JP4604995B2 - Spark ignition gasoline engine - Google Patents
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Description
本発明は火花点火式ガソリンエンジンに関する。 The present invention relates to a spark ignition gasoline engine.
一般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)を実行するに当たり、特許文献1に示すように、所定の運転領域において、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとを変更することにより、既燃ガスを燃焼室に残留させる技術(いわゆるネガティブオーバラップ)が知られている。このような圧縮自己着火運転は、NOx、或いはポンピングロスの低減等を図る技術である。特に、圧縮自己着火運転を実行する運転領域においてポンピングロスの低減を図るため、特許文献1では、スロットルバルブを取り除き、吸気弁や排気弁の閉弁タイミングで空気量を調整するように構成されている。
上述のような圧縮自己着火運転を実現するに当たり、開弁期間が所定のクランク角度に固定されたカムを用いて低廉化を図るとともに可及的に運転領域を拡げるためには、極軽負荷運転領域(限りなくアイドリングに近い運転領域)においては、急速燃焼を図る一方、高負荷時においては、緩慢燃焼を図り、ノッキングを防止することが要請される。しかしながら、従来は、ポンピングロス低減の観点から、排気弁を閉じるタイミングから吸気上死点までの間と、吸気上死点から吸気弁を開くタイミングまでの間を、少なくとも低負荷側では均等に設定する方法が採用されていたため、極軽負荷運転領域での圧縮自己着火を実現するための有効圧縮比や、筒内温度、筒内圧力を高めるためのEGR量を、開弁角度が一定量に固定されたカムによって確保することが困難であった。 In realizing the compression self-ignition operation as described above, an extremely light load operation is required in order to reduce the cost and expand the operating range as much as possible by using a cam whose valve opening period is fixed at a predetermined crank angle. In a region (an operation region that is as close as possible to idling), rapid combustion is required, while at high loads, slow combustion is required to prevent knocking. However, in the past, from the viewpoint of reducing pumping loss, the interval between the closing timing of the exhaust valve and the intake top dead center and the timing from the intake top dead center to the timing of opening the intake valve are set evenly at least on the low load side. Therefore, the effective opening ratio to achieve compression self-ignition in the extremely light load operation region, the EGR amount to increase the in-cylinder temperature, and the in-cylinder pressure are set to a constant valve opening angle. It was difficult to secure with a fixed cam.
他方、高負荷側では、スロットルが全開または全開に近い状態であることから、開弁角度が一定量に固定されたカムを採用した場合には排気弁の閉タイミングのみによって、筒内圧力、筒内温度を下げる調整を行うことが必要となるため、ノッキングを充分に防止することができず、圧縮自己着火運転は、低中負荷運転領域に制限されていた。 On the other hand, on the high load side, since the throttle is fully open or close to full open, if a cam with a fixed valve opening angle is used, the cylinder pressure, cylinder Since adjustment to lower the internal temperature is required, knocking cannot be sufficiently prevented, and the compression self-ignition operation is limited to the low and medium load operation region.
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、開弁角度が固定されたカムを用いて可及的に広範な運転領域で圧縮自己着火運転を実現し、もってNOxの低減、およびポンピングロスを低減することのできる火花点火式ガソリンエンジンを提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and realizes compression self-ignition operation in the widest possible operation region by using a cam with a fixed valve opening angle, thereby reducing NOx. It is another object of the present invention to provide a spark ignition gasoline engine capable of reducing pumping loss.
