JP4591300B2 - 4-cycle spark ignition engine - Google Patents
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Description
本発明は４サイクル火花点火式エンジンに関し、特に、予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を行わせる運転モードと火花点火を行わせる運転モードとを有する４サイクル火花点火式エンジンに関するものである。 The present invention relates to a four-cycle spark-ignition engine, and more particularly, to an operation mode and spark ignition for performing premixed compression auto-ignition combustion (HCCI), which is referred to as “compression auto-ignition” in this specification. The present invention relates to a four-cycle spark ignition engine having an operation mode to be performed.
一般に、内部ＥＧＲガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるにあたり、広い運転領域で必要なＥＧＲ率を確保する技術が知られている（例えば特許文献１）。この先行技術に係る構成では、吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部ＥＧＲを実現するようにしている。
上記のように吸気行程の中で排気バルブを開いて内部ＥＧＲを得る手法は、燃費改善のための圧縮自己着火に利用することができる。すなわち、火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）においても、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、高圧にすることで混合気を自己着火させることができ、この圧縮自己着火によると、燃焼室全体が一気に燃焼するため、燃焼効率が高められて燃費が大幅に改善され、かつ、ＮＯｘの発生が抑制され、エミッションの改善にも有利となる。そして、上記のように吸気行程の中で排気バルブを開くようにすると多量の内部ＥＧＲを得ることができ、これにより筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせることができる。 The technique for obtaining the internal EGR by opening the exhaust valve in the intake stroke as described above can be used for compression self-ignition for improving fuel efficiency. That is, even in a spark ignition engine (gasoline engine), the air-fuel mixture can be self-ignited by setting the combustion chamber at a high temperature and high pressure at the end of the compression stroke, as in the case of a diesel engine. Since the entire chamber burns at once, the combustion efficiency is increased, the fuel consumption is greatly improved, the generation of NOx is suppressed, and the emission is advantageously improved. When the exhaust valve is opened during the intake stroke as described above, a large amount of internal EGR can be obtained, and thereby the in-cylinder temperature can be increased and compression self-ignition can be performed.
なお、圧縮自己着火を行わせるための手法としては、このほかに、吸気を加熱する手段を設けることなども考えられている。 In addition to this, as a technique for performing the compression self-ignition, it is considered to provide a means for heating the intake air.
ところで、上記のように内部ＥＧＲや吸気加熱等で圧縮自己着火を行わせる場合、高負荷域ではノッキングが生じやすくなるとともに、多量の内部ＥＧＲ等によってトルクが高められなくなることから、所定の部分負荷域で圧縮自己着火運転を行い、高負荷域では圧縮自己着火を停止して、火花点火による燃焼を行わせるようにする必要がある。 By the way, when compression self-ignition is performed by internal EGR or intake air heating as described above, knocking is likely to occur in a high load region, and torque cannot be increased by a large amount of internal EGR. It is necessary to perform the compression self-ignition operation in the region and stop the compression self-ignition in the high load region so that the combustion by the spark ignition is performed.
このようにする場合に、火花点火が行われていた高負荷域から部分負荷域へ移行して圧縮自己着火運転に切換った直後は、それまで高負荷運転であったが故に燃焼室温度が高くなっている上に、さらに高温の内部ＥＧＲ等によって筒内温度が過度に高められることにより、一時的にノッキングが生じ易くなるという問題がある。 In this case, immediately after switching from the high load region where spark ignition was performed to the partial load region and switching to compression self-ignition operation, the combustion chamber temperature was In addition to being high, there is a problem that knocking is likely to occur temporarily because the in-cylinder temperature is excessively increased by a hot internal EGR or the like.
本発明は上記の事情に鑑み、火花点火が行われていた高負荷域から部分負荷域へ移行して圧縮自己着火運転に切換った直後に、ノッキングの発生を抑制し、エンジンの燃焼状態を良好に保つことができる４サイクル火花点火式エンジンを提供するものである。 In view of the above circumstances, the present invention suppresses the occurrence of knocking immediately after switching from the high load region where the spark ignition has been performed to the partial load region and switching to the compression self-ignition operation, thereby reducing the combustion state of the engine. A four-cycle spark ignition engine that can be kept in good condition is provided.
上記課題を解決するため、本発明は、エンジンの部分負荷域では燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火運転モードに燃焼状態を制御し、エンジンの高負荷域では、圧縮自己着火を停止させて、燃焼室内の混合気を火花点火により燃焼させる通常運転モードに燃焼状態を制御するようにした火花点火式エンジンにおいて、上記圧縮自己着火運転モードでは、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、あるいは吸気弁を吸気行程での開弁動作のほかに排気行程で開弁させることにより、内部ＥＧＲで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにする燃焼制御手段と、エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、上記運転状態判定手段による判定に基づき、エンジンの運転状態が少なくとも上記圧縮自己着火運転モードの運転領域と上記通常運転モードの運転領域との境界付近にあるときはいずれの運転モードでも吸気行程で燃料を噴射するとともに、上記高負荷域から上記部分負荷域への運転状態の変化による上記通常運転モードから上記圧縮自己着火運転モードへの移行直後の一時的な期間において、噴射燃料の少なくとも一部を圧縮行程後半に噴射するように、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えたものである。 In order to solve the above problems, the present invention controls the combustion state in a compression self-ignition operation mode in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is combusted by compression self-ignition in the partial load region of the engine. In a spark ignition engine in which the combustion state is controlled to a normal operation mode in which ignition is stopped and the air-fuel mixture in the combustion chamber is combusted by spark ignition, in the compression self-ignition operation mode, the exhaust valve is operated in the exhaust stroke. In addition to the valve opening operation, it opens in the intake stroke, or the intake valve opens in the exhaust stroke in addition to the valve opening operation in the intake stroke, thereby increasing the in-cylinder temperature by internal EGR and performing compression self-ignition a combustion control means for so to a fuel injection valve for injecting fuel directly into a combustion chamber of the engine, and determines the operating condition determining means for operating condition of the engine, the operating condition determining hands Based on the determination by, along with the operating state of the engine to inject fuel in the intake stroke in either operating mode when in the vicinity of the boundary between at least the compression operation region and the operating region of the normal operation mode-ignition operation mode, At least a part of the injected fuel is injected in the latter half of the compression stroke in a temporary period immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode due to a change in the operation state from the high load region to the partial load region. Thus, the fuel injection control means for controlling the fuel injection from the fuel injection valve is provided.
この構成によると、上記通常運転モードから上記圧縮自己着火運転モードへの移行直後に、それまでの高負荷域での通常運転モードによる高温燃焼により燃焼室の温度が高くなっている状態で圧縮自己着火運転モードに切換ることにより筒内温度が過度に高くなる傾向に対し、圧縮行程後半に噴射された燃料の気化潜熱で適度に筒内温度が引き下げられ、ノッキングが抑制されることとなる。 According to this configuration, immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode, the compression self-compression is performed in a state in which the temperature of the combustion chamber is high due to the high-temperature combustion in the normal operation mode in the high load range until then. In contrast to the tendency that the in-cylinder temperature becomes excessively high by switching to the ignition operation mode, the in-cylinder temperature is appropriately lowered by the latent heat of vaporization of the fuel injected in the latter half of the compression stroke, and knocking is suppressed.
