JP6127488B2 - Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine - Google Patents
Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6127488B2 JP6127488B2 JP2012269509A JP2012269509A JP6127488B2 JP 6127488 B2 JP6127488 B2 JP 6127488B2 JP 2012269509 A JP2012269509 A JP 2012269509A JP 2012269509 A JP2012269509 A JP 2012269509A JP 6127488 B2 JP6127488 B2 JP 6127488B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustion
- combustion mode
- residual gas
- valve
- internal combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御に関する。 The present invention relates to control of a direct injection spark ignition internal combustion engine.
直噴火花点火式内燃機関として、燃焼室内全体に均質な混合気を形成する均質燃焼と、点火プラグ周辺に着火可能な空燃比の混合気を形成する成層燃焼とを切り換えて実行するものが知られている。例えば、特許文献１には、冷機始動後に排気浄化触媒を昇温する際には、点火プラグ周りにストイキよりもリッチな混合気が偏在する成層燃焼を実行し、昇温が終了したら均質燃焼に切り換えることが記載されている。また、上記文献では、成層燃焼時には、筒内ガス温度を上昇させて未燃ＨＣ排出量を低減するために、均質燃焼時に比べて筒内の残ガス率を高めている。そして、成層燃焼から均質燃焼への切り換える際に、燃焼が切り換わったことを確認してから残ガス率を低下させている。 As a direct-injection spark-ignition type internal combustion engine, there is known an engine that performs switching between homogeneous combustion that forms a homogeneous mixture in the entire combustion chamber and stratified combustion that forms an air-fuel ratio mixture that can be ignited around the ignition plug. It has been. For example, in Patent Document 1, when the temperature of the exhaust purification catalyst is raised after the start of the cold engine, stratified combustion in which an air-fuel mixture richer than the stoichiometric mixture is unevenly distributed around the spark plug is executed, and when the temperature rise is finished, homogeneous combustion is performed. Switching is described. In the above-mentioned document, in the stratified combustion, in order to raise the in-cylinder gas temperature and reduce the amount of unburned HC, the residual gas ratio in the cylinder is increased as compared with the homogeneous combustion. And when switching from stratified combustion to homogeneous combustion, after confirming that combustion has switched, the residual gas rate is reduced.
ところで、負荷が同じであれば、成層燃焼時の吸気量は均質燃焼時の吸気量に比べて多くなる。したがって、上記文献のように成層燃焼時に均質燃焼時より残ガス率を高め、成層燃焼から均質燃焼への切り換え時に、燃焼が切り換わった後で残ガス率を低下させる構成では、過渡的に残ガス率が過大となり、運転性の悪化を招くことになる。そこで、成層燃焼から均質燃焼へ切り換える際の、運転性の悪化を抑制することを目的とする。 By the way, if the load is the same, the intake air amount during stratified combustion becomes larger than the intake air amount during homogeneous combustion. Therefore, the configuration in which the residual gas rate is increased at the time of stratified combustion as compared to that at the homogeneous combustion and the residual gas rate is reduced after the combustion is switched at the time of switching from stratified combustion to homogeneous combustion as in the above document. The gas rate becomes excessive, leading to deterioration in drivability. Then, it aims at suppressing the deterioration of operativity at the time of switching from stratified combustion to homogeneous combustion.
本発明のある態様によれば、点火栓周りにストイキの混合気を形成し、その外側にストイキよりもリーンな空燃比の混合気を形成して、燃料噴射後であって圧縮上死点後に点火する成層超リタード燃焼モードと、燃焼室全体にストイキの混合気を均質に形成して最適点火時期に点火する均質燃焼モードと、を切り換える直噴火花点火式内燃機関の制御装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a stoichiometric air-fuel mixture is formed around the spark plug, and an air-fuel mixture that is leaner than the stoichiometric air-fuel mixture is formed outside the spark plug. After fuel injection and after compression top dead center Provided is a control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that switches between a stratified super retarded combustion mode that ignites and a homogeneous combustion mode that uniformly forms a stoichiometric mixture in the entire combustion chamber and ignites at an optimal ignition timing .
当該制御装置は、燃焼室内の残ガス率を制御する残ガス率制御手段を備え、成層超リタード燃焼モードから均質燃焼モードへ切り換える際に、残ガス率を低下させてから、燃焼モードを切り換える。 The control device includes a residual gas rate control means for controlling the residual gas rate in the combustion chamber, and switches the combustion mode after reducing the residual gas rate when switching from the stratified super retarded combustion mode to the homogeneous combustion mode.
上記態様によれば、燃焼モードを切り換える前に残ガス率を低下させるので、燃焼を切り換える際に過渡的に残ガス率が増大することがなくなり、その結果、運転性の悪化を抑制できる。 According to the above aspect, since the residual gas rate is reduced before switching the combustion mode, the residual gas rate does not increase transiently when switching combustion, and as a result, deterioration in drivability can be suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の実施形態に係るシステムの概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a system according to an embodiment of the present invention.