上記課題を解決するために本発明は、少なくともエンジンの部分負荷運転領域で、排気弁の閉弁タイミングを吸気上死点より前に変更するとともに吸気弁の開弁タイミングを吸気上死点より後に変更することにより、既燃ガスを燃焼室に残留させて圧縮自己着火運転を実行する火花点火式ガソリンエンジンであって、吸気弁および排気弁にそれぞれ設けられ、前記部分負荷運転領域において対応する弁を180°未満に固定された開弁角度で開閉するためのカムと、各カムを介して吸気弁および排気弁の開閉タイミングを変更可能にする可変バルブタイミング機構と、この可変バルブタイミング機構を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、アイドル運転領域に近い極軽負荷運転領域では、前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点に設定し、前記排気弁の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度が吸気上死点から前記吸気弁の開弁タイミングまでのクランク角度よりも大きくなるように、前記排気弁の閉タイミングを設定するものであるとともに、高負荷運転領域では、前記排気弁の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードするとともに、前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点から所定量リタードするように設定するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンである。この態様では、部分負荷運転領域において、開弁角度が180°未満に固定されたカムによって吸気弁並びに排気弁を開閉しているので、廉価な構成となる。加えて、アイドルに限りなく近い極軽負荷運転領域においては、吸気弁の閉タイミングを吸気下死点近傍に設定することにより、開弁角度が180°未満に固定されたカムを採用することと相俟って、吸気弁開弁期間が短くなりすぎないようにして高い有効圧縮比を確保することができるとともに、排気弁の閉タイミングを吸気上死点よりも相当量アドバンスした時期に設定し、排気弁の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度を、吸気上死点から吸気弁の開弁タイミングまでのクランク角度よりも大きく設定しているので、上述の通り、高い有効圧縮比を保持しつつ充分なEGR量を確保することができる。この結果、極軽負荷運転領域においても、筒内温度、筒内圧力を速やかに高め、高い燃費性能で圧縮自己着火運転を実現することが可能になる。他方、高負荷運転領域では、排気弁の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードするとともに、吸気弁の閉タイミングを吸気下死点から所定量ずらすように設定されているので、EGR量を低減しかつ有効圧縮比を下げることが可能になり、ノッキングを防止可能な緩慢燃焼を実現することが可能になる。 In order to solve the above problems, the present invention changes the valve closing timing of the exhaust valve before the intake top dead center at least in the partial load operation region of the engine and sets the valve opening timing of the intake valve after the intake top dead center. A spark-ignition gasoline engine that performs compression self-ignition operation by causing burnt gas to remain in the combustion chamber by changing, and is provided in each of the intake valve and the exhaust valve, and corresponding valves in the partial load operation region For opening and closing the valve at a valve opening angle fixed to less than 180 °, a variable valve timing mechanism for changing the opening and closing timing of the intake valve and the exhaust valve via each cam, and controlling the variable valve timing mechanism and control means for providing said control means is in the very-light-load operation zone close to the idling region, set the closing timing of the intake valve to the intake bottom dead center And such that said crank angle from the closing timing of the exhaust valve to the intake top dead center becomes greater than the crank angle from the intake top dead center to the opening timing of the intake valve, set the closing timing of the exhaust valve together is to constant, the high-load operation region, while retarding the closing timing of the exhaust valve towards the intake top dead center, set the close timing of the intake valve to a predetermined amount retard the intake bottom dead center It is a spark ignition type gasoline engine characterized by. In this aspect, since the intake valve and the exhaust valve are opened and closed by the cam whose valve opening angle is fixed to less than 180 ° in the partial load operation region, the configuration is inexpensive. In addition, in an extremely light load operation region as close as possible to idling, by adopting a cam whose valve opening angle is fixed to less than 180 ° by setting the closing timing of the intake valve close to the intake bottom dead center. Together, it is possible to ensure a high effective compression ratio by preventing the intake valve opening period from becoming too short, and the exhaust valve closing timing is set to a time advanced by a considerable amount from the intake top dead center. Since the crank angle from the exhaust valve closing timing to the intake top dead center is set larger than the crank angle from the intake top dead center to the intake valve opening timing, as described above, a high effective compression ratio A sufficient amount of EGR can be ensured while maintaining. As a result, even in the extremely light load operation region, it is possible to quickly increase the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure and realize the compression self-ignition operation with high fuel efficiency. On the other hand, in the high load operation region , the exhaust valve closing timing is retarded toward the intake top dead center, and the intake valve closing timing is set to be shifted by a predetermined amount from the intake bottom dead center. It is possible to reduce the effective compression ratio, and it is possible to realize slow combustion that can prevent knocking.