この発明において、上記燃料噴射制御手段は、上記通常運転モードから上記圧縮自己着火運転モードへの移行直後の一時的な期間において、燃料噴射を吸気行程と圧縮行程後半とに分割して行うように制御することが好ましい。このようにすると、吸気行程噴射により燃料の気化、霧化および拡散（混合気の均質化）が図られつつ、圧縮行程後半での噴射により過熱を抑制する作用が得られる。 In the present invention, the fuel injection control means performs fuel injection divided into an intake stroke and a latter half of the compression stroke in a temporary period immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode. It is preferable to control. If it does in this way, the effect | action which suppresses overheating by the injection in the latter half of a compression stroke will be acquired, aiming at the vaporization of the fuel, atomization, and spreading | diffusion (homogenization of air-fuel mixture) by intake stroke injection.
また、上記燃料噴射制御手段は、上記通常運転モードから上記圧縮自己着火運転モードへの移行直後に、噴射燃料の少なくとも一部を圧縮行程後半に噴射する制御を、各気筒に対してそれぞれ１サイクル分だけ行うようにすればよい。 Further, the fuel injection control means performs control for injecting at least a part of the injected fuel in the latter half of the compression stroke immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode for each cylinder. Just do it for minutes.
すなわち、内部ＥＧＲで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにする場合、圧縮自己着火運転モードへの移行直後において、特に１サイクルの期間には、その前の通常運転モードでの燃焼による高温の排気ガスが筒内に導入されて筒内温度が過度に高くなり易いため、各気筒に対してそれぞれ１サイクル分は圧縮行程後半に燃料噴射を行うことで効果的に過熱が抑制される。 That is, when the cylinder temperature is increased by the internal EGR and the compression self-ignition is performed, immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode, particularly in the period of one cycle, the combustion in the previous normal operation mode is performed. Since the high temperature exhaust gas is introduced into the cylinder and the temperature in the cylinder tends to become excessively high, overheating is effectively suppressed by injecting fuel to each cylinder in the latter half of the compression stroke. The
以上のように、本発明の４サイクル火花点火式エンジンによると、通常運転モードから圧縮自己着火運転モードへの移行直後には、圧縮行程後半に燃料が噴射されてその気化潜熱で筒内温度が引き下げられることにより、筒内温度が過度に高くなる傾向が是正されてノッキングが抑制され、燃焼状態を良好に保つことができる。 As described above, according to the four-cycle spark ignition type engine of the present invention, immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode, the fuel is injected in the latter half of the compression stroke, and the in-cylinder temperature is caused by the latent heat of vaporization. By being pulled down, the tendency for the in-cylinder temperature to become excessively high is corrected, knocking is suppressed, and the combustion state can be kept good.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の実施の一形態に係る４サイクル火花点火式エンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン本体２０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示す断面略図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a four-cycle spark
これらの図において、図示の４サイクル火花点火式エンジン１０のエンジン本体２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。
In these drawings, the
シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ２７が設けられている。
The
各燃焼室２６の側部には、当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。また、各燃焼室２６の頂部には、点火プラグ２９が装備され、そのプラグ先端が燃焼室２６内に臨んでいる。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。
A
エンジン本体２０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。
The
吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気管３１と、この吸気管３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２を備え、このインテークマニホールド３２はサージタンクから分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される分岐吸気管３３を備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気ポート２４ａが形成されており（図１参照）、前記分岐吸気管３３の下流端は、各気筒２４の吸気ポート２４ａに対応して二股に形成されている。
The
吸気システム３０の吸気管３１には、エアフローセンサ３４が設けられている。さらに吸気管３１には、吸気流量を調節するスロットル弁３５が設けられている。このスロットル弁３５は、アクチュエータ３６によって開閉駆動されるように構成されている。また、スロットル弁３５の下流の吸気管３１には、吸気管圧力を検出する圧力センサ３７が設けられている。
An
各気筒２４に設けられた各吸気ポート２４ａには吸気弁４０が設けられ、図示の実施形態では吸気ポートに対応して各気筒毎に２つずつの吸気弁４０が設けられている。各吸気弁４０は、動弁機構４１によって駆動される構成になっている。この動弁機構４１は、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段を有し、当実施形態では、吸気弁駆動手段として、吸気弁４０の開弁タイミング（位相角度）を変更可能なＶＣＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃａｍｓｈａｆｔ Ｔｉｍｉｎｇ機構）４２と、吸気弁４０のリフト量（開弁量）を無段階で変更可能なＶＶＥ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｅｖｅｎｔ）４３とを備えている。
Each
図３は、図１の実施形態に係る動弁機構４１の具体的な構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration of the
同図に示すように、動弁機構４１は、各気筒２４が並ぶ方向（図１参照）に沿って延びるカムシャフト４１ａを備えており、このカムシャフト４１ａに対してＶＣＴ４２とＶＶＥ４３とが組み込まれている。
As shown in the figure, the
ＶＣＴ４２は、カムシャフト４１ａの端部に固定されるロータ（入力部材）４２ａと、ロータ４２ａの外周に同心に配置されたケーシング（出力部材）４２ｂと、このケーシング４２ｂに固定され、前記カムシャフト４１ａの外周に相対的に回動自在に配置されたスプロケット４２ｃとを有している。スプロケット４２ｃには、クランクシャフト２１（図２参照）から駆動力を伝達するチェーン４２ｄが巻回されている。また、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとの間には、図略の作動油室が形成されており、電磁弁４２ｅの油圧制御によって、ロータ４２ａとケーシング４２ｂは、一体的な回転動作または相対的な回転動作に切換えられるようになっている。これにより、ＶＣＴ４２は、クランクシャフト２１に対するカムシャフト４１ａの位相をずらすことで吸気弁４０の開弁開始時期および閉弁時期を同時に変更することが可能な作動時期可変機構を構成している。後述するように、電磁弁４２ｅは、ＥＣＵ１００によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとが連結と非連結とに切換わるようになっている。
The VCT 42 includes a rotor (input member) 42a fixed to the end of the
次に、ＶＶＥ４３は、吸気弁４０に対応して各気筒毎に一対ずつの吸気カム４３ａ、４３ｂを備えている。これらの吸気カム４３ａ，４３ｂは、その間に設けられたスリーブ状の連結部４３ｃによって互いに連結され、カムシャフト４１ａに対しては相対回転自在に取り付けられている。
Next, the
図４は、図３のＶＶＥの要部を示す断面図であり、（Ａ）は大リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、（Ｃ）は小リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。 4A and 4B are cross-sectional views showing the main part of the VVE in FIG. 3, where FIG. 4A shows the lift amount being 0 in the large lift control state, and FIG. 4B is the maximum lift amount in the large lift control state. (C) shows the time when the lift amount is 0 in the small lift control state, and (D) shows the time when the lift amount is maximum in the small lift control state.
