel injection means can also be used as the second fuel injection means). In this case, there is no need to provide a dedicated fuel injection valve for supplying fuel for the succeeding cylinder as shown in FIG. Therefore, there is an advantage that a rational configuration using the basic structure of the direct injection engine as it is can be achieved.
[0060]
As shown in FIG. 8, in the configuration in which the dedicated fuel injection valve 9a for supplying the fuel for the subsequent cylinder is provided, for example, instead of providing the fuel injection valve 9 in each cylinder, as shown by the broken line in FIG. A fuel injection valve 9b is provided in the branch intake passage 16 so that the fuel injection to each of the cylinders 2A to 2D in the normal operation mode or the fuel injection to the preceding cylinders 2A and 2D in the special operation mode is the port injection. May be.
[0061]
In addition, when fuel for the succeeding cylinder is supplied to the burned gas in the preceding cylinder, it is only necessary to provide a fuel injection valve capable of in-cylinder injection at least for the preceding cylinder. A fuel injection valve may be provided in the passage so that fuel injection is port injection.
[0062]
(2) In the above embodiment, as shown in FIG. 4, the low speed and low load side region A of the engine operation region is set as a special operation mode region. In this special operation mode, fuel for the subsequent cylinders is uniformly supplied to the preceding cylinder. Although it is configured to supply in 2A, 2D, the degree of self-ignition performance in the succeeding cylinders 2B, 2C is determined, and in the case of an operation state where the degree of self-ignition performance is high, as shown in FIG. After the burned gas of the preceding cylinders 2A and 2D is introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C, fuel is supplied during the intake stroke of the succeeding cylinders 2B and 2C to perform compression ignition (referred to as a first injection mode), and self-ignition In an operating state with a low performance level, fuel for the subsequent cylinders may be supplied in the preceding cylinders 2A and 2D (referred to as a second injection mode) as in the above embodiment. For example, in an operating state where the temperature of the engine by the temperature state determination means 42 is not more than a specific temperature, it is considered that the self-ignition performance is low because the temperature in the combustion chamber of the succeeding cylinders 2B and 2C is low. Therefore, in such a case, it is preferable to perform the second injection mode to enhance the self-ignition performance in the succeeding cylinders 2B and 2C so that the fuel is performed satisfactorily.
[0063]
The determination of the degree of self-ignition performance may be performed, for example, based on information related to the operating state in the fuel control means 46. In addition to the determination based on the engine temperature as described above, the engine speed, engine load, etc. It may be based on the determination. For example, it is considered that the fuel injection amount is reduced particularly in the extremely low load region in the operation region A, and the self-ignition performance is deteriorated. In this case, if the second injection mode is performed, the succeeding cylinder Combustion by compression self-ignition in 2B and 2C can be performed satisfactorily.
[0064]
(3) In the above embodiment, as shown in FIG. 4, the region A on the low-speed and low-load side in the engine operation region is set as a special operation mode region. In this special operation mode, combustion by compression self-ignition is uniformly performed in the subsequent cylinders. However, combustion by forced ignition may be performed in the partial operation region.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, the control device according to the present invention has exhausted from the preceding cylinder in the exhaust stroke between the normal operation mode in which each cylinder performs combustion independently and the pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap. It is configured to be able to switch to a special operation mode in which fuel gas is introduced into the subsequent cylinder in the intake stroke as it is to perform combustion. For example, in the low load and low rotation operation region, the special operation mode is set, so that the preceding cylinder In this case, combustion at a lean air-fuel ratio is performed, so that the heat efficiency is increased and the pumping loss is reduced, so that a significant fuel efficiency improvement effect is obtained. In addition, when fuel is supplied to the burned gas of the preceding cylinder and compression ignition is performed, rapid combustion is performed and combustion efficiently contributes to work. Therefore, fuel efficiency is greatly improved by this efficient combustion and reduction of pumping loss. Moreover, for the succeeding cylinder, after the combustion in the preceding cylinder is completed, the fuel for the succeeding cylinder is supplied to the burned gas before the introduction to the succeeding cylinder, so that the fuel and the high-temperature burned gas are sufficient. Thus, the mixed gas is introduced into the succeeding cylinder. Therefore, the self-ignition performance in the succeeding cylinder is improved, and combustion in the succeeding cylinder is favorably performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an entire engine including a control device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an engine body and the like.
FIG. 3 is a block diagram of a control system.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation region.
FIG. 5 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing substantial fresh air and gas flow paths during low load and low rotation.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a substantial fresh air and gas flow path when in an operation region on a high load, high and low rotation side.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a modification of the engine equipped with the control device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder.
[Explanation of symbols]
1 Engine body
2A to 2D cylinder
9 Fuel injection valve
11 Intake port
11a First intake port
11b Second intake port
12 Exhaust port
12a First exhaust port
12b Second exhaust port
15 Intake passage
20 Exhaust passage
22 Gas passage between cylinders
24 Three-way catalyst
31 Intake valve
31a First intake valve
31b Second intake valve
32 Exhaust valve
32a First exhaust valve
32b Second exhaust valve
35 Valve stop mechanism
40 ECU
41 Operating state discriminating means
42 Temperature state determination means
43 Mode setting means
44 Valve stop mechanism control means
45 Intake air amount control means
46 Fuel control means
47 Ignition control means