好ましい態様において、前記制御手段は、高負荷運転領域では、前記排気弁の閉タイミングから吸気上死点までのクランク角度と吸気上死点から前記吸気弁の開タイミングまでのクランク角度とが等しくなるように前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点に対してリタードするものである。この態様では、高負荷運転領域で有効圧縮比を低減するのに当たり、吸気上死点を境にして、吸気弁の開タイミングと排気弁の閉タイミングとが略対称形になるので、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることが可能になる。 In a preferred embodiment, the control means, the high-load operation region, the crank angle from the crank angle and the intake top dead center from the closing timing of the exhaust valve to the intake top dead center to the open timing of the intake valve and the like properly it is intended to retard relative intake bottom dead center the closing timing of the intake valve so. In this aspect, when reducing the effective compression ratio in the high load operation region , the intake valve opening timing and the exhaust valve closing timing are substantially symmetrical with respect to the intake top dead center, so that the pumping loss is reduced. It becomes possible to reduce and improve fuel consumption.
以上説明したように本発明によれば、極軽負荷運転領域では、吸気弁開弁期間が短くなりすぎないようにして高い有効圧縮比を確保し、高い燃費性能で圧縮自己着火による急速燃焼を実現することができるとともに、高負荷側では、ノッキングを防止可能な緩慢燃焼を実現することが可能になるので、圧縮自己着火運転が可能な運転領域を極軽負荷運転領域から可及的に高負荷側に拡大することができ、広範な運転領域において、圧縮自己着火運転を実現し、もってNOxの低減、およびポンピングロスを低減することが可能になるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, in an extremely light load operation region, a high effective compression ratio is ensured by preventing the intake valve opening period from becoming too short, and rapid combustion by compression self-ignition is achieved with high fuel efficiency. It is possible to achieve this, and on the high load side, it is possible to realize slow combustion that can prevent knocking. It can be expanded to the load side, and there is a remarkable effect that compression self-ignition operation can be realized in a wide range of operation, and NOx can be reduced and pumping loss can be reduced.
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火花点火式4サイクルガソリンエンジン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気弁40および排気弁60等の構造を示す断面略図である。また図3はエンジン本体20の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁40および排気弁60等の構造を示す平面略図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a spark ignition type four-
これらの図において、図示の火花点火式4サイクルガソリンエンジン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度センサSW1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SW2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。
An airflow sensor SW2 is provided in the
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気筒毎に2つずつの吸気弁40が設けられている。
Each
次に、排気システム50は、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, the
上記各排気ポート24bには排気弁60が設けられている。
Each
図3を参照して、各吸気弁40並びに各排気弁60は、いわゆるロストモーション機能を有するVVL42、62が装備された動弁機構41、61によって駆動される構成になっている。各動弁機構41、61は、対応する吸気弁40、排気弁60のステム40a、60aにそれぞれ固定された前記VVL42、62と、各吸気弁40並びに各排気弁60の開弁タイミングを変更するVVT(Valuable Valve Timing Mechanism)43、63と、VVT43、63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44、64と、カムシャフト44、64に一体化されて、所定の位相で吸気弁40、排気弁60を異なる位相で駆動する二組の吸気カム45a、45b並びに排気カム65a、65bとを有している。
Referring to FIG. 3, each
VVL42、62は、所定のタイミングで第2排気カム65b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。なお、VVL42、62の機構そのものは公知であるので、ここでは説明を省略する。
The
各吸気カム45a、45b並びに各排気カム65a、65bは、一方(図示の例では吸気カム45a、排気カム65a)が、いわゆるネガティブオーバラップ運転時において、180°未満の開弁角度CAで、それぞれ吸気弁40および排気弁60を開閉するとともに、他方(図示の例では、吸気カム45b、排気カム65b)が、いわゆる火花点火運転時において、180°以上の開弁角度(図示の例では、吸気弁40の開弁角度CAが200°〜230°、排気弁60の開弁角度CAが180°〜200°)で、それぞれ吸気弁40および排気弁60を開閉するように構成されているものである。
One of the