図３並びに図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、カムシャフト４１ａに対して相対回転自在に取り付けられた吸気カム４３ａ，４３ｂを揺動させるために、カムシャフト４１ａには、気筒２４毎に設けられた偏心カム４３ｄが固定されている。この偏心カム４３ｄは、図４（Ａ）〜（Ｄ）から明らかなように、カムシャフト４１ａに対して偏心している。偏心カム４３ｄの外周には、オフセットリンク４３ｅが回動自在に取り付けられている。オフセットリンク４３ｅの外周部には、径方向に突出する突部４３ｆが一体に設けられている。この突部４３ｆには、カムシャフト４１ａと平行な連結ピン４３ｇが貫通しており、この連結ピン４３ｇによって、オフセットリンク４３ｅの両側面には、それぞれリンクアーム４３ｈ、４３ｉの一端部が回動自在に取り付けられている。一方のリンクアーム４３ｈは、オフセットリンク４３ｅと前記吸気カム４３ｂとを連結するものであり、その他端部が、カムシャフト４１ａと平行なピン４３ｊによって吸気カム４３ｂの膨出部近傍部分に回動自在に連結されている。また、他方のリンクアーム４３ｉは、オフセットリンク４３ｅの位相を変更するコントロールシャフト４３ｋにオフセットリンク４３ｅを連結するためのものであり、このコントロールシャフト４３ｋに固定されたコントロールアーム４３ｍの端部に対し、リングアーム４３ｉの他端部がカムシャフト４１ａと平行なピン４３ｎで回動自在に連結されている。
As shown in FIG. 3 and FIGS. 4A to 4D, in order to swing
図３に示すように、コントロールシャフト４３ｋの途中部には、扇形のウォームホイール４３ｐが固定されており、このウォームホイール４３ｐに噛合するウォームギヤ４３ｑが、ステッピングモータ４３ｒによって回転駆動されるようになっている。後述するように、ステッピングモータ４３ｒは、ＥＣＵ１００によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、コントロールアーム４３ｍの位相が決定され、それによってオフセットリンク４３ｅの位相が決定されるので、タペット６１を駆動する吸気カム４３ｂの回動軌跡が当該吸気弁４０の軸方向において変化し、バルブリフト量が無段階で変更されるようになっている。
As shown in FIG. 3, a fan-shaped
図４（Ｂ）に示すように、タペット６１は、吸気弁４０のバルブステム４０ａの端部に固定されている。他方、吸気弁４０のバルブステム４０ａは、周知のバルブガイド４０ｂにガイドされている。このバルブガイド４０ｂの外周には、スプリングシート部４０ｃが一体に形成されており、このスプリングシート部４０ｃには、当該タペット６１の内奥部に形成されたスプリングシート部６１ａとの間に縮設されるバルブスプリング４０ｄが着座している。
As shown in FIG. 4B, the
前記吸気カム４３ｂは、このタペット６１に接合し、バルブスプリング４０ｄの付勢力を受けている。
The
この状態において、ステッピングモータ４３ｒによりコントロールシャフト４３ｋおよびコントロールアーム４３ｍを回動させて、図４（Ａ）（Ｂ）に示すようにピン４３ｎをコントロールシャフト４３ｋの下方に位置付けると、吸気カム４３ｂの揺動角が大きくなり、リフトピークにおけるバルブのリフト量が最も大きな大リフト制御状態になる。また、そこからコントロールアーム４３ｍなどの回動によってピン４３ｎを上方へ移動させると、これに応じて吸気カム４３ｂの揺動角は小さくなり、図４（Ｃ）（Ｄ）に示すようにピン４３ｎをカムシャフト４１ａの上方に位置付けると、バルブのリフト量が最も小さな小リフト制御状態になる。
In this state, when the
図４（Ａ）（Ｂ）に示す大リフト制御状態において、吸気カム４３ｂは、同図（Ｂ）に示すようにカムノーズの先端側でタペット６１を押圧し、該タペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせたリフトピークの状態（吸気カム４３ｂがタペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせた状態）と、同図（Ａ）に示すように吸気弁４０（吸気弁４０）のリフト量が０になる状態との間で揺動する。小リフト制御状態である図４（Ｃ）（Ｄ）の場合も同様にリフトピークの状態（カムノーズの基端側でタペット６１を押圧）とリフト量０の状態との間で揺動する（同図（Ｄ）および（Ｃ）参照）。
In the large lift control state shown in FIGS. 4A and 4B, the
図５は、図４（Ｂ）（Ｄ）の制御状態を模式的に表わすものであり、（Ａ）は大リフト制御位置、（Ｂ）は小リフト制御位置に対応している。なお図５（Ａ）（Ｂ）では、コントロールアーム４３ｍおよびリンクアーム４３ｈ，４３ｉについては簡略に直線で表しており、また、偏心カム４３ｄの中心（オフセットリンク４３ｅの外輪の中心）の回転軌跡を符号Ｔ０として示している。
FIG. 5 schematically shows the control states of FIGS. 4B and 4D, where FIG. 5A corresponds to the large lift control position, and FIG. 5B corresponds to the small lift control position. 5A and 5B, the
まず、図５（Ａ）を参照して吸気カム４３ｂ自体のプロファイルを説明すると、この吸気カム４３ｂの周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面（ベースサークル区間）θ１と、該θ１に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面（リフト区間）θ２とが形成されている。
First, the profile of the
図５（Ａ）に実線で示すのは吸気弁４０がリフトピーク近傍にある図４（Ｂ）の状態であり、このときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが最も上方に引き上げられ、吸気カム４３ｂは、カム面θ２のカムノーズ先端側がタペット６１に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはバルブリフト量Ｈが０の状態（図４（Ａ））であり、このときには吸気カム４３ｂの基円面θ１がタペット６１に接していて、吸気弁４０が閉じた状態になっている。
The solid line in FIG. 5A shows the state of FIG. 4B where the
そして、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク４３ｅの一端側（図の下端側）は、図に矢印で示すようにカムシャフト４１ａの軸心Ｘ周りを公転することになるが、このオフセットリンク４３ｅの他端部の変位はそこに連結されたリンクアーム４３ｉによって規制される。すなわち、リンクアーム４３ｉは、コントロールシャフト４３ｋの下方に位置付けられたピン４３ｎを中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク４３ｅの他端側（連結ピン４３ｇ）は、偏心カム４３ｄが１回転する度に、ピン４３ｎを中心として往復円弧運動をすることになる（この連結ピン４３ｇの運動軌跡をＴ１として示す）。
When the
前記連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ１に伴い、この同じ連結ピン４３ｇによって一端部がオフセットリンク４３ｅに連結されているリンクアーム４３ｈの他端部（ピン４３ｊ）は、図にＴ２として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン４３ｊによってリンクアーム４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン４３ｇが上方に移動するときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが上方に引き上げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズがタペット６１を押し下げ、これによりバルブスプリング４０ｄ（図４（Ｂ）参照）を圧縮しながら、吸気弁４０をリフトさせる。
With the reciprocating arc motion T1 of the connecting pin 43g, the other end portion (pin 43j) of the
一方、連結ピン４３ｇが下方に移動するときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが下方に押し下げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズが上昇することになるので、前記の圧縮されたバルブスプリング４０ｄの反力によってタペット６１が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、吸気弁４０が引き上げられて、吸気通路２４ａの吸気ポートが閉じられる。
On the other hand, when the connecting pin 43g moves downward, the pin 43j is pushed downward by the
つまり、大リフト制御状態では、吸気カム４３ｂがその周面の基円面θ１およびカム面θ２の略全体によってタペット６１を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応してバルブのリフト量が大きくなるものである。
That is, in the large lift control state, the