内燃機関１００は、燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が燃焼室１０１に臨むように設置された、いわゆる直噴火花点火式内燃機関である。
The
内燃機関１００の吸気通路２１は、吸気流れ上流側から順に、エアクリーナ３、エアフロメータ１７、電子制御スロットルバルブ４、コレクタタンク５、スワールコントロールバルブ６、吸気弁７を備える。吸気弁７は、吸気カムシャフト３０により開閉駆動される。また、吸気カムシャフト３０は吸気弁７の開閉タイミングを変更し得る可変動弁機構３１を備える。なお、可変動弁機構３１は、作動角一定のままクランクシャフト２４と吸気カムシャフト３０の回転位相を変化させる公知の構成である。
The
一方、排気通路２２は、排気流れの上流側から順に、排気弁８、空燃比センサ１８、排気浄化触媒９が設置されている。
On the other hand, in the
また、内燃機関１００は、排気通路２２とコレクタタンク５を連通するＥＧＲ通路１０と、ＥＧＲ通路１０を開閉するＥＧＲ弁１２と、ＥＧＲ通路１０を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラ１１を備える。ＥＧＲ通路１０は、電子制御スロットルバルブ４より下流側の吸気通路２１の圧力と排気通路２２の圧力との差圧を利用して、ＥＧＲガスを排気通路２２から吸気通路２１へ還流させるための通路である。
The
電子制御スロットルバルブ４及びスワールコントロールバルブ６は、いずれも後述するコントロールユニット（ＥＣＵ）１５により開閉制御される。スワールコントロールバルブ６は、筒内にスワール流動を生成するために、運転状態に応じて吸気通路２１の流路断面の一部を塞ぐバタフライ弁である。例えば、内燃機関１００が吸気２弁式であれば、一方の吸気ポートを開閉する。
The electronic
内燃機関１００のシリンダブロック１には、クランクシャフト２４の回転速度を検出するクランク角センサ２０と、冷却水の温度を検出する水温センサ１９が設置されている。
The cylinder block 1 of the
エアフロメータ１７、空燃比センサ１８、水温センサ１９、クランク角センサ２０、触媒温度センサ２３の各検出値はＥＣＵ１５に読み込まれる。ＥＣＵ１５には、この他にもアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６の検出値も読み込まれる。
The detected values of the
ＥＣＵ１５は、これらの検出値に基づいて電子制御スロットルバルブ４の開度、ＥＧＲ弁１２の開度、スワールコントロールバルブ６の開閉、燃料噴射量、点火時期等を制御する。
The
なお、ＥＣＵ１５は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ１５を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
The
上記のような構成において、ＥＣＵ１５は、冷間始動後のように排気浄化触媒９を昇温する必要がある場合に、成層超リタード燃焼モードを実行することで、排気温度を上昇させる。ここでいう成層超リタード燃焼モードとは、燃料噴射を複数回に分割することで、点火プラグ１４周りにストイキの混合気を、その外側にストイキよりもリーンな混合気をそれぞれ形成し、燃料噴射後であって圧縮上死点後に火花点火する燃焼モードである。
In the configuration as described above, the
そして、排気浄化触媒９が活性化したら、筒内に均質なストイキの混合気を形成し最適点火時期（ＭＢＴ）で火花点火する均質燃焼モードに切り換える。
When the
ところで、成層超リタード燃焼モードでは、点火プラグ１４周りはストイキであるが、その外側はストイキよりもリーンなので、筒内全体の空燃比はストイキよりもリーンになる。また、成層超リタード燃焼モードでは点火時期が圧縮上死点より後である。そして、高温の既燃ガスを筒内に流入させて排気温度を高めるために、筒内の残ガス率が燃焼安定度を確保できる範囲でより高くなるようにバルブオーバーラップ期間を設ける。なお、燃焼安定度については後述する。 By the way, in the stratified super retarded combustion mode, although the spark plug 14 is stoichiometric, the outside thereof is leaner than stoichiometric, so the air-fuel ratio in the entire cylinder is leaner than stoichiometric. In the stratified super retard combustion mode, the ignition timing is after the compression top dead center. In order to increase the exhaust gas temperature by flowing high-temperature burned gas into the cylinder, a valve overlap period is provided so that the residual gas ratio in the cylinder becomes higher within a range in which combustion stability can be ensured. The combustion stability will be described later.
これに対して、均質燃焼モードでは、筒内全体がストイキの混合気となり、点火時期は最適点火時期である。 On the other hand, in the homogeneous combustion mode, the entire cylinder becomes a stoichiometric mixture, and the ignition timing is the optimal ignition timing.
したがって、内燃機関１００に同一トルクを発生させる場合には、成層超リタード燃焼モードの方が、均質燃焼モードよりも多くの吸入空気が必要になる。そして、アイドル運転中のようにエンジントルク一定の状態で燃焼モードを切り換える場合には、吸入空気量を低下させる必要がある。しかし、燃焼モード切り換えのために電子制御スロットルバルブ４の開度を小さくするだけでは、吸入空気量が低減することで残ガス率が大きくなって燃焼安定度が損なわれ、運転性が悪化するおそれがある。
Accordingly, when the same torque is generated in the
そこで、本実施形態では、燃焼モード切り換えに伴う運転性の悪化を抑制するために、後述する制御を実行する。 Therefore, in the present embodiment, control described later is executed in order to suppress deterioration in drivability associated with switching of the combustion mode.