Claims

各気筒にそれぞれ新気を導入する各気筒独立状態と、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において先行気筒の既燃ガスを気筒間ガス通路を介して後続気筒に導入する２気筒接続状態とに吸気および排気の流通経路が切り換え可能に構成され、かつ、この流通経路を前記各気筒独立状態として各気筒においてそれぞれ独立して燃焼を行わせる通常運転モードと、前記２気筒接続状態として先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程にある後続気筒に導入して燃焼を行わせる特殊運転モードとに運転モードを切り換え可能に構成される多気筒の火花点火式エンジンの制御装置であって、
前記通常運転モードにあるときに各気筒に対し独立して燃料を供給する第１燃料噴射手段と、前記特殊運転モードにあるときであって前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を供給可能とする第２燃料噴射手段と、前記通常運転モードにあるときには、前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して各気筒での空燃比を理論空燃比とした状態で燃焼を行わせる一方、特殊運転モードにあるときには、先行気筒では前記第１燃料噴射手段により燃料を供給して理論空燃比よりも所定量だけ大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、後続気筒では前記第２燃料噴射手段により前記既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態のガスを導入して圧縮自己着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。Cylinder independent state in which fresh air is introduced into each cylinder and a two-cylinder connected state in which the burned gas of the preceding cylinder is introduced into the succeeding cylinder via the inter-cylinder gas passage between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap. And a normal operation mode in which combustion is performed independently in each cylinder with the circulation path being in an independent state for each cylinder, and a leading state in which the two cylinders are connected. It is a control device for a multi-cylinder spark ignition engine configured to be able to switch the operation mode to a special operation mode in which burned gas discharged from the cylinder is directly introduced into the subsequent cylinder in the intake stroke to perform combustion. And
A first fuel injection means for supplying fuel independently to each cylinder when in the normal operation mode; and introduction into the subsequent cylinder after completion of combustion in the preceding cylinder when in the special operation mode A second fuel injection means that can supply fuel for the subsequent cylinders to the burned gas before, and when in the normal operation mode, fuel is supplied by the first fuel injection means in each cylinder; While the combustion is performed with the air-fuel ratio being the stoichiometric air-fuel ratio, while in the special operation mode, in the preceding cylinder, fuel is supplied by the first fuel injection means and the lean air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio by a predetermined amount In the following condition, combustion is performed by forced ignition, and in the succeeding cylinder, fuel is supplied to the burned gas by the second fuel injection means to introduce a gas having a stoichiometric air-fuel ratio, and combustion is performed by compression self-ignition. Control apparatus for a spark ignition engine, characterized in that it comprises a combustion control means for controlling the combustion in each cylinder such that I.