また、前記の大リフト制御状態から、コントロールアーム４３ｍをコントロールシャフト４３ｋの軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させて、図４（Ｄ）や図５（Ｂ）に示すように、リンクアーム４３ｉの回動軸であるピン４３ｎを大リフト制御状態よりもカムシャフト４１ａの回転方向の手前側に位置付けると、小リフト制御状態になる。この図５（Ｂ）においても図５（Ａ）と同様に吸気弁４０がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、リフト量Ｈが０の状態を仮想線で示している。
Further, from the above-mentioned large lift control state, the
図５（Ｂ）において、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が回転すると、前記大リフト制御状態と同様にオフセットリンク４３ｅの連結ピン４３ｇはリンクアーム４３ｉによって変位が規制され、コントロールシャフト４３ｋの側方に位置するピン４３ｎを中心として、往復円弧運動Ｔ３をする（リンクアーム４３ｉは図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する）。そして、その連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ３に伴ってリンクアーム４３ｈのピン４３ｊが往復円弧運動Ｔ４をし、そのピン４３ｊによってリンクアーム４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁４０を開閉するようになる。
In FIG. 5B, when the
つまり、小リフト制御状態では、前記大リフト制御状態と比べて吸気カム４３ｂの揺動角が小さくなり、この吸気カム４３ｂが、その周面の基円面θ１およびこれに連続するカム面θ２の一部分のみによってタペット６１を押圧するようになって、バルブのリフト量が小さくなるものである。
That is, in the small lift control state, the swing angle of the
なお、当実施形態では、図２に示すように、４気筒のエンジンに対してＶＶＥ４３を２組設け、各ＶＶＥ４３が２気筒ずつ個別に、排気弁のリフト量の調節を行い得るようになっている。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, two sets of VVE 43 are provided for a four-cylinder engine, and each VVE 43 can individually adjust the lift amount of the exhaust valve by two cylinders. Yes.
上述したＶＣＴ４２、ＶＶＥ４３により、吸気弁４０は、その開閉タイミング並びにバルブリフト量Ｈを変更可能に構成されている。
By the
次に、排気システム５０は、図１、図２に示すように、各気筒２４に２つ一組で形成された排気ポート２４ｂに接続された二股状の分岐排気管５１を下流排出側で集合させたエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２の下流側集合部に接続されて、エキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気管５３とを有している。
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the
上記各排気ポート２４ｂには排気弁６０が設けられている。この排気弁６０も、一つの気筒２４に対し、２つ一組で装備されている。各排気弁６０は、動弁機構６２によって駆動されるようになっている。この動弁機構６２は、排気弁６０を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作を可能にするように構成されるとともに、この再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段として、ロストモーション機能を有する弁動作切換機構７０を備えている。
Each
すなわち、上記動弁機構６２は、伝動機構６４と、伝動機構６４を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト６２ａとを備え、一方の排気弁６０に対し、異なる位相で排気弁６０を駆動する二組の排気カム６２ｂ、６２ｃがカムシャフト６２ａに設けられるとともに、これらの排気カム６２ｂ、６２ｃと一方の排気弁６０との間に弁動作切換機構７０が設けられている。そして、この弁動作切換機構７０により、排気カム６２ｂ、６２ｃの両方の駆動を排気弁６０に伝える状態と一方の排気カム６２ｂの駆動のみを排気弁６０に伝える状態とに切換可能となっている。二組の排気カム６２ｂ、６２ｃのうちの一方は、排気行程において気筒２４内の既燃ガスを排出するために排気弁６０を開く第１排気カム６２ｂであり、他方は、後述する吸気行程で排気弁６０を再度開いて、筒内に排気ガスを還流させる第２排気カム６２ｃである。当実施形態では、第１排気カム６２ｂは２つ一組の対をなしており、第２排気カム６２ｃはカムシャフト６２ａの軸方向において第１排気カム６２ｂ、６２ｂ間に配置されている（図７参照）。なお、他方の排気弁６０は、カムシャフト６２ａに設けられた１つの排気カムで直動式のタペットを介して駆動され、常に排気行程でのみ開かれるようになっている。
That is, the valve mechanism 62 includes a
上記弁動作切換機構７０の具体的構造を、図６〜図８によって説明する。
A specific structure of the valve
図６は弁動作切換機構７０の分解斜視図、図７は弁動作切換機構７０の正面断面図、図９は弁動作切換機構７０の平面断面図である。
6 is an exploded perspective view of the valve
これらの図を参照して、弁動作切換機構７０は、第２排気カム６２ｃが排気弁６０のステム６０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。
Referring to these drawings, the valve
すなわち、この弁動作切換機構７０は、矩形のハウジング７１と、ハウジング７１内に昇降可能に収容され、前記排気弁６０のステム６０ａの端部に固定されるサイドタペット７２と、サイドタペット７２に対し、当該サイドタペット７２と相対変位可能に組み付けられ、センタタペット７３とを有している。そして、上記サイドタペット７２に第１排気カム６２ｂが当接し、センタタペット７３に第２排気カム６２ｃが当接している。
That is, the valve
サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト６２ａと直交する直径方向に収容凹部７２ａを形成している。収容凹部７２ａの両側の壁部７２ｂには、前記カムシャフト６２ａと平行な挿通孔７２ｃが形成されている。各挿通孔７２ｃには、有底のスリーブ状ホルダ７５ａ、７５ｂが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側には軸受７６が固定され、その軸受７６に保持された転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａに転がり接触している。これにより、サイドタペット７２は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向（排気弁６０を開閉する方向）沿いに移動可能になっている。サイドタペット７２の下部には、バルブスプリング６０ｄを受けるスプリングシート７２ｄが固定されている。
The
他方、センタタペット７３は、平面でみて前記サイドタペット７２の収容凹部７２ａの輪郭に沿う「Ｉ」字形の構造体であり、前記収容凹部７２ａと、ハウジング７１に設けられた係止部に規定されたストロークＳにおいて、サイドタペット７２に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記排気カム６２ｃに臨んでいる。
On the other hand, the
センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａの底部に配置された一対のコイルばね７７によって、常時、排気カム６２ｃの方へ付勢されている。このコイルばね７７は、バルブスプリング６０ｄよりも付勢力が充分小さくなるよう、ばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット７２の壁部７２ｂの上面と、センタタペット７３の上面とは、図７に示すように面一になっている。センタタペット７３には、上記自由状態において前記挿通孔７２ｃと同心に連通するピン孔７３ａが穿設されている。このピン孔７３ａには、ピンユニット７８が収容されている。
The
ピンユニット７８は、一方のスリーブ状ホルダ７５ａの内に出没可能に設けられたロックプランジャ７８ａと、このロックプランジャ７８ａとスリーブ状ホルダ７５ａの間に介装されるコイルばね７８ｂと、ロックプランジャ７８ａのコイルばね７８ｂと反対側に同心に配置されたロックピン７８ｃと、ロックピン７８ｃを前記ロックプランジャ７８ａ側に駆動するために他方のスリーブ状ホルダ７５ｂ内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ７８ｄと、ロックピン７８ｃを支持するためにピン孔７３ａの両開口端に固定される一対のブッシュ７８ｅ、７８ｆと、ロックピン７８ｃの略中央部に一体形成されたフランジ７８ｇと軸受７６の配置されている側のブッシュ７８ｅとの間に介装されて、フランジ７８ｇを介し、ロックピン７８ｃをロック解除プランジャ７８ｄ側へ付勢するコイルばね７８ｈとを有している。自由状態において、ロックプランジャ７８ａおよびロックピン７８ｃは、それぞれ壁部７２ｂと、センタタペット７３との間に介在し、センタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になる。この状態では、サイドタペット７２が第１排気カム６２ｂに駆動されたときに排気弁６０を開作動するとともに、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されたときもサイドタペット７２を介して排気弁６０を開作動することになる。