図２は、ＥＣＵ１５が実行する燃焼モード切り換えの制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンでは、成層超リタード燃焼モードから均質燃焼モードへ切り換える際に、まず残ガス率を低下させ、その後に燃焼モードを切り換える。以下、制御のステップに沿って説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing a combustion mode switching control routine executed by the
ステップＳ１００で、ＥＣＵ１５はスタータスイッチがＯＮであるか否かを判定し、ＯＮになったらステップＳ１１０以降の処理を実行する。
In step S100, the
ステップＳ１１０で、ＥＣＵ１５はクランキングを開始する。 In step S110, the ECU 15 starts cranking.
ステップＳ１２０でＥＣＵ１５は冷却水温が所定温度範囲内であるか否かを判定する。所定温度範囲とは、いわゆる冷間始動が可能な温度範囲であり、例えば１０℃から４０℃とする。判定の結果、冷却水温が所定温度範囲内の場合はステップＳ１３０の処理を実行し、所定温度範囲外の場合はステップＳ１４０の処理を実行する。
In step S120, the
ステップＳ１３０で、ＥＣＵ１５は成層始動許可条件が満たされているか否かを判定する。成層始動許可条件は、上記の冷却水温の他に、少なくとも、始動可能な燃圧であること、及び可変動弁機構３１が作動可能な状態であること、を含む。成層始動許可条件を満たす場合はステップＳ１５０の処理を実行し、満たさない場合はステップＳ１４０の処理を実行する。
In step S130, the ECU 15 determines whether or not the stratification start permission condition is satisfied. In addition to the cooling water temperature, the stratification start permission condition includes at least a fuel pressure that can be started and that the
なお、成層始動とは、クランキング開始から完爆状態になるまで、点火プラグ１４周りにストイキよりもリッチな混合気層を形成し、その外側にストイキよりもリーンな混合気層を形成し、最適点火時期に点火する始動制御であり、完爆後の成層超リタード燃焼モードとは異なるものである。 In the stratification start-up, a mixture layer richer than stoichiometric is formed around the spark plug 14 from the start of cranking to a complete explosion state, and an air-fuel mixture layer leaner than stoichiometric is formed outside thereof. It is a start control that ignites at the optimal ignition timing, and is different from the stratified super retard combustion mode after complete explosion.
ステップＳ１４０で、ＥＣＵ１５は均質始動許可条件が満たされているか否かを判定する。均質始動許可条件は、上記の冷却水温の他に、少なくとも、始動可能な燃圧であること、及び可変動弁機構３１が作動可能な状態であること、を含む。ただし、始動可能な燃圧は、成層始動許可条件の燃圧よりも低い。判定の結果、均質始動可能条件を満たす場合はステップＳ１５０の処理を実行する。均質始動可能条件を満たさない場合は、本ルーチンとは異なるフェイルセーフ制御を実行する必要があるため、本ルーチンを終了する。
In step S140, the
なお、均質始動とは、クランキング開始から完爆状態になるまで、筒内全体に均質なストイキの混合気を形成し、最適点火時期で点火する始動制御である。完爆後の均質燃焼モードと区別するが、実質的には同様の制御である。 The homogeneous start is a start control in which a homogeneous stoichiometric mixture is formed in the entire cylinder from the start of cranking to a complete explosion state, and ignition is performed at an optimal ignition timing. Although it is distinguished from the homogeneous combustion mode after the complete explosion, the control is substantially the same.
なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０を同時に実行してもよいし、ステップＳ１３０またはステップＳ１４０の後にステップＳ１１０を実行してもよい。 Note that step S110 and step S120 may be executed simultaneously, or step S110 may be executed after step S130 or step S140.
ステップＳ１５０で、ＥＣＵ１５は内燃機関１００が完爆状態であるか否かを判定し、完爆状態であればステップＳ１６０の処理を実行する。完爆状態でなければ、完爆状態になるまでステップＳ１２０からＳ１５０の処理を繰り返す。
In step S150, the
ステップＳ１６０で、ＥＣＵ１５は、触媒温度センサ２３の検出値に基づいて排気浄化触媒９が活性状態であるか否かを判定する。活性状態であればステップＳ２４０で均質燃焼モードを実行して本ルーチンを終了する。すなわち、成層始動か均質始動かを問わず、完爆状態となったときに排気浄化触媒９が活性状態であれば、直ちに均質燃焼モードを開始する。一方、非活性状態であればステップＳ１７０の処理を実行する。
In step S160, the
ステップＳ１７０で、ＥＣＵ１５は成層超リタード燃焼モード許可条件が満たされているか否かを判定する。成層超リタード燃焼モード許可条件は、成層始動許可条件と同様の冷却水温、燃圧、及び可変動弁機構３１の状態の他に、車速が所定値以下であること、及び電子制御スロットルバルブ４の開度がアイドル運転時開度であること、を含む。つまり、車両が走行している場合は、成層超リタード燃焼モードは許可されない。
In step S170, the
成層超リタード燃焼モードが許可された場合は、ステップＳ１８０の処理を実行し、許可されない場合はステップＳ２４０で均質燃焼モードを実行して本ルーチンを終了する。 If the stratified super retard combustion mode is permitted, the process of step S180 is executed. If not permitted, the homogeneous combustion mode is executed in step S240, and this routine is terminated.