吸気弁40の各VVL42と排気弁60の各VVL62には、それぞれ作動油回路46、66が接続されており、各作動油回路46、66は、電磁弁47、67によって制御されるようになっている。そして、後述するコントロールユニット100の制御によって、作動油回路46、66から作動油の供給が停止されると、吸気カム45b並びに各排気カム65bがVVL42、62によってロストモーションを起こし、これらのカム45b、65bからの駆動力が対応する吸気弁40並びに排気弁60のステム40a、60aに伝達されなくなる結果、各吸気弁40並びに排気弁60は、専ら吸気カム45a並びに各排気カム65aによって駆動されることとなり、吸気弁40、排気弁60は、180°未満の開弁角度CAで開閉動作を行うようになっている。他方、作動油回路46、66から作動油が供給されると、各吸気カム45b並びに各排気カム65bがVVL42、62のロストモーションが停止され、これら吸気カム45b並びに各排気カム65bの駆動力が対応する吸気弁40並びに排気弁60のステム40a、60aに伝達される結果、各吸気弁40並びに排気弁60は、上述のように180°以上の開弁角度CAで開閉されるようになっている。
The
作動油回路46、66には、電磁弁47、67が設けられており、この電磁弁47、67は、制御装置としてのコントロールユニット100によって制御されるようになっている。
The
VVT43、63は、例えばベーンポンプ等を用いて各吸気カム45a、45b並びに各排気カム65a、65bが対応する吸気弁40並びに排気弁60が駆動するタイミングを無段階的に変更するものであるが、その詳細な構成については、本件出願人が先に提案している特開2002−242617号等に開示されているので、詳細な説明については、これを省略する。
The
次に、火花点火式4サイクルガソリンエンジン10には、コントロールユニット100が設けられている。
Next, the spark ignition type 4-
図1に示すように、コントロールユニット100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
図2に示すように、コントロールユニット100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各VVL42、62、VVT43、63の駆動制御をそれぞれ実行するVVL制御手段120、VVT制御手段140とを機能的に備えている。また、運転状態判定手段110には、運転状態を判定するための制御マップM1が含まれている。この制御マップM1は、VVL制御手段120、VVT制御手段140によっても参照され、VVL制御手段120は、この制御マップM1に基づいて、吸気カム45b、排気カム65bの切換を実行し、VVT制御手段140は、制御マップM1に基づいて、吸気弁40および排気弁60の開閉タイミングを制御するように構成されている。さらにVVT制御手段140には、吸気用のVVT43と排気用のVVT63とを進角/遅角するためのVVT制御マップM2が含まれている。各制御マップM1、M2は、コントロールユニット100のメモリ102に記憶されているものである。
As shown in FIG. 2, the control map, data, and program are stored in the
コントロールユニット100には、入力要素として、クランク角度センサSW1、エアフローセンサSW2、アクセル開度センサSW3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、61のVVT43、63に設けられた電磁弁、各VVL42、62を駆動する作動油回路46、66の電磁弁47、67、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 crank angle sensor SW1, an airflow sensor SW2, and an accelerator opening sensor SW3 are connected to the
運転状態判定手段110は、クランク角度センサSW1やアクセル開度センサSW3等から、エンジンの運転状態を検出し、制御マップM1に基づき、前記クランク角度センサSW1及びアクセル開度センサSW3等からの信号に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)が何れの運転領域にあるかを判別するようになっている。 The operating state determining means 110 detects the operating state of the engine from the crank angle sensor SW1, the accelerator opening sensor SW3, etc., and based on the control map M1, based on the signals from the crank angle sensor SW1, the accelerator opening sensor SW3, etc. It is determined which operating region the engine operating state (engine speed and engine load) to be examined is in.
図4は本実施形態に係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. 4 is a characteristic diagram showing an example of operation region setting for performing control according to the operation state according to the present embodiment.
図4を参照して、前記制御マップM1は、図4に示す運転特性に基づいて構成されているものである。図4に示す運転特性では、エンジン回転数Nが所定回転数N1以下の部分負荷運転領域において、圧縮自己着火運転を実行する圧縮自己着火運転領域Dが設定されているとともに、残余の領域では、火花点火による強制着火運転を実行する火花点火運転領域SIが設定されている。さらに、圧縮自己着火運転領域Dは、限りなくアイドル運転領域に近い極軽負荷運転領域D0と、この極軽負荷運転領域D0よりも幾分負荷の高い所定の低負荷側の運転領域D1と、前記所定の低負荷を越える高負荷側の運転領域D2とに分類されるようになっている。 Referring to FIG. 4, the control map M1 is configured based on the operation characteristics shown in FIG. In the operation characteristics shown in FIG. 4, in the partial load operation region where the engine speed N is equal to or less than the predetermined engine speed N1, the compression self-ignition operation region D for executing the compression self-ignition operation is set, and in the remaining region, A spark ignition operation region SI for executing a forced ignition operation by spark ignition is set. Further, the compression-ignition operation region D, the very-light-load operation region D 0 near the idle operation region as possible, the very-light-load operation region D 0 somewhat operating regions of high predetermined low load side of the load D than 1 and an operation region D 2 on the high load side exceeding the predetermined low load.