The
また、軸受７６が設けられた側とは反対側において、壁部７２ｂとこれに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、作動油路ＰＨが形成されている。そして、後述するＥＣＵ１００の制御によって、この作動油路ＰＨに作動油回路７９から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが、図７、図８の左側に駆動されて、ロックピン７８ｃを壁部７２ｂからセンタタペット７３へ押込み、これと同時にロックプランジャ７８ａも対応する壁部７２ｂ内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されると、センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降し、その力は、コイルばね７７に吸収されて排気弁６０には伝達されなくなる。これにより、サイドタペット７２が第１排気カム６２ｂに駆動されたときにのみ排気弁６０が開作動して、第２カム６２ｃによる排気弁６０の開作動（吸気行程での排気弁の再開弁動作）を停止させることが可能になる。作動油回路７９には、電磁弁７９ａが設けられており、この電磁弁７９ａは、制御装置としてのＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。
Further, on the side opposite to the side on which the
なお、当実施形態では、図２に示すように、作動油路７９及び電磁弁７９ａを２組設けることにより、２気筒ずつ個別に弁動作切換機構７０を作動させることができるようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, by providing two sets of
また、４サイクル火花点火式エンジン１０には、ＥＣＵ１００が設けられている。
The four-cycle
図１に示すように、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。
As shown in FIG. 1, the
ＥＣＵ１００のメモリ１０２には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図２に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷等の運転状態を判定する運転状態判定手段１１０と、判定された運転状態に応じてエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段１２０と、判定された運転状態に応じてスロットル弁３５を制御するスロットル弁制御手段１３０と、燃料噴射弁２８からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段１４０とを機能的に有している。
The memory 102 of the
上記燃焼制御手段１２０は、吸気システム３０の動弁機構４１に設けられたＶＣＴ４２の電磁弁４２ｅを制御するＶＣＴ制御手段１２１と、吸気システム３０に設けられたＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを制御するＶＶＥ制御手段１２２と、電磁弁７９ａを駆動制御することにより、排気弁６０に対して設けられた弁動作切換機構７０を切換制御する排気弁制御手段１２３と、点火プラグ２９による点火を制御する点火制御手段１２４とを含んでいる。
The combustion control means 120 includes a VCT control means 121 that controls the
ＥＣＵ１００には、入力要素として、クランク角センサ２７、エアフローセンサ３４、圧力センサ３７、アクセル開度センサ６６等の各種検出手段が接続されている。他方、制御要素として、スロットル弁３５のアクチュエータ３６、動弁機構４１のＶＣＴ４２に設けられた電磁弁４２ｅ、各弁動作切換機構７０を駆動する作動油回路７９の電磁弁７９ａ、吸気システム３０に設けたＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒ、点火プラグ２９による点火をコントロールする点火回路２９ａ、燃料噴射弁２８等が接続されている。
Various detection means such as a
次に、ＥＣＵ１００に記憶されている制御特性について、図９〜図１１を参照しながら説明する。
Next, the control characteristics stored in the
図９は、上記ＥＣＵ１００の燃焼制御手段１２０による運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of operation region setting for performing control according to the operation state by the combustion control means 120 of the
同図に示すように、ＥＣＵ１００に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火を行う圧縮自己着火運転モード(図中にＨＣＣＩと表記)の領域Ａと、火花点火運転を行う通常運転モード（図中にＳＩと表記）の領域Ｂとが設定されている。圧縮自己着火運転モードの領域Ａは、エンジン回転数ｎｅが比較的低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の領域となっている。また、通常運転モードの領域Ｂは、圧縮自己着火運転モードの領域Ａ以外の領域、つまり高回転側および高負荷側の領域である。
As shown in the figure, the operation region set in the
ＥＣＵ１００の運転状態判定手段１１０は、クランク角センサ２７やアクセル開度センサ６６等から、エンジンの運転状態を検出し、運転状態が上記領域Ａ，Ｂの何れにあるかを判定する。
The operating state determining means 110 of the
図１０（Ａ）（Ｂ）は、運転状態に応じた吸気弁４０および排気弁６０の開弁動作の特性を示す図である。この運転状態に応じた開弁動作の特性を説明する。
10A and 10B are diagrams showing the characteristics of the opening operation of the
領域Ａでは、圧縮自己着火運転モードの制御として、図１０（Ａ）に示すように排気弁６０の開弁動作ＥＸ１、吸気弁４０の開弁動作ＩＮａおよび排気弁６０の再開弁動作ＥＸ２が設定される。つまり、排気弁６０が排気行程で開かれ（ＥＸ１）、次いで、吸気上死点付近で排気弁６０が閉じられるとともに吸気弁４０が開かれ（ＩＮａ）、さらに吸気行程の途中で排気弁６０が再開弁動作を行い（ＥＸ２）、かつ、吸気弁４０が下死点より前で閉弁するように設定される。そして、このような設定に従って吸気弁４０および排気弁６０が開閉作動するように、ＶＣＴ制御手段１２１、ＶＶＥ制御手段１２２および排気弁制御手段１２３による制御が行われる。
In the region A, as shown in FIG. 10A, the opening operation EX1 of the
なお、領域Ａ内で運転状態が変ると、それに応じ、吸気弁４０の閉弁時期が、下死点より前の期間で変化するように調整される。すなわち、ＶＣＴ制御手段１２１およびＶＶＥ制御手段１２２が閉弁時期調整手段として機能し、領域Ａ内でエンジン負荷が高くなるに伴い、吸気弁４０の閉弁時期が下死点に近づいて吸気弁開弁期間が長くなり、かつ、吸気弁リフト量も大きくなるように調整される。
Note that when the operating state changes in the region A, the valve closing timing of the
一方、領域Ｂでは、通常運転モードの制御として、図１０（Ｂ）に示すように、排気弁６０は排気行程における開弁動作ＥＸ１のみを行って、吸気行程での再開弁動作ＥＸ２を停止し、吸気弁４０は、領域Ａでの開弁特性と比べて吸気弁閉時期が遅角（好ましくは下死点後まで遅角）され、開弁期間および開弁リフト量が大きくなるように開弁特性（ＩＮｂ）が設定される。そして、このような設定に従って吸気弁４０および排気弁６０が開閉作動するように、ＶＣＴ制御手段１２１、ＶＶＥ制御手段１２２および排気弁制御手段１２３による制御が行われるとともに、点火制御手段１２４による制御で火花点火が行われる。
On the other hand, in the region B, as shown in FIG. 10B, as the normal operation mode control, the
図１１は、４気筒４サイクルエンジンの各気筒の行程と、火花点火運転から圧縮自己着火運転への移行時の着火状態の変化とを示している。なお、この図において、ＦおよびＦ１，Ｆ２は燃料噴射、Ｃは自己着火、Ｓは火花点火をそれぞれ示している。 FIG. 11 shows the stroke of each cylinder of the four-cylinder four-cycle engine and the change in the ignition state during the transition from the spark ignition operation to the compression self-ignition operation. In this figure, F and F1, F2 indicate fuel injection, C indicates self-ignition, and S indicates spark ignition.