ＥＣＵ１５は、ステップＳ１８０で成層超リタード燃焼モードを実行し、ステップＳ１９０で排気浄化触媒９が活性状態であるか否かを判定し、活性状態であればステップＳ２００の処理を実行し、非活性状態であればステップＳ２３０の処理を実行する。
The
ステップＳ２３０で、ＥＣＵ１５は成層超リタード燃焼モードを続行するか否かを判定し、続行する場合はステップＳ１８０の処理に戻る。そして、続行しない場合はステップＳ２００で均質燃焼モードへの切り換えを決定する。なお、成層超リタード燃焼モードを続行するか否かの判定内容は、ステップＳ１７０の判定内容と同様である。これにより、成層超リタード燃焼許可条件を満たすかぎり、排気浄化触媒９が活性状態になるまで成層超リタード燃焼を続行することになる。一方、排気浄化触媒９が活性状態になる前であっても、車両が走行開始する等により成層超リタード燃焼モード許可条件を満たさなくなれば、均質燃焼モードへの切り換えを決定する。
In step S230, the
ステップＳ２１０で、ＥＣＵ１５はバルブオーバーラップ期間の縮小を開始する。具体的には、吸気弁開タイミングが遅角する方向に可変動弁機構３１を作動させる。このとき、機構上可能な範囲で、できるだけ高速度で作動させることが望ましい。例えば、可変動弁機構３１が油圧により作動する場合は、油圧を最大にして作動させる。このようにバルブオーバーラップ期間を縮小することで、燃焼室内の残ガス率が低下する。
In step S210, the
また、吸気弁開タイミングを遅角させることで、吸入空気量も減少する。これは、吸気弁閉タイミングが吸気弁開タイミングと同量遅角することで、吸気慣性効果を得られないタイミングとなり、吸気弁開弁期間が一定でも、吸気弁開タイミングが遅くなった分だけ吸入空気量が減少するからである。なお、可変動弁機構３１が吸気弁開タイミングと閉タイミングを独立して変更し得る機構を用いる場合は、吸気弁閉タイミングは変化させない。
Further, the intake air amount is also reduced by retarding the intake valve opening timing. This is the timing when the intake valve closing timing is delayed by the same amount as the intake valve opening timing, so that the intake inertia effect cannot be obtained.Even if the intake valve opening period is constant, the intake valve opening timing is delayed. This is because the amount of intake air decreases. When the
また、ＥＣＵ１５はバルブオーバーラップ期間の縮小開始と同時に、電子制御スロットルバルブ４の開度縮小及び点火時期の進角も開始する。電子制御スロットルバルブ４の開度の目標値は均質燃焼モード用の開度とし、目標値にむけて一定速度で変化させる。これにより、成層超リタード燃焼のまま、吸入空気量が減少する。なお、均質燃焼モード用の開度は、適用する内燃機関１００の仕様毎に設定する。また、可変動弁機構３１が吸気弁７の開閉タイミング及びリフト量を可変制御し得る構成であって、スロットルバルブを用いずに吸入空気量を制御し得る場合には、可変動弁機構３１のみで吸入空気量を制御するようにしてもよい。
The
点火時期は、均質燃焼モード用の点火時期を目標値として、吸入空気量の変化に応じて進角させる。均質燃焼モード用の点火時期も適用する内燃機関１００の仕様毎に設定する。
The ignition timing is advanced according to changes in the intake air amount with the ignition timing for the homogeneous combustion mode as a target value. The ignition timing for the homogeneous combustion mode is also set for each specification of the
ところで、電子制御スロットルバルブ４と油圧により駆動される可変動弁機構３１を比較すると、動作の応答性は電子制御スロットルバルブ４の方が応答性に優れる。しかし、電子制御スロットルバルブ４の開度を変更した場合には、コレクタタンク５の残留空気の影響によって、筒内に流入する空気量が変化するまでに応答遅れが生じるのに対し、可変動弁機構３１は筒内に流入する空気量を直接制御することになる。このため、動作を開始してから所望の吸入空気量になるまでの時間で比較すると、可変動弁機構３１の方が応答性に優れる。そこで、上記のように、電子制御スロットルバルブ４だけでなく、可変動弁機構３１も用いて吸入空気量を制御することにより、吸入空気量変化の応答性を高め、燃焼モード切り換えに要する時間を短縮できる。
By the way, when comparing the electronically controlled
ステップＳ２２０で、ＥＣＵ１５はバルブオーバーラップ期間の縮小が終了したか否か、つまり、バルブオーバーラップ期間が均質燃焼用の値になったか否かを判定する。均質燃焼用のバルブオーバーラップ期間は、均質燃焼モードで燃焼安定度を確保し得る残ガス率となるバルブオーバーラップ期間であり、適用する内燃機関１００の仕様毎に決定する。ここでは、均質燃焼用のバルブオーバーラップ期間はゼロ（°Ｃ．Ａ．）とする。
In step S220, the
バルブオーバーラップ期間が均質燃焼用の値になったか否かは、実際のバルブタイミングをクランク角センサ２０及び図示しないカム角センサの検出値から算出して判断する。なお、成層超リタード燃焼モード用のバルブタイミングから均質燃焼モード用のバルブタイミングになるまでに要する時間を予め調べておき、可変動弁機構３１の作動開始からの経過時間により判断してもよい。
Whether or not the valve overlap period is a value for homogeneous combustion is determined by calculating the actual valve timing from the detection values of the
バルブオーバーラップ期間の縮小が終了した場合はステップＳ２４０の処理を実行し、終了していない場合はステップＳ２１０、Ｓ２２０の処理を繰り返す。 When the reduction of the valve overlap period is finished, the process of step S240 is executed, and when it is not finished, the processes of steps S210 and S220 are repeated.