請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記先頭気筒については燃焼室内に直接燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段が設けられ、前記特殊運転モードにあるときに、前記既燃ガスに対する後続気筒用の燃料供給を先行気筒の排気行程中に当該気筒の前記第１燃料噴射手段により行わせるように前記燃焼制御手段が構成されることにより、前記第２燃料噴射手段として前記先行気筒の第１燃料噴射手段が兼用されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 1,
For the leading cylinder, the first fuel injection means is provided so as to inject fuel directly into the combustion chamber, and when in the special operation mode, the fuel supply for the succeeding cylinder to the burned gas is exhausted from the preceding cylinder. The combustion control means is configured to be performed by the first fuel injection means of the cylinder during the stroke, so that the first fuel injection means of the preceding cylinder is also used as the second fuel injection means. A control device for a spark ignition type engine.

請求項２記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記後続気筒については吸気通路内に燃料を噴射するように前記第１燃料噴射手段が設けられていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 2,
A control device for a spark ignition engine, wherein the first fuel injection means is provided to inject fuel into the intake passage for the subsequent cylinder.

請求項１記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記気筒間ガス通路の途中部分に前記第２燃料噴射手段が設けられ、先行気筒からの排出後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料が供給されることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 1,
The second fuel injection means is provided in the middle of the inter-cylinder gas passage so that the fuel for the succeeding cylinder is supplied to the burned gas after being discharged from the preceding cylinder and before being introduced to the succeeding cylinder. A control device for a spark ignition type engine.

請求項１乃至４の何れかに記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記特殊運転モードにあるときには、前記先行気筒から後続気筒へ既燃ガスを導入した後、当該後続気筒の第１燃料噴射手段により後続気筒分の燃料を前記既燃ガスに対し供給して圧縮着火により燃焼を行わせる第１噴射モードと、前記先行気筒での燃焼終了後、後続気筒への導入前に前記既燃ガスに対して後続気筒分の燃料を前記第２燃料噴射手段により供給して圧縮自己着火により燃焼を行わせる第２噴射モードとに燃料の噴射モードを切り換え可能に構成され、運転状態に関する情報から後続気筒の自己着火性能の度合いを判定し、その判定結果に基づいて前記噴射モードを切り換えるように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to any one of claims 1 to 4,
When the combustion control means is in the special operation mode, after introducing the burned gas from the preceding cylinder to the succeeding cylinder, the fuel for the succeeding cylinder is converted into the burned gas by the first fuel injection means of the succeeding cylinder. A first injection mode in which fuel is supplied and combusted by compression ignition; and after the combustion in the preceding cylinder is completed, fuel for the succeeding cylinder is supplied to the burned gas before the introduction to the succeeding cylinder. The fuel injection mode can be switched to the second injection mode in which combustion is performed by compression self-ignition supplied by the injection means, and the degree of self-ignition performance of the succeeding cylinder is determined from information on the operating state, and the determination A control device for a spark ignition engine, characterized in that the injection mode is switched based on a result.

請求項５記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、後続気筒の自己着火性能の度合いが低い運転状態にあるときに前記噴射モードを第２噴射モードとするように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 5,
The control device for a spark ignition engine, wherein the combustion control means is configured to set the injection mode to the second injection mode when the subsequent cylinder is in an operation state in which the degree of self-ignition performance is low. .

請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、暖機運転後であって気筒内温度が特定温度以下となるときに自己着火性能の度合いが低い運転状態にあると判定するように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 6,
The spark control unit is configured to determine that the degree of self-ignition performance is low after the warm-up operation and the in-cylinder temperature is equal to or lower than a specific temperature. Control device for ignition engine.

請求項６記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、極低負荷の領域内にあるときに自己着火性能の度合いが低い運転状態にあると判定するように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。The control device for the spark ignition engine according to claim 6,
A control device for a spark ignition engine, wherein the combustion control means is configured to determine that the degree of self-ignition performance is in an operating state when the combustion control means is in an extremely low load region.