この図のように、各気筒では１サイクル（エンジン２回転）の間に吸入、圧縮、膨張、排気の４行程が順次行われる。そして、４気筒４サイクルエンジンでは一般に、気筒列方向一端側から順に第１〜第４気筒（＃１〜＃４）とすると、第２気筒（＃２）、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）の順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって上記各行程が行われる。 As shown in this figure, in each cylinder, four strokes of suction, compression, expansion, and exhaust are sequentially performed during one cycle (two engine revolutions). In general, in a four-cylinder four-cycle engine, if the first to fourth cylinders (# 1 to # 4) are sequentially arranged from one end side in the cylinder row direction, the second cylinder (# 2), the first cylinder (# 1), the first cylinder Each of the above strokes is performed with a phase difference of 180 ° in crank angle in the order of the third cylinder (# 3) and the fourth cylinder (# 4).
また、当実施形態では第１、第２気筒（＃１，＃２）を第１グループ、第３、第４気筒（＃３，＃４）を第２グループとして、各グループ毎に２気筒ずつ、吸気弁４０および排気弁６０の開弁特性が制御される。
In this embodiment, the first and second cylinders (# 1, # 2) are the first group, and the third and fourth cylinders (# 3, # 4) are the second group, and two cylinders for each group. The valve opening characteristics of the
このようにした場合に、運転状態判定手段により火花点火運転の領域（図９中の領域Ｂ）から圧縮自己着火運転の領域（図９中の領域Ａ）への移行が判定されたとき、吸気行程中に吸気弁および排気弁の特性を切換えることができないため、移行判定時点ｔ０後に、各グループ毎に、２気筒のうちで吸気行程が遅い方の気筒の吸気行程直後に、電磁弁７９ａが制御されることにより再開弁動作が行われる状態に排気弁開弁特性が切換えられる。この排気弁開弁特性切換のタイミングは、図１１中に一点鎖線の楕円で囲って示すように、第１グループでは第１気筒の圧縮行程（第２気筒の膨張行程）、第２グループでは第４気筒の圧縮行程（第３気筒の膨張行程）となる。また、この排気弁開弁特性の切換えとともに、吸気弁開弁特性も図１０（Ｂ）に示す特性（ＩＮｂ）から図１０（Ａ）に示す小リフト特性（ＩＮａ）に切換えられる。このように排気弁および吸気弁の開弁特性が切換えられた後は、圧縮自己着火が行われる。
In this case, when the operation state determination means determines that the transition from the spark ignition operation region (region B in FIG. 9) to the compression self-ignition operation region (region A in FIG. 9) is made, it is not possible to switch the characteristics of the intake and exhaust valves in the stroke, after the transition determination time t 0, for each group, just after the intake stroke of the slower cylinder intake stroke among the two cylinders,
また、上記燃料噴射制御手段１４０による燃料噴射の制御として、少なくとも通常運転モードの運転領域と圧縮自己着火運転モードの運転領域との境界付近にあるときは、いずれのモードでも燃料噴射Ｆが吸気行程で行われるように制御されるが、通常運転モードから圧縮自己着火運転モードへの移行直後は、噴射燃料の少なくとも一部が圧縮行程後半に噴射されるように制御される。すなわち、各気筒において排気弁および吸気弁の開弁特性が切換えられた後において初めての吸気行程からの少なくとも１サイクル分は、圧縮行程後半に燃料噴射が行われ、当実施形態では、吸気行程と圧縮行程後半とに分割噴射Ｆ１，Ｆ２が行われるようになっている。 Further, as a control of the fuel injection by the fuel injection control means 140, at least near the boundary between the operation region in the normal operation mode and the operation region in the compression self-ignition operation mode, the fuel injection F is in the intake stroke in any mode. However, immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode, at least a part of the injected fuel is controlled to be injected in the latter half of the compression stroke. That is, fuel injection is performed in the latter half of the compression stroke for at least one cycle from the first intake stroke after the opening characteristics of the exhaust valve and the intake valve are switched in each cylinder. The divided injections F1 and F2 are performed in the latter half of the compression stroke.
図１２及び図１３は、ＥＣＵ１００の燃焼制御手段１２０等による制御の一例をフローチャートで示している。このフローチャートを、図９〜図１１も参照しつつ説明する。
FIGS. 12 and 13 are flowcharts showing an example of control by the combustion control means 120 of the
ＥＣＵ１００は、先ずステップＳ１で、運転状態が領域Ａにあるか否かを判定し、その判定がＹＥＳのときは、ステップＳ２で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じて圧縮自己着火運転モード（ＨＣＣＩモード）のマップから求めた吸排気弁の開弁特性（図１０（Ａ）参照）とし、つまり吸気弁は閉時期が下死点より前で小リフトの特性、排気弁は再開弁動作を実行する特性とし、これにより圧縮自己着火運転を行う。
The
ステップＳ１の判定がＮＯの場合、つまり運転状態が高負荷側や高回転側の領域（領域Ｂ）にあるときには、ステップＳ３で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じて通常運転モード（ＳＩモード）のマップから求めた吸排気弁の開弁特性（図１０（Ｂ）参照）および点火時期で、火花点火運転を行う。 If the determination in step S1 is NO, that is, if the operating state is in the high load side or high speed side region (region B), in step S3, all the cylinders are in the normal operation mode (depending on the engine speed and load). The spark ignition operation is performed with the valve opening characteristics (see FIG. 10B) and ignition timing of the intake / exhaust valves obtained from the SI mode map.
ステップＳ３に続いてステップＳ４で、運転状態が領域Ｂから領域Ａへ移行したか否を判定する。移行していなければ、ステップＳ３を繰返し、通常運転モードを持続する。 In step S4 following step S3, it is determined whether or not the operating state has shifted from region B to region A. If not, step S3 is repeated and the normal operation mode is continued.