ステップＳ２４０で、ＥＣＵ１５は、スワールコントロールバルブ６を開弁して燃焼モードを成層燃焼から均質燃焼に切り換える。ここで、ステップＳ２２０からステップＳ２４０へ移行した場合は、電子制御スロットルバルブ４の開度及び点火時期の変更を、それぞれ均質燃焼モード用の値になるまで継続する。一方、ステップＳ１６０からステップＳ２４０へ移行した場合は、電子制御スロットルバルブ４の開度及び点火時期を、それぞれ均質燃焼モード用の値に設定して運転する。
In step S240, the
次に、上記制御ルーチンによる作用効果について、図３を参照して説明する。 Next, the effect by the said control routine is demonstrated with reference to FIG.
図３は、成層超リタード燃焼モードを実行中のタイミングＴ１で排気浄化触媒９が活性化し、均質燃焼モードへ切り換えた場合のタイミングチャートである。比較例として、燃焼モードの切り換えと同時にバルブオーバーラップ期間の短縮を開始する場合について破線で示した。なお、空燃比のチャートは、成層超リタード燃焼モードでは点火プラグ周りの空燃比を、均質燃焼モードでは筒内全体の空燃比を、それぞれ示している。
FIG. 3 is a timing chart when the
タイミングＴ１で排気浄化触媒９が活性化した場合、比較例のようにバルブオーバーラップ期間を変更せずに吸入空気量の低減と点火時期の進角化を行なうと、吸入空気量の減少に伴って残ガス率が増大し、燃焼安定度が悪化している。なお、比較例ではタイミングＴ２でバルブオーバーラップ期間の短縮を開始することにより、徐々に残ガス率が低下して燃焼安定度も回復している。
When the
これに対して、本実施形態では、成層超リタード燃焼モードのまま、可変動弁機構３１を遅角方向に作動させてバルブオーバーラップ期間を短縮させ、さらに、電子制御スロットルバルブ４の開度減少と点火時期の進角化を実行している。そして、バルブオーバーラップ期間の縮小が終了したタイミングＴ２で、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）６を開弁して燃焼モードを均質燃焼モードへ切り換えている。
On the other hand, in the present embodiment, the
これにより、吸入空気量の減少とともに残ガス率が低下し、これにより燃焼安定度が維持されていることがわかる。すなわち、均質燃焼モードへ切り換える際に、成層超リタード燃焼のままバルブオーバーラップ期間を短縮することで、残ガス率を低下させて、燃焼モード切り換え後の燃焼安定度を確保することができる。 Thereby, it can be seen that the residual gas ratio decreases with a decrease in the amount of intake air, thereby maintaining the combustion stability. That is, when switching to the homogeneous combustion mode, the residual gas ratio can be reduced and the combustion stability after switching to the combustion mode can be ensured by shortening the valve overlap period while maintaining stratified superretarded combustion.
また、バルブオーバーラップ期間を短縮するために可変動弁機構３１を遅角方向に作動させることで吸入空気量が減少するので、結果的に電子制御スロットルバルブ４と可変動弁機構３１で吸入空気量を減少させることになる。その結果、吸入空気量の過渡応答性が比較例よりも高くなり、均質燃焼モードに適した吸入空気量になるタイミングは、比較例よりも早いタイミングＴ３となっている。
In addition, since the amount of intake air is reduced by operating the
さらに、比較例では、タイミングＴ２からタイミングＴ４まで空燃比をストイキよりリッチにしている。これは、残ガス率が過剰に高い状況での着火性、燃焼性を確保するためである。ただし、空燃比をリッチ化すると着火性等は確保できるが、排気性能の低下を招くこととなる。 Further, in the comparative example, the air-fuel ratio is made richer than stoichiometric from timing T2 to timing T4. This is to ensure ignitability and combustibility in a situation where the residual gas ratio is excessively high. However, if the air-fuel ratio is enriched, ignitability and the like can be ensured, but exhaust performance will be reduced.