次に、図2を参照して、VVL制御手段120は、運転状態判定手段110が判定した運転状態が圧縮自己着火運転領域Dであるときには、作動油回路46、66への作動油の供給を停止し、吸気カム45b並びに各排気カム65bをロストモーションさせることによって、各吸気弁40、排気弁60の開弁角度CAが180°未満となるように開弁制御し(図5、図6参照)、それ以外の火花点火運転領域SIでは、作動油回路46、66に作動油を供給して吸気カム45b並びに各排気カム65bの駆動力を対応する吸気弁40および排気弁60に伝達させ、各吸気弁40並びに排気弁60を180°以上の開弁角度CAで開閉制御するように構成されている(図7参照)。
Next, referring to FIG. 2, the
VVT制御手段140は、制御マップM1に基づく運転状態判定手段の判定並びに制御マップM2に定められた制御態様に応じて、吸気弁40並びに排気弁60の開閉タイミングを決定するものである。
The VVT control means 140 determines the opening / closing timing of the
本実施形態においては、図4から明らかなように、極軽負荷運転領域D0においても、圧縮自己着火運転を実行するように設定されている。かかる制御を実行するため、制御マップM2には、図5に示す開弁タイミングが設定されている。 In the present embodiment, as apparent from FIG. 4, in the very-light-load operation region D 0, is configured to perform a compression-ignition operation. In order to execute such control, the valve opening timing shown in FIG. 5 is set in the control map M2.
図5は本実施形態において、極軽負荷運転領域D0での吸気弁40並びに排気弁60の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。
FIG. 5 is a timing chart showing the opening / closing timing of the
図5を参照して、運転領域が極軽負荷運転領域D0である場合、VVT制御手段140は、吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点付近に設定し、排気弁60の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度CAEXを、当該吸気上死点から吸気弁40の開弁タイミングまでのクランク角度CAINよりも大きくなるように、排気弁60の閉タイミングを吸気上死点よりも相当量アドバンスした時期に設定する。このような設定にすることにより、各吸気弁40並びに各排気弁60の開弁角度CAが180°未満(図示の例では、130°)に設定されていることと相俟って、まず、吸気行程での吸気弁40が吸気下死点付近に設定されることにより、吸気弁40の開弁期間が短くなりすぎないようにしつつ、有効圧縮比を確保することが可能になる。また、吸気上死点から吸気弁40の開弁タイミングまでのクランク角度CAINが所定量(図示の例では50°)確保されることによって、多少のポンピングロスが生じるものの、それ以上に要請の高い内部EGRの確保を確実とし、筒内温度、筒内圧力を急速に上昇させて、急速燃焼に寄与することが可能になる。さらに、排気弁60の開弁タイミングも、当該排気弁60の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度CAEXが、当該吸気上死点から吸気弁40の開弁タイミングまでのクランク角度CAINよりも大きくなるようにアドバンスされているので、内部EGRを確保するためのクランク角度CAEXが大きく(図示の例では100°)確保されることにより、充分な内部EGRを確保し、筒内の温度上昇に寄与することが可能になる。
Referring to FIG. 5, when the operation region is the extremely light load operation region D 0 , VVT control means 140 sets the closing timing of
図6は本実施形態において、高負荷運転領域D2での吸気弁40並びに排気弁60の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart showing the opening / closing timing of the
図6を参照して、運転領域が高負荷運転領域D2である場合、VVT制御手段140は、排気弁60の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードする(図示の例では、吸気上死点前のクランク角度CAEXが70°以上の範囲)とともに、吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点から所定量リタードする(図示の例では、吸気下死点後20°)ように構成されている。このため、高負荷運転領域D2では、有効圧縮比が下がるとともに、内部EGRが低減されることにより、圧縮自己着火を緩慢燃焼で実現することが可能になる。この結果、ノッキングを確実に回避することができ、さらには、ポンピングロスの低減にも寄与することが可能になる。