運転状態が領域Ｂから領域Ａへ移行したときは、ステップＳ５で、先に吸排気弁の開弁特性の切換可能な気筒が第１グループか否かを判別する。つまり、図１１中に示したように上記開弁特性の切換が可能な時期は第１グループと第２グループとで異なり、領域Ｂから領域Ａへの移行の時期によっていずれのグループが先に切換可能になるかが変ってくるので、それをステップＳ５で判別している。 When the operating state shifts from the region B to the region A, in step S5, it is first determined whether or not the cylinder in which the valve opening characteristics of the intake and exhaust valves can be switched is the first group. That is, as shown in FIG. 11, the time when the valve opening characteristics can be switched is different between the first group and the second group, and either group is switched first depending on the transition time from the region B to the region A. Since whether or not it becomes possible changes, it is determined in step S5.
ステップＳ５の判定がＹＥＳの場合（あるいは後記ステップＳ１５の判定がＮＯの場合）は、ステップＳ６で、第１グループにおいて所定タイミング（第１気筒の圧縮行程初期）を過ぎたら排気弁を再開弁特性、吸気弁を小リフト特性とするように切換える。続いてステップＳ７で、第１グループでの開弁特性の切換えが完了したか否かを判定し、完了していれば、ステップＳ８で、第１グループの気筒において、１サイクル分だけ、燃料噴射弁２８からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程の分割噴射とした状態で、圧縮自己着火運転を行わせる。
If the determination in step S5 is YES (or if the determination in step S15 described later is NO), in step S6, the exhaust valve is restarted when the predetermined timing (initial stage of the compression stroke of the first cylinder) has passed in the first group. The intake valve is switched to have a small lift characteristic. Subsequently, in step S7, it is determined whether or not the switching of the valve opening characteristics in the first group is completed. If completed, in step S8, fuel injection is performed for one cycle in the first group of cylinders. The compression self-ignition operation is performed in a state where the fuel injection from the
ステップＳ８に続いてステップＳ９で、全グループでの吸排気弁の開弁特性の切換えが完了したかどうかを判定し、完了していなければ、ステップＳ１０でフラッグＦを「１」にセットする。 In step S9 following step S8, it is determined whether or not the switching of the valve opening characteristics of the intake / exhaust valves in all the groups has been completed. If not, the flag F is set to “1” in step S10.
上記ステップＳ５の判定がＮＯの場合や、上記ステップＳ１０の処理の後は、ステップＳ１１に移る。このステップＳ１１では、第２グループにおいて所定タイミング（第４気筒の圧縮行程初期）を過ぎたら排気弁を再開弁特性、吸気弁を小リフト特性とするように切換える。次にステップＳ１２で、フラッグＦが「１」か否かを判定し、その判定がＹＥＳであれば、ステップＳ１３で、第２グループでの開弁特性の切換えが完了したか否かを判定する。なお、ステップＳ７の判定がＮＯの場合もステップＳ１３の判定に移る。 If the determination in step S5 is NO, or after the process in step S10, the process proceeds to step S11. In step S11, when a predetermined timing (the initial stage of the compression stroke of the fourth cylinder) has passed in the second group, the exhaust valve is switched to the restart valve characteristic and the intake valve is switched to the small lift characteristic. Next, in step S12, it is determined whether or not the flag F is “1”. If the determination is YES, it is determined in step S13 whether or not the switching of the valve opening characteristics in the second group is completed. . Note that the determination in step S13 also proceeds if the determination in step S7 is NO.
第２グループでの開弁特性の切換えが完了していれば、ステップＳ１４で、第２グループの気筒において、１サイクル分だけ、燃料噴射弁２８からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程の分割噴射とした状態で、圧縮自己着火運転を行わせる。
If the switching of the valve opening characteristics in the second group has been completed, in step S14, the fuel injection from the
続いてステップＳ１５で、全グループでの開弁特性の切換えが完了したかどうかを判定する。完了していなければ、上記ステップＳ６に移る。 Subsequently, in step S15, it is determined whether or not the switching of the valve opening characteristics in all groups has been completed. If not completed, the process proceeds to step S6.
上記ステップＳ９又はステップＳ１５で、全グループでの開弁特性の切換えが完了していることを判定したときは、ステップＳ１６でフラッグＦを「０」にするとともに、ステップＳ１７で、燃料噴射弁２８からの燃料噴射を吸気行程の一括噴射とした状態で、圧縮自己着火運転を行わせる。
When it is determined in step S9 or step S15 that the switching of the valve opening characteristics in all the groups has been completed, the flag F is set to “0” in step S16, and the
以上のような当実施形態のエンジンによると、低中回転領域における所定負荷以下の運転領域Ａでは、圧縮自己着火運転モードに燃焼状態が制御される。つまり、図１０（Ａ）に示すように、吸気弁４０が小リフト特性とされるとともに吸気行程の途中で排気弁６０が再開弁動作を行うように制御される。これにより、排気弁再開弁動作中に排気ポートから排気ガスが燃焼室内に導入されて、多量の内部ＥＧＲが得られ、この内部ＥＧＲで筒内温度が高められて、圧縮自己着火による燃焼が行われ、燃焼効率が高められて燃費が大幅に改善される。一方、高負荷側や高回転側の運転領域Ｂでは、圧縮自己着火を行わせようとすると、ノッキングが生じ易くなるとともに、多量の内部ＥＧＲによってトルクが高められなくなるため、図１０（Ｂ）に示すように、排気弁６０の再開弁動作が停止されるとともに吸気弁４０が通常のリフト特性とされて、この状態で混合気を火花点火により燃焼させる通常運転モードに燃焼状態が制御される。
According to the engine of the present embodiment as described above, the combustion state is controlled to the compression self-ignition operation mode in the operation region A that is equal to or lower than the predetermined load in the low and medium rotation region. That is, as shown in FIG. 10A, the
ところで、図９中に矢印で示すように運転状態が領域Ｂから領域Ａに変化することによって通常運転モードから圧縮自己着火運転モードに移行したときの移行直後には、一時的にノッキングが生じ易くなる傾向が本来的にある。 By the way, as indicated by an arrow in FIG. 9, knocking is likely to occur temporarily immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode by changing the operation state from the region B to the region A. There is a natural tendency to become.
すなわち、圧縮自己着火運転モードへの移行直後は、それまで比較的高負荷側の領域Ｂにあったため筒内温度が高く、また、火花点火運転の方が圧縮自己着火運転よりも熱効率が悪くて排気温度が高いので、圧縮自己着火運転モードへの移行直後の最初の排気弁再開弁動作時には、その前の火花点火運転時の高温の排気ガスが内部ＥＧＲとして筒内に導入される。このため、圧縮自己着火運転モードへの移行直後の特に１サイクル目は、筒内温度が高くなりすぎてノッキングが生じ易い。 That is, immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode, the in-cylinder temperature is high because it was in the region B on the relatively high load side, and the spark ignition operation is less efficient than the compression self-ignition operation. Since the exhaust gas temperature is high, at the time of the first exhaust valve restart valve operation immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode, the high-temperature exhaust gas in the previous spark ignition operation is introduced into the cylinder as the internal EGR. For this reason, especially in the first cycle immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode, the in-cylinder temperature becomes too high and knocking is likely to occur.
これに対し、当実施形態では、通常運転モードから圧縮自己着火運転モードへの移行直後に、各気筒に対してそれぞれ１サイクル分は、燃料の一部を圧縮行程後半に噴射しているため、その圧縮行程後半に噴射した燃料の気化潜熱で適度に筒内温度が引き下げられ、ノッキングの発生が抑制されることとなる。そして、当実施形態のように吸気行程と圧縮行程後半とに分割噴射されるようになっていると、吸気行程で噴射された燃料は着火までの間に充分に気化、霧化されるとともに燃焼室全体に均一に拡散されるため、良好に圧縮自己着火による燃焼が行われる。 On the other hand, in this embodiment, immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode, a part of the fuel is injected into each cylinder for one cycle in the latter half of the compression stroke. The in-cylinder temperature is appropriately lowered by the latent heat of vaporization of the fuel injected in the latter half of the compression stroke, and the occurrence of knocking is suppressed. Then, as in this embodiment, when the divided injection is divided into the intake stroke and the latter half of the compression stroke, the fuel injected in the intake stroke is sufficiently vaporized and atomized and burned before ignition. Since it is diffused uniformly throughout the chamber, combustion by compression self-ignition is performed satisfactorily.
なお、本発明のエンジンの具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。 The specific structure of the engine of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously changed.
例えば、上記実施形態では、圧縮自己着火運転モードへの移行直後におけるノッキング防止のための制御として分割噴射を行っているが、圧縮行程後半に一括に燃料を噴射してもよい。 For example, in the above embodiment, split injection is performed as control for preventing knocking immediately after shifting to the compression self-ignition operation mode. However, fuel may be injected all at once in the latter half of the compression stroke.
また、圧縮自己着火運転モードへの移行直後に各気筒に対してそれぞれ１サイクル分だけ分割噴射を行っているが、それまでの運転状態の影響で圧縮自己着火運転モードへの移行後に筒内温度が過度に高くなる傾向が数サイクルに及ぶような場合、上記分割噴射又は圧縮行程後半の一括噴射を数サイクルにわたって行うようにしてもよい。 In addition, split injection is performed for each cylinder for each cycle immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode. However, the in-cylinder temperature after the transition to the compression self-ignition operation mode is affected by the operation state until then. When the tendency of becoming excessively high reaches several cycles, the divided injection or the batch injection in the latter half of the compression stroke may be performed over several cycles.
圧縮自己着火運転時の吸排気弁の制御としては、上記実施形態のように排気弁を吸気行程で再度開弁させるようにする代りに、吸気弁を吸気行程での開弁のほかに排気行程で開弁させるようにしてもよく、このようにすれば、排気行程での吸気弁開弁動作中に燃焼室内の既燃ガスの一部が吸気ポート側に流出し、これが次の吸気行程で燃焼室内に戻されるので、この場合も多量の内部ＥＧＲが得られ、筒内温度が高められることとなる。また、これらの手法では多量の内部ＥＧＲにより圧縮自己着火を可能にしているが、これに代えて、あるいはこれと併用して、吸気加熱手段により吸気加熱することで圧縮自己着火を可能にしてもよい。この場合も、圧縮自己着火運転モードへの移行時はそれまでの運転状態の影響で筒内温度が過度に高くなり易い傾向があるので、圧縮自己着火運転モードへの移行直後の１サイクルないし数サイクルの期間は、上記分割噴射又は圧縮行程後半の一括噴射により筒内温度を適度に引き下げてノッキングを抑制することが望ましい。 As a control of the intake and exhaust valves during the compression self-ignition operation, instead of opening the exhaust valve again in the intake stroke as in the above embodiment, the intake valve is opened in the exhaust stroke in addition to opening in the intake stroke. In this way, a part of the burned gas in the combustion chamber flows out to the intake port side during the intake valve opening operation in the exhaust stroke, and this is the next intake stroke. Since it is returned to the combustion chamber, a large amount of internal EGR is also obtained in this case, and the in-cylinder temperature is increased. Further, in these methods, compression self-ignition is enabled by a large amount of internal EGR, but instead of this, or in combination with this, it is possible to enable compression self-ignition by heating the intake air by the intake air heating means. Good. In this case as well, when shifting to the compression self-ignition operation mode, the in-cylinder temperature tends to become excessively high due to the influence of the previous operation state, so one cycle or several immediately after the transition to the compression self-ignition operation mode. In the cycle period, it is desirable to suppress knocking by appropriately lowering the in-cylinder temperature by the divided injection or batch injection in the latter half of the compression stroke.
１０ 火花点火式エンジン
２４ 気筒
２８ 燃料噴射弁
２９ 点火プラグ
２９ａ 点火回路
４０ 吸気弁
６０ 排気弁
１００ ＥＣＵ
１２０ 燃焼制御手段
１４０ 燃料噴射制御制御手段
DESCRIPTION OF
120 Combustion control means 140 Fuel injection control control means
Claims (3)
上記圧縮自己着火運転モードでは、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で開弁させ、あるいは吸気弁を吸気行程での開弁動作のほかに排気行程で開弁させることにより、内部ＥＧＲで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにする燃焼制御手段と、
エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、
上記運転状態判定手段による判定に基づき、エンジンの運転状態が少なくとも上記圧縮自己着火運転モードの運転領域と上記通常運転モードの運転領域との境界付近にあるときはいずれの運転モードでも吸気行程で燃料を噴射するとともに、上記高負荷域から上記部分負荷域への運転状態の変化による上記通常運転モードから上記圧縮自己着火運転モードへの移行直後の一時的な期間において、噴射燃料の少なくとも一部を圧縮行程後半に噴射するように、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えたことを特徴とする４サイクル火花点火式エンジン。 In the partial load region of the engine, the combustion state is controlled in a compression self-ignition operation mode in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is combusted by compression self-ignition, and in the high engine load region, the compression self-ignition is stopped to In a spark ignition engine in which the combustion state is controlled to a normal operation mode in which the fuel is burned by spark ignition,
In the compression self-ignition operation mode, the exhaust valve is opened during the intake stroke in addition to the valve opening operation during the exhaust stroke, or the intake valve is opened during the exhaust stroke in addition to the valve opening operation during the intake stroke. Combustion control means for increasing the in-cylinder temperature by internal EGR and performing compression self-ignition,
A fuel injection valve that injects fuel directly into the combustion chamber of the engine;
An operating state determining means for determining an operating state of the engine;
Based on the determination by the operation state determination means, when the engine operation state is at least near the boundary between the operation region of the compression self-ignition operation mode and the operation region of the normal operation mode, the fuel in the intake stroke in any operation mode And at least a part of the injected fuel in a temporary period immediately after the transition from the normal operation mode to the compression self-ignition operation mode due to a change in the operation state from the high load region to the partial load region. A four-cycle spark ignition engine comprising fuel injection control means for controlling fuel injection from the fuel injection valve so as to inject in the latter half of the compression stroke.
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