これに対して本実施形態では、上述したように燃焼安定度の悪化を抑制できているので、空燃比はストイキのままである。したがって、排気性能の悪化を招くことはない。 On the other hand, in this embodiment, since the deterioration of combustion stability can be suppressed as described above, the air-fuel ratio remains stoichiometric. Therefore, the exhaust performance is not deteriorated.
ここで、燃焼安定度の悪化を抑制する効果について、図４、図５を参照して説明する。 Here, the effect which suppresses the deterioration of combustion stability is demonstrated with reference to FIG. 4, FIG.
図４は、燃焼モード、バルブオーバーラップ期間、空燃比、及び点火時期を異ならせた複数の燃焼条件と、燃焼安定度との関係を示す図であり、縦軸は燃焼安定度の指標となる燃焼圧バラツキ、横軸は点火時期である。燃焼安定度は、燃焼圧バラツキが大きいほど低くなる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the combustion mode, the valve overlap period, the air-fuel ratio, and the plurality of combustion conditions with different ignition timings and the combustion stability, and the vertical axis is an index of the combustion stability. The combustion pressure variation and the horizontal axis are the ignition timing. The combustion stability decreases as the combustion pressure variation increases.
図５は、図４と同様の複数の燃焼条件とＨＣ濃度との関係を示す図であり、縦軸がＨＣ濃度[ｐｐｍ]、横軸が点火時期である。なお、ＨＣ濃度は、内燃機関１００から排気通路２２へ排出される排気中の濃度である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between a plurality of combustion conditions similar to FIG. 4 and the HC concentration. The vertical axis represents the HC concentration [ppm], and the horizontal axis represents the ignition timing. The HC concentration is the concentration in the exhaust discharged from the
各図に○でプロットしたのは、燃焼モードが成層燃焼で、バルブオーバーラップ期間を有し、空燃比がストイキという燃焼条件である。同じく◇でプロットしたのは、燃焼モードが均質燃焼で、バルブオーバーラップ期間を有し、空燃比がストイキという燃焼条件である。同じく△でプロットしたのは、燃焼モードが均質燃焼で、バルブオーバーラップ期間を有し、空燃比がストイキよりリッチという燃焼条件である。同じく□でプロットしたのは、燃焼モードが均質燃焼で、バルブオーバーラップ期間がなく、空燃比がストイキという燃焼条件である。 Plotted in each figure is a combustion condition in which the combustion mode is stratified combustion, has a valve overlap period, and the air-fuel ratio is stoichiometric. Also plotted with ◇ is a combustion condition in which the combustion mode is homogeneous combustion, has a valve overlap period, and the air-fuel ratio is stoichiometric. Similarly, Δ is plotted as a combustion condition in which the combustion mode is homogeneous combustion, has a valve overlap period, and the air-fuel ratio is richer than stoichiometric. Similarly, the squares plot the combustion conditions in which the combustion mode is homogeneous combustion, there is no valve overlap period, and the air-fuel ratio is stoichiometric.
例えば、成層超リタード燃焼モードの点火時期を上死点後２０°、均質燃焼モードの点火時期を上死点前２０°とすると、点Ａが成層超リタード燃焼モードの燃焼安定度を示し、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄが均質燃焼モードへ切り換えた後の燃焼安定度を示すことになる。また、図５の点Ｅは図４の点ＢにおけるＨＣ濃度を、図５の点Ｆは図４の点ＣにおけるＨＣ濃度を、図５の点Ｇは図４の点ＤにおけるＨＣ濃度をそれぞれ示している。 For example, if the ignition timing in the stratified super retard combustion mode is 20 ° after top dead center and the ignition timing in the homogeneous combustion mode is 20 ° before top dead center, point A indicates the combustion stability of the stratified super retard combustion mode, B, point C, and point D indicate the combustion stability after switching to the homogeneous combustion mode. 5 is the HC concentration at point B in FIG. 4, point F in FIG. 5 is the HC concentration at point C in FIG. 4, and point G in FIG. 5 is the HC concentration at point D in FIG. Show.
成層超リタード燃焼モードから均質燃焼モードに切り換える場合に、図３の比較例のようにバルブオーバーラップ期間を変化させずに燃焼モードを均質燃焼に切り換えると、図４の点Ａから点Ｂへ変化する。これに対して、本実施形態のようにバルブオーバーラップ期間を無くしてから燃焼モードを均質燃焼に切り換えると、点Ａから点Ｃへ変化する。点Ｂは点Ａと比べて燃焼安定度が悪化しているが、点Ｃは点Ａとほぼ同等の燃焼安定度となっている。すなわち、本実施形態によれば、燃焼モード切り換え時の燃焼安定度の悪化を抑制できる。 When switching from the stratified super retard combustion mode to the homogeneous combustion mode, if the combustion mode is switched to the homogeneous combustion without changing the valve overlap period as in the comparative example of FIG. 3, the point A changes to the point B in FIG. To do. On the other hand, when the combustion mode is switched to the homogeneous combustion after eliminating the valve overlap period as in the present embodiment, the point A changes to the point C. Although point B has a worse combustion stability than point A, point C has a combustion stability substantially equal to point A. That is, according to the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the combustion stability at the time of switching the combustion mode.