Referring to FIG. 6, when the operation region is the high load operation region D 2 , the
図7は本実施形態において、火花点火運転領域SIでの吸気弁40並びに排気弁60の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart showing the opening / closing timing of the
図7を参照して、運転領域が火花点火運転領域SIである場合、VVT制御手段140は、吸気弁40の開弁タイミングを吸気上死点よりも若干前に設定し、排気弁60の開弁タイミングを排気下死点よりも若干前に設定する。上述したように、運転領域が火花点火運転領域SIである場合、VVL制御手段120は、作動油回路46、66に作動油を供給して吸気カム45b並びに各排気カム65bの駆動力を対応する吸気弁40および排気弁60に伝達させ、各吸気弁40並びに排気弁60を180°以上の開弁角度CA(図示の例では、吸気弁40の開弁角度CAが200°〜230°、排気弁60の開弁角度CAが180°〜200°)で開閉制御する。この結果、吸気弁40および排気弁60の閉弁角度CAは、それぞれ吸気下死点直後、吸気上死点直後になる。
Referring to FIG. 7, when the operation region is the spark ignition operation region SI, the
なお、制御マップM2には、極軽負荷運転領域D0から高負荷運転領域D2までの間の低負荷運転領域D1において、高負荷側ほど吸気弁40、排気弁60がそれぞれの比率でリタードするように無段階的にリタード量が設定されている。
Note that the control map M2, in the low load operating region D 1 of the period from very-light-load operation region D 0 to a high-load operation region D 2, the
以上説明したように、本実施形態では、圧縮自己着火運転領域Dにおいて対応する吸気弁40並びに排気弁60を180°未満に固定されたカム(吸気カム45a、排気カム65a)によって開閉しているので、廉価な構成となる。加えて、アイドルに限りなく近い極軽負荷運転領域D0においては、吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点近傍に設定することにより、開弁角度CAが180°未満に固定されたカム(吸気カム45a、排気カム65a)を採用することと相俟って、吸気弁40開弁期間が短くなりすぎないようにして高い有効圧縮比を確保することができるとともに、排気弁60の閉タイミングを吸気上死点よりも相当量アドバンスした時期に設定し、排気弁60の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度CAEXを、吸気上死点から吸気弁40の開弁タイミングまでのクランク角度CAINよりも大きく設定しているので、上述の通り、高い有効圧縮比を保持しつつ充分なEGR量を確保することができる。この結果、極軽負荷運転領域D0においても、筒内温度、筒内圧力を速やかに高め、高い燃費性能で圧縮自己着火運転を実現することが可能になる。他方、高負荷側では、排気弁60の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードするとともに、吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点から所定量ずらすように設定されているので、EGR量を低減しかつ有効圧縮比を下げることが可能になり、ノッキングを防止可能な緩慢燃焼を実現することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the corresponding
また本実施形態では、コントロールユニット100は、VVL制御手段120、VVT制御手段140によって、高負荷運転領域では、排気弁60の閉タイミングから吸気上死点までのクランク角度CAEXと吸気上死点から吸気弁40の開タイミングまでのクランク角度CAINとが等しくなるように吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点に対してリタードするものである。このため本実施形態では、高負荷運転領域で有効圧縮比を低減するのに当たり、吸気上死点を境にして、吸気弁40の開タイミングと排気弁60の閉タイミングとが略対称形になるので、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることが可能になる。
In the present embodiment, the
上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず本発明は上述した実施形態に限定されない。 The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.
図8は本発明の別の実施形態において、高負荷運転領域D2での吸気弁40並びに排気弁60の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。
FIG. 8 is a timing chart showing opening and closing timings of the
図8を参照して、運転領域が高負荷運転領域D2である場合に吸気弁40の閉タイミングを吸気下死点から所定量リタードする方法としては、吸気弁40の開弁タイミングをアドバンス(図示の例では、吸気上死点から開弁タイミングまでのクランク角度CAINを30°に設定)している。この態様においても、VVT制御手段140は、排気弁60の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードする(図示の例では、吸気上死点前のクランク角度CAEXが70°以上の範囲)ので、図6の実施形態と同様に、有効圧縮比を下げ、内部EGRを低減して緩慢燃焼を図ることが可能である。
Referring to FIG. 8, the closing timing of the
なお、図8の実施形態の制御マップM2には、極軽負荷運転領域D0から高負荷運転領域D2までの間の低負荷運転領域D1において、高負荷側ほど吸気弁40がアドバンスし、排気弁60がリタードするように、それぞれのアドバンス量、リタード量が無段階的に設定されている。
Note that the embodiment of the control map M2 of FIG. 8, in the low load operating region D 1 of the period from very-light-load operation region D 0 to a high-load operation region D 2, the
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
10 火花点火式4サイクルガソリンエンジン
20 エンジン本体
24 気筒
30 吸気システム
40 吸気弁
41、61 動弁機構
42 VVT(可変バルブタイミング機構)
44a カムシャフト
45a、45b 吸気カム
46 作動油回路
47 電磁弁
50 排気システム
60 排気弁
65a、65b 排気カム
67 電磁弁
100 コントロールユニット
110 運転状態判定手段
120 VVL制御手段
140 VVT制御手段
CA 開弁角度
CAEX クランク角度
CAIN クランク角度
D 圧縮自己着火運転領域(部分負荷運転領域)
D0 極軽負荷運転領域
D1 低負荷運転領域
D2 高負荷運転領域
M1 制御マップ
M2 制御マップ
SW1 クランク角度センサ
SW2 エアフローセンサ
SW3 アクセル開度センサ
DESCRIPTION OF
D 0 Extreme light load operation region D 1 Low load operation region D 2 High load operation region M1 Control map M2 Control map SW1 Crank angle sensor SW2 Airflow sensor SW3 Accelerator opening sensor
Claims (2)
吸気弁および排気弁にそれぞれ設けられ、前記部分負荷運転領域において対応する弁を180°未満に固定された開弁角度で開閉するためのカムと、
各カムを介して吸気弁および排気弁の開閉タイミングを変更可能にする可変バルブタイミング機構と、
この可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と
を設け、前記制御手段は、
アイドル運転領域に近い極軽負荷運転領域では、前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点に設定し、前記排気弁の閉弁タイミングから吸気上死点までのクランク角度が吸気上死点から前記吸気弁の開弁タイミングまでのクランク角度よりも大きくなるように、前記排気弁の閉タイミングを設定するものであるとともに、
高負荷運転領域では、前記排気弁の閉タイミングを吸気上死点の方へリタードするとともに、前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点から所定量リタードするように設定するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 By changing the exhaust valve closing timing before the intake top dead center and changing the intake valve opening timing after the intake top dead center at least in the partial load operation region of the engine, A spark ignition type gasoline engine that performs compression self-ignition operation while remaining in
A cam for opening and closing the corresponding valve in the partial load operation region at a valve opening angle fixed at less than 180 °, provided on each of the intake valve and the exhaust valve;
A variable valve timing mechanism capable of changing the opening and closing timing of the intake valve and the exhaust valve via each cam;
Control means for controlling the variable valve timing mechanism, the control means,
The very-light-load operation zone close to the idling region, the closing timing of the intake valve is set to the intake bottom dead center, the crank angle is the intake top dead center of the intake top dead center from the valve-closing timing of the exhaust valve as is larger than the crank angle to the valve-opening timing of the intake valve, with the closing timing of the exhaust valve is to set,
In the high-load operation region, wherein the well as retarding the closing timing of the exhaust valve towards the intake top dead center, and sets the closing timing of the intake valve to a predetermined amount retard the intake bottom dead center A spark ignition gasoline engine.
前記制御手段は、高負荷運転領域では、前記排気弁の閉タイミングから吸気上死点までのクランク角度と吸気上死点から前記吸気弁の開タイミングまでのクランク角度とが等しくなるように前記吸気弁の閉タイミングを吸気下死点に対してリタードするものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 The spark ignition gasoline engine according to claim 1,
Wherein, in the high-load operation region, wherein as the crank angle from the closing timing of the exhaust valve to the intake top dead center and the crank angle from the intake top dead center to the open timing of the intake valve becomes equal properly A spark ignition gasoline engine characterized in that the closing timing of the intake valve is retarded with respect to the intake bottom dead center.
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