なお、バルブオーバーラップ期間を変化させずに燃焼モードを均質燃焼に切り換えても、空燃比をストイキよりリッチにすれば、点Ｄに示すように点Ｂに比べて燃焼安定度の悪化を抑制できる。ただし、ＨＣ濃度は図５の点Ｇとなり、空燃比がストイキのままである点ＥよりもＨＣ濃度が上昇してしまう。一方、本実施形態の燃焼モード切り換えによれば、ＨＣ濃度は点Ｆとなり、上記点Ｇ、点Ｅに比べてＨＣ濃度が低くなる。すなわち、本実施形態によれば、燃焼モード切り換えに伴うＨＣ濃度の上昇を抑制できる。 Even if the combustion mode is switched to homogeneous combustion without changing the valve overlap period, if the air-fuel ratio is made richer than stoichiometric, deterioration of combustion stability can be suppressed compared to point B as shown by point D. . However, the HC concentration becomes point G in FIG. 5, and the HC concentration increases from point E where the air-fuel ratio remains stoichiometric. On the other hand, according to the combustion mode switching of the present embodiment, the HC concentration becomes the point F, and the HC concentration becomes lower than the points G and E. That is, according to the present embodiment, an increase in the HC concentration accompanying the combustion mode switching can be suppressed.
以上説明した本実施形態の作用効果をまとめると、下記のようになる。 The operational effects of the present embodiment described above are summarized as follows.
ＥＣＵ１５は、成層超リタード燃焼モードから均質燃焼モードへ切り換える際に、バルブオーバーラップ期間を短縮することで残ガス率を低下させてから燃焼モードを切り換えるので、燃焼モードの切り換え途中における残ガス率の増大を抑制して燃焼安定度を確保できる。
When switching from the stratified super retard combustion mode to the homogeneous combustion mode, the
また、ＥＣＵ１５は、吸気側に設けた可変動弁機構３１により吸気弁開タイミングを遅角させてバルブオーバーラップ期間を短縮させるので、バルブオーバーラップ期間の短縮に伴って吸入空気量が減少する。これにより、電子制御スロットルバルブ４よりも応答性に優れた吸入空気量制御が可能となる。
In addition, the
さらに、ＥＣＵ１５は、成層超リタード燃焼モードから均質燃焼モードへ切り換える前に、均質燃焼モードでの燃焼安定度を確保できるバルブオーバーラップ期間になるまでバルブオーバーラップ期間を短縮させるので、燃焼モード切り換え後の燃焼安定度を確保できる。
Further, the
なお、上記説明では、可変動弁機構３１を用いてバルブオーバーラップ期間を短縮することで残ガス率を低下させているが、残ガス率を低下させる方法はこれに限られない。例えば、筒内の残ガスを排気通路２２に排出するための掃気装置を設けて、掃気量を増加させることによって残ガス率を低下させるようにしてもよい。
In the above description, the residual gas rate is reduced by shortening the valve overlap period using the
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
４ 電子制御スロットルバルブ
６ スワールコントロールバルブ
７ 吸気弁
１５ コントロールユニット（ＥＣＵ）（燃焼切り換え手段）
３１ 可変動弁機構（残ガス率制御手段）
4 Electronically controlled throttle valve 6 Swirl control valve 7
31 Variable valve mechanism (residual gas rate control means)
Claims (4)
点火栓周りにストイキの混合気を形成し、その外側にストイキよりもリーンな空燃比の混合気を形成して、燃料噴射後であって圧縮上死点後に点火する成層超リタード燃焼モードと、燃焼室全体にストイキの混合気を均質に形成して最適点火時期に点火する均質燃焼モードと、を切り換える燃焼切り換え手段と、
燃焼室内の残ガス率を制御する残ガス率制御手段と、
を備え、
前記成層超リタード燃焼モードから前記均質燃焼モードへ切り換える際には、前記残ガス率制御手段により残ガス率を低下させてから、前記燃焼切り換え手段により燃焼モードを切り換える直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 In a control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber and ignited by a spark plug,
A stratified super retard combustion mode in which a stoichiometric air-fuel mixture is formed around the spark plug, an air-fuel ratio air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air is formed outside the ignition plug, and ignited after compression top dead center after fuel injection; Combustion switching means for switching between a homogeneous combustion mode in which a stoichiometric mixture is uniformly formed in the entire combustion chamber and ignited at an optimal ignition timing;
A residual gas rate control means for controlling the residual gas rate in the combustion chamber;
With
When switching from the stratified super retard combustion mode to the homogeneous combustion mode, the residual gas rate control means lowers the residual gas rate, and then the direct injection spark ignition internal combustion engine switches the combustion mode by the combustion switching unit. Control device.
前記成層超リタード燃焼モードでは吸気弁と排気弁の両方が開弁しているバルブオーバーラップ期間があり、
前記残ガス率制御手段は前記バルブオーバーラップ期間を短縮することで残ガス率を低下させる直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 In the control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 1,
In the stratified super retard combustion mode, there is a valve overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open,
The residual gas rate control means is a controller for a direct injection spark ignition internal combustion engine that reduces the residual gas rate by shortening the valve overlap period.
前記残ガス率制御手段は、吸気弁の少なくとも開タイミングを可変に制御可能であって、残ガス率を低下させる際には吸気弁開タイミングを遅角して前記バルブオーバーラップ期間を短縮させる直噴式火花点火式内燃機関の制御装置。 In the control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine according to claim 2,
The residual gas rate control means can variably control at least the opening timing of the intake valve, and when reducing the residual gas rate, the intake gas valve opening timing is retarded to shorten the valve overlap period. A control device for an injection spark ignition type internal combustion engine.
前記残ガス率制御手段は、前記均質燃焼モードでの燃焼安定度を確保できるバルブオーバーラップ期間になるまで前記バルブオーバーラップ期間を短縮させる直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 In the control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine according to claim 3,
The residual gas rate control means is a control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that shortens the valve overlap period until a valve overlap period in which combustion stability in the homogeneous combustion mode can be ensured.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012269509A JP6127488B2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012269509A JP6127488B2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014114749A JP2014114749A (en) | 2014-06-26 |
| JP6127488B2 true JP6127488B2 (en) | 2017-05-17 |
Family
ID=51171029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012269509A Active JP6127488B2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6127488B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3633171B1 (en) * | 2017-05-24 | 2022-05-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method and device for controlling internal combustion engine |
| CN110284982A (en) * | 2019-06-19 | 2019-09-27 | 东风汽车集团有限公司 | A kind of method for handover control of direct spray petrol engine in cylinder from stratified combustion to homogeneous combustion |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3680500B2 (en) * | 1997-07-02 | 2005-08-10 | 日産自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
| JP3657749B2 (en) * | 1997-09-04 | 2005-06-08 | 株式会社日立製作所 | Control device for direct-injection spark ignition engine with variable valve mechanism |
| JP3414303B2 (en) * | 1998-03-17 | 2003-06-09 | 日産自動車株式会社 | Control device for direct injection spark ignition type internal combustion engine |
| US6378484B1 (en) * | 2000-05-15 | 2002-04-30 | Ford Global Technologies, Inc. | Coordinated control of valve timing during mode transitions of direct injection stratified charge engines |
| JP2005214102A (en) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Denso Corp | Control device of cylinder injection internal combustion engine |
| JP2006207504A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Mazda Motor Corp | Method for estimating egr quantity for engine and engine control device |
| JP5245733B2 (en) * | 2008-11-07 | 2013-07-24 | 日産自動車株式会社 | Engine exhaust purification system |
| US8904993B2 (en) * | 2009-06-15 | 2014-12-09 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods for stabilizing torque during mode transition in direct injection engines |
-
2012
- 2012-12-10 JP JP2012269509A patent/JP6127488B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014114749A (en) | 2014-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5360121B2 (en) | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine | |
| JP4836088B2 (en) | Control device and control method for compression self-ignition internal combustion engine | |
| US7089908B2 (en) | Control device and control method for direct injection engine | |
| JP4863980B2 (en) | Control device for spark ignition internal combustion engine | |
| JP2009019538A (en) | Control device for cylinder injection type internal combustion engine | |
| JP4075550B2 (en) | Knocking control in an internal combustion engine with a variable valve mechanism | |
| JP2007016685A (en) | Internal combustion engine control device | |
| JP2009036028A (en) | Preignition detection device of vehicle engine | |
| JP4172319B2 (en) | Variable valve timing controller for engine | |
| JPWO2004018869A1 (en) | Start control device and start control method for internal combustion engine | |
| JP5359590B2 (en) | Variable compression ratio internal combustion engine | |
| JP2012255366A (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
| JP4893499B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine control device and control method | |
| JP2009180197A (en) | Method for operating gasoline engine | |
| US20190249609A1 (en) | Engine control system | |
| US20150337744A1 (en) | Control device for internal combustion engine | |
| JP5565370B2 (en) | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine | |
| CA2983399C (en) | Engine control device and engine control method | |
| JP5029517B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
| JP6127488B2 (en) | Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine | |
| JP4020072B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
| JP4943873B2 (en) | In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine control device | |
| JP2010216326A (en) | Method for controlling switching of combustion method of internal combustion engine | |
| JP2002242714A (en) | 4-cycle engine for automobile | |
| JP4529832B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151029 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160804 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160816 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161205 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170314 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170327 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6127488 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |