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JP6544418B2 - Engine control device - Google Patents

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JP6544418B2
JP6544418B2 JP2017237748A JP2017237748A JP6544418B2 JP 6544418 B2 JP6544418 B2 JP 6544418B2 JP 2017237748 A JP2017237748 A JP 2017237748A JP 2017237748 A JP2017237748 A JP 2017237748A JP 6544418 B2 JP6544418 B2 JP 6544418B2
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友巳 渡辺
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裕太 森永
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description

本発明はエンジンの制御装置、特に、エンジンの触媒早期暖機制御装置に関し、内燃機関のエミッション対策の技術分野に属する。   The present invention relates to an engine control device, and more particularly to a catalyst early warm-up control device for an engine, and belongs to the technical field of emission control of an internal combustion engine.

火花点火による燃焼を行うエンジンにおいて、排気通路に設けられた排気浄化触媒(以下、「触媒装置」という)の早期活性化を図るために、AWS(Accelerated Warm−up System)が用いられることがある。例えば、特許文献1には、AWSとして、エンジンの冷間始動直後で、前記触媒装置が未活性状態のときに、点火時期を圧縮上死点を超えてリタードさせることにより、混合気を膨張行程中に燃焼させ、これにより排気ガス温度および排気熱量を増大させて前記触媒装置の暖機を促進する技術が開示されている。   In an engine that performs combustion by spark ignition, an accelerated warm-up system (AWS) may be used in order to achieve early activation of an exhaust purification catalyst (hereinafter referred to as "catalyst device") provided in an exhaust passage. . For example, in Patent Document 1, as the AWS, as the catalyst is in an inactive state immediately after cold start of the engine, the air-fuel mixture is expanded by retarding the ignition timing beyond the compression top dead center. A technique is disclosed which promotes combustion of the catalyst device by burning it in, thereby increasing exhaust gas temperature and exhaust heat quantity.

また、特許文献1には、上記のようなAWSの実行での点火時期のリタードにともなう燃焼悪化を抑制するべく、ピストン上面に設けられた凹部状のキャビティに燃料を噴射することで、このキャビティに対応した位置に設けられた点火プラグ周りに混合気の燃料濃度がリッチな状態が形成されるものが開示されている。   Further, in Patent Document 1, in order to suppress the deterioration of combustion due to the retardation of the ignition timing in the execution of the above-described AWS, this cavity is formed by injecting the fuel into a concave cavity provided on the upper surface of the piston. It is disclosed that a rich fuel concentration of air-fuel mixture is formed around a spark plug provided at a position corresponding to.

ところで、近年、車両用エンジンについては、高出力化および高燃費性能化を目的として、SPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼の実用化が図られている。   By the way, in recent years, for vehicle engines, for the purpose of achieving high output and high fuel efficiency performance, practical use of SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion has been promoted.

このSPCCI燃焼は、燃焼室内の混合気を火花点火し、発生した火炎を周囲の混合気に伝播させるSI(Spark Ignition)燃焼を開始させると、SI燃焼の発熱および火炎伝播による圧力上昇によって、その周囲の混合気を燃焼室内の全体で瞬間的に圧縮着火される。これによれば、CI(Compression Ignition)燃焼によって、燃焼室内の混合気が短期間で完全燃焼し、燃焼エネルギが効率よくトルクに変換される。   This SPCCI combustion sparks the mixture in the combustion chamber and starts the SI (Spark Ignition) combustion that propagates the generated flame to the surrounding mixture, and the pressure rise due to the SI combustion and the flame propagation causes the combustion to occur. The surrounding mixture is instantaneously compression-ignited throughout the combustion chamber. According to this, by CI (Compression Ignition) combustion, the mixture within the combustion chamber is completely burned in a short period of time, and the combustion energy is efficiently converted into torque.

また、SPCCI燃焼を実現するためには、燃焼室内に濃度が均一な混合気を形成するとともに、圧縮着火のために筒内温度を十分に高める必要がある。前者のためには、燃料噴射弁を燃焼室の上面中央に配置する。後者のためには、例えば筒内温度を1000K以上とするため、従来の高圧縮比ガソリンの圧縮比よりもさらに高い例えば16程度の圧縮比が必要とされる。   Further, in order to realize the SPCCI combustion, it is necessary to form an air-fuel mixture having a uniform concentration in the combustion chamber and to sufficiently increase the in-cylinder temperature for compression ignition. For the former, the fuel injection valve is disposed at the upper center of the combustion chamber. For the latter, for example, in order to set the in-cylinder temperature to 1000 K or more, a compression ratio of, for example, about 16 that is even higher than the compression ratio of the conventional high compression ratio gasoline is required.

このようなエンジンでは、運転状態に応じて、SPCCI燃焼を実施する運転領域と、SI燃焼が実施される領域とが設けられている。例えば、エンジンの負荷が高くなると、燃料噴射量が増えるとともに、燃焼室内の温度も高くなることから、SPCCI燃焼を行おうとしても、SI燃焼の開始とともに、CI燃焼が発生してしまうため、高負荷の運転領域では、SI燃焼が実施される。   In such an engine, an operating region for performing SPCCI combustion and a region for performing SI combustion are provided according to the operating state. For example, when the load on the engine increases, the fuel injection amount increases and the temperature in the combustion chamber also increases. Therefore, even if SPCCI combustion is performed, CI combustion occurs with the start of SI combustion, so the engine load is high. In the operating range of load, SI combustion is performed.

ところが、SI燃焼のみが行われる低回転高負荷の運転領域では、高圧縮化に起因してノッキングや過早着火等の異常燃焼が発生しやすくなる場合があり、この問題に対しては、燃料噴射時期をリタードさせるとともに、噴射された燃料を速やかに点火プラグに輸送(早期燃料輸送)することで、過早着火を回避する対策が取られる。   However, abnormal combustion such as knocking or preignition may be more likely to occur due to high compression in the low-rotation high-load operating region where only SI combustion is performed. By retarding the injection timing and quickly transporting the injected fuel to the spark plug (early fuel transport), measures are taken to avoid premature ignition.

そして、SPCCI燃焼のエンジンでは、上記のような早期燃料輸送の要請から、キャビティの少なくとも一部で点火プラグに対応した部位のキャビティを浅くすることで、キャビティの底部と点火プラグ周辺との距離が短縮されている。その結果、このキャビティに噴射された燃料が、点火プラグ付近に速やかに輸送される。   And, in the engine of SPCCI combustion, the distance between the bottom of the cavity and the spark plug periphery can be increased by shallowing the cavity of the part corresponding to the spark plug in at least a part of the cavity from the above-mentioned request for early fuel transport. It has been shortened. As a result, the fuel injected into this cavity is quickly transported near the spark plug.

特開2014−136989号公報JP, 2014-136989, A

しかし、例えば、上述のSPCCI燃焼用に構成されたキャビティの小さいエンジンにおいて、通常、SI燃焼が行われるAWSを実施した場合、噴射時期がリタードされるため、点火プラグ周りに点火に必要なリッチ混合気を生成する必要がある。しかしながら、キャビティが小さいため、キャビティ内には、噴射された燃料の一部しか保持されず、混合気の着火性および燃焼が悪化する虞がある。   However, for example, in an engine with a small cavity configured for SPCCI combustion described above, when AWS is performed in which SI combustion is normally performed, the injection timing is retarded, so rich mixing necessary for ignition around the spark plug is performed. You need to create a mind. However, since the cavity is small, only a part of the injected fuel is retained in the cavity, which may deteriorate the ignitability and combustion of the air-fuel mixture.

このような問題は、SPCCI燃焼を行うエンジンに限らず、比較的高圧縮比のエンジンやキャビティが小さいエンジンにおいても同様に発生する可能性がある。   Such problems may occur not only in engines that perform SPCCI combustion, but also in engines with relatively high compression ratios and engines with small cavities.

そこで、本発明は、上記のようなエンジンにおいて、AWS実施時の着火性の向上および燃焼安定性を図ることを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to aim at the improvement of the ignitability at the time of AWS implementation, and combustion stability in the above engines.

前記課題を解決するため、本発明に係るエンジンの制御装置は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned subject, a control device of an engine concerning the present invention is characterized by having constituted as follows.

まず、請求項1に記載の発明は、
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部と、前記第2噴口部とは、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備え、前記ピストンの軸方向から見て前記第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、前記第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりも小さく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成され、
前記ピストンには、第2のキャビティが設けられており、前記キャビティは、第2のキャビティよりも小さいスモールキャビティであることを特徴とする。
First, the invention according to claim 1 is
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
The first injection port portion of the injector and the second injection port portion have a plurality of injection ports having injection direction axes different from each other, and the injection direction of the adjacent injection ports of the first injection port portion when viewed from the axial direction of the piston Since the angle formed between the shafts is set smaller than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection ports of the second injection port section, the mixture in the cavity is more than the mixture in the outside of the cavity. The rich air-fuel ratio is
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
When not cold, the swirl forming portion forms a swirl flow,
The piston is provided with a second cavity, and the cavity is a small cavity smaller than the second cavity .

また、請求項2に記載の発明は、
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部の噴口の大きさが、第2噴口部の噴口の大きさよりも大きく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成されることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
By setting the size of the injection port of the first injection port in the injector to be larger than the size of the injection port of the second injection port, the air-fuel mixture in the cavity is made richer than the air-fuel mixture outside the cavity,
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
When not cold, the swirl forming portion is characterized in that a swirl flow is formed.

また、請求項3に記載の発明は、前記請求項1または請求項2に記載の発明において、
前記コントローラは、冷間時には、スワール流を形成させず、または、非冷間時よりも弱い強度でスワール流を形成することを特徴とする。
In the invention described in claim 3, in the invention described in claim 1 or claim 2,
The controller is characterized in that it does not form a swirl flow when cold, or forms a swirl flow with a weaker strength than when not cold.

また、請求項4に記載の発明は、前記請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明において、
前記スワール形成部は、吸気通路に設けられたスワール制御弁であり、
前記コントローラは、前記スワール制御弁の開度をスワール比2以上4未満になるように制御することを特徴とする。
In the invention described in claim 4, in the invention described in any one of claims 1 to 3,
The swirl formation portion is a swirl control valve provided in the intake passage,
The controller controls the opening degree of the swirl control valve so that the swirl ratio is 2 or more and less than 4.

また、請求項5に記載の発明は、前記請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発明において、
前記エンジンは、ステム部を有する吸気弁と、
ブローバイシステムとを備え、
前記コントローラは、失火判定手段を有し、
前記失火判定手段が失火を判定した場合には、前記スワール流を強めることを特徴とする。
In the invention described in claim 5, according to the invention described in any one of claims 1 to 4,
The engine includes an intake valve having a stem portion;
Equipped with a blow-by system,
The controller has a misfire determination means,
When the misfire determination means determines a misfire, the swirl flow is intensified.

また、請求項6に記載の発明は、前記請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の発明において、
前記エンジンが、高負荷低回転の運転領域において、
前記コントローラは、他の運転領域に比べて圧縮行程後期以降の遅れたタイミングに燃料噴射を行うように前記インジェクタに制御信号を出力するとともに、その後、点火するように点火プラグに制御信号を出力することを特徴とする。
In the invention described in claim 6, according to the invention described in any one of the above-mentioned claims 1 to 5,
In the high load and low speed operation region, the engine is
The controller outputs a control signal to the injector so as to perform fuel injection at a delayed timing after the late stage of the compression stroke as compared with the other operation range, and then outputs a control signal to the spark plug so as to ignite. It is characterized by

また、請求項に記載の発明は
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部と、前記第2噴口部とは、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備え、前記ピストンの軸方向から見て前記第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、前記第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりも小さく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成され、
前記エンジンの圧縮比は14以上であることを特徴とする。
The invention described in Claim 7,
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
The first injection port portion of the injector and the second injection port portion have a plurality of injection ports having injection direction axes different from each other, and the injection direction of the adjacent injection ports of the first injection port portion when viewed from the axial direction of the piston Since the angle formed between the shafts is set smaller than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection ports of the second injection port section, the mixture in the cavity is more than the mixture in the outside of the cavity. The rich air-fuel ratio is
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
When not cold, the swirl forming portion forms a swirl flow,
The compression ratio of the engine is 14 or more.

請求項1に記載の発明によれば、排気浄化触媒の温度を上昇させるためのAWS制御中においては、例えば、点火時期をリタードさせることで、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を実現している。そして、キャビティに臨んだ点火プラグによって、キャビティ内の混合気に点火される。本発明では、インジェクタは、キャビティ内を指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、キャビティ外を指向するよう燃料噴射する第2噴口部とを有し、第1噴口部および第2噴口部は、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備えている。また、ピストンの軸方向から見て、第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりもさく設定されている。これにより、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされるので、点火時期をリタードさせたことによる着火の悪化を補える程度の十分な燃料をキャビティ内に確保可能となり、着火性を確保することができる。   According to the first aspect of the present invention, during the AWS control for raising the temperature of the exhaust purification catalyst, for example, the exhaust temperature is raised by retarding the ignition timing to realize the early warm-up of the catalyst. doing. Then, the mixture in the cavity is ignited by the spark plug facing the cavity. In the present invention, the injector has a first injection port for injecting fuel to direct the inside of the cavity and a second injection port for injecting fuel to direct the outside of the cavity, and the first injection port and the second injection port are And a plurality of injection ports each having a different injection direction axis. Further, when viewed from the axial direction of the piston, the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection holes of the first injection port portion is greater than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection holes of the second injection port portion. It is set up. As a result, the air-fuel mixture in the cavity is made richer than the air-fuel mixture outside the cavity, so it is possible to secure sufficient fuel in the cavity to compensate for the deterioration of the ignition caused by retarding the ignition timing. The ignitability can be secured.

さらに、本発明の構成においては、非冷間時には、スワール形成部によりスワール流を形成することで、燃焼室内の燃料を速やか均質化することができる。例えば、CI燃焼のように、燃焼室内の燃料濃度の均質化が必要なエンジンの運転状態における、燃焼安定性を確保することができる。   Furthermore, in the configuration of the present invention, the fuel in the combustion chamber can be rapidly homogenized by forming the swirl flow by the swirl formation portion when not cold. For example, as in the case of CI combustion, combustion stability can be ensured in the operating state of the engine that requires homogenization of the fuel concentration in the combustion chamber.

したがって、冷間時のリッチ混合気形成と、非冷間時の均質混合気形成を両立することができる。
また、キャビティは、スモールキャビティとラージキャビティとからなり、スモールキャビティ近傍の混合気に点火するので、スモールキャビティは燃料噴射後にラージキャビティに比べて早く到達する。すなわち、燃料噴射後、燃料がキャビティに到達するまでの燃料輸送の時間を短縮することができるので、燃料噴射時期を遅らせることによって、燃料噴射時期から点火時期までの間の時間を短縮することができる。その結果、燃料噴射を遅らせることによる、過早着火を効果的に防止することができる。
Therefore, it is possible to achieve both the rich mixture formation in the cold state and the homogeneous mixture formation in the non-cold state.
In addition, since the cavity comprises the small cavity and the large cavity and ignites the mixture near the small cavity, the small cavity reaches the fuel injection earlier than the large cavity. That is, since it is possible to shorten the time for fuel transportation until the fuel reaches the cavity after fuel injection, it is possible to shorten the time from the fuel injection timing to the ignition timing by delaying the fuel injection timing. it can. As a result, it is possible to effectively prevent pre-ignition by delaying the fuel injection.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様に、排気浄化触媒の温度を上昇させるためのAWS制御中においては、例えば、点火時期をリタードさせることで、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を実現している。そして、キャビティに臨んだ点火プラグによって、キャビティ内の混合気に点火される。本発明では、キャビティ内を指向するよう燃料噴射する第1噴口部の噴口の大きさは、キャビティ外を指向するよう燃料噴射する第2噴口部の噴口の大きさよりも大きくされているので、点火時期をリタードさせたことによる着火の悪化を補える程度の十分な燃料をキャビティ内に確保することができる(キャビティ内にリッチ混合気を形成することができる)ので、着火性を確保することができる。   According to the second aspect of the invention, as in the first aspect, during the AWS control for raising the temperature of the exhaust purification catalyst, for example, the exhaust temperature is raised by retarding the ignition timing, We have realized early warm-up of the catalyst. Then, the mixture in the cavity is ignited by the spark plug facing the cavity. In the present invention, the size of the injection port of the first injection port for injecting fuel to direct the inside of the cavity is larger than the size of the injection port of the second injection port for injecting fuel to direct the outside of the cavity. Since sufficient fuel can be secured in the cavity to compensate for the deterioration of ignition due to retarding the timing (a rich mixture can be formed in the cavity), the ignitability can be secured. .

さらに、本発明の構成においては、非冷間時には、スワール形成部によりスワール流を形成することで、燃焼室内の燃料を速やか均質化することができる。例えば、CI燃焼のように、燃焼室内の燃料濃度の均質化が必要なエンジンの運転状態における、燃焼安定性を確保することができる。   Furthermore, in the configuration of the present invention, the fuel in the combustion chamber can be rapidly homogenized by forming the swirl flow by the swirl formation portion when not cold. For example, as in the case of CI combustion, combustion stability can be ensured in the operating state of the engine that requires homogenization of the fuel concentration in the combustion chamber.

請求項3に記載の発明によれば、冷間時、例えば、排気浄化触媒の温度を上昇させるためのAWS中においては、点火時期を遅らせることに起因する着火性を確保するために、十分な量の燃料噴霧がキャビティ内に向かうようにされている。このとき、燃焼室内においてスワール流を形成させず、または、非冷間時よりも弱い強度でスワール流を形成するので、キャビティ内に向かう燃料噴霧がキャビティ外へ流れ出すことが抑制され、着火性を確保することができる。   According to the third aspect of the present invention, in the cold state, for example, in AWS for raising the temperature of the exhaust gas purification catalyst, sufficient for securing the ignitability caused by delaying the ignition timing. A quantity of fuel spray is directed into the cavity. At this time, no swirl flow is formed in the combustion chamber, or the swirl flow is formed with a strength weaker than that in the non-cold state, so that the fuel spray directed to the inside of the cavity is suppressed from flowing out of the cavity. It can be secured.

また、請求項4に記載の発明によれば、請求項1または請求項2に記載のスワール形成手段を具体的に示したもので、スワール制御弁の開度を、エンジンの運転状態に応じてスワール比2以上4未満になるように制御することで、異なる運転状態においても燃焼室内に均質混合気を形成することができ、燃焼を促進することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the swirl forming means of the first or second aspect is specifically shown, and the opening degree of the swirl control valve is determined according to the operating state of the engine. By controlling so that the swirl ratio is 2 or more and 4 or less, a homogeneous mixture can be formed in the combustion chamber even in different operating conditions, and combustion can be promoted.

ところで、例えば、吸気に混入したブローバイオイルと、ノッキング防止のための内部EGRにより燃焼室内のカーボンとが混合されるとともに、吸気弁のステム部にデポジットとして付着する。このデポジットがステム部に堆積すると、スワール流を弱めることになり、燃焼室内の混合気の拡散がされにくくなる場合があり、燃焼室内に均質混合気が形成できなくなる虞がある。   By the way, for example, the blowby oil mixed in the intake air and the carbon in the combustion chamber are mixed by the internal EGR for knocking prevention and adhere as a deposit to the stem portion of the intake valve. If this deposit accumulates on the stem portion, the swirl flow will be weakened, which may make it difficult to diffuse the air-fuel mixture in the combustion chamber, which may make it impossible to form a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber.

これに対して、請求項5に記載の発明によれば、コントローラが失火判定手段により失火を判定した場合には、スワール弁をスワール流を強めるように制御することで、弱まったスワール流の強さを補うことができ、エンジンが失火することを抑制できる。   On the other hand, according to the invention described in claim 5, when the controller determines the misfire by the misfire determination means, the swirl valve is controlled to intensify the swirl flow to strengthen the weakened swirl flow. To prevent engine misfires.

請求項6に記載の発明によれば、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる高負荷低回転時において、インジェクタは圧縮行程後期以降の遅いタイミングに燃料を噴射し、その後点、火プラグが点火をするように制御されている。これにより、燃料の反応の進みすぎによる過早着火が発生することを抑制することができる。   According to the invention as set forth in claim 6, at the time of high load and low rotation where the time required for the crank angle to change by 1 ° is long, the injector injects the fuel at a late timing after the late stage of the compression stroke. The fire plug is controlled to fire. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of pre-ignition due to the progress of the reaction of the fuel.

請求項に記載の発明によれば、排気浄化触媒の温度を上昇させるためのAWS制御中においては、例えば、点火時期をリタードさせることで、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を実現している。そして、キャビティに臨んだ点火プラグによって、キャビティ内の混合気に点火される。本発明では、インジェクタは、キャビティ内を指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、キャビティ外を指向するよう燃料噴射する第2噴口部とを有し、第1噴口部および第2噴口部は、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備えている。また、ピストンの軸方向から見て、第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりもさく設定されている。これにより、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされるので、点火時期をリタードさせたことによる着火の悪化を補える程度の十分な燃料をキャビティ内に確保可能となり、着火性を確保することができる。
さらに、本発明の構成においては、非冷間時には、スワール形成部によりスワール流を形成することで、燃焼室内の燃料を速やか均質化することができる。例えば、CI燃焼のように、燃焼室内の燃料濃度の均質化が必要なエンジンの運転状態における、燃焼安定性を確保することができる。
したがって、冷間時のリッチ混合気形成と、非冷間時の均質混合気形成を両立することができる。
また、SPCCI燃焼を実施するために、エンジンの圧縮比を14以上の高圧縮比にした場合においても、上述の効果を得ることができる。


According to the invention as set forth in claim 7 , during the AWS control for raising the temperature of the exhaust purification catalyst, for example, the exhaust temperature is raised by retarding the ignition timing to realize the early warm-up of the catalyst. doing. Then, the mixture in the cavity is ignited by the spark plug facing the cavity. In the present invention, the injector has a first injection port for injecting fuel to direct the inside of the cavity and a second injection port for injecting fuel to direct the outside of the cavity, and the first injection port and the second injection port are And a plurality of injection ports each having a different injection direction axis. Further, when viewed from the axial direction of the piston, the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection holes of the first injection port portion is greater than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection holes of the second injection port portion. It is set up. As a result, the air-fuel mixture in the cavity is made richer than the air-fuel mixture outside the cavity, so it is possible to secure sufficient fuel in the cavity to compensate for the deterioration of the ignition caused by retarding the ignition timing. The ignitability can be secured.
Furthermore, in the configuration of the present invention, the fuel in the combustion chamber can be rapidly homogenized by forming the swirl flow by the swirl formation portion when not cold. For example, as in the case of CI combustion, combustion stability can be ensured in the operating state of the engine that requires homogenization of the fuel concentration in the combustion chamber.
Therefore, it is possible to achieve both the rich mixture formation in the cold state and the homogeneous mixture formation in the non-cold state.
Further, even when the compression ratio of the engine is set to a high compression ratio of 14 or more in order to carry out SPCCI combustion, the above-described effect can be obtained.


本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を示すシステム図である。It is a system figure showing the composition of the control device of the engine concerning the embodiment of the present invention. 同実施形態における燃焼室の構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of the combustion chamber in the embodiment. 同実施形態における燃焼室および吸気系の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the combustion chamber and intake system in the same embodiment. (a)スワール比測定のためのリグ試験装置を示す説明図、および、(b)セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を示す図である。(A) An explanatory view showing a rig testing device for measuring a swirl ratio, and (b) a view showing a relationship between an opening ratio of a secondary passage and a swirl ratio. 同実施形態におけるエンジンの制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a control device of an engine in the embodiment. エンジンの運転領域マップである。It is a driving | operation area | region map of an engine. 各運転領域における燃料噴射時期、点火時期、および、燃焼波形を示す説明図である。It is an explanatory view showing fuel injection timing, ignition timing, and a combustion waveform in each operation field. 各運転領域における燃料噴射を行うときの燃焼室の状態を示す説明図である。It is an explanatory view showing the state of a combustion chamber when performing fuel injection in each operation field. 同実施形態における(a)筒内圧の平均値を用いた軽度失火判定の説明図、(b)軽度失火検知回数に応じたスワールコントロール弁開度を示す説明図である。It is explanatory drawing of (a) mild misfire determination using the average value of in-cylinder pressure in the embodiment, (b) It is explanatory drawing which shows the swirl control valve-opening degree according to the frequency | count of mild misfire detection. 同実施形態における(a)燃焼安定性を用いた軽度失火判定方法および軽度失火検知回数に応じたスワールコントロール弁開度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the light misfire determination method using (a) combustion stability in the embodiment, and the swirl control valve-opening degree according to the light misfire detection frequency. 変形例における燃焼室の構成を示す平面図および噴口の拡大図である。It is the top view which shows the structure of the combustion chamber in a modification, and an enlarged view of a nozzle.

以下、本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置の詳細を説明する。   Hereinafter, details of an engine control device according to an embodiment of the present invention will be described.

エンジンは、多気筒のエンジンであって、筒内噴射式エンジンである。エンジン1は、シリンダブロック11と、その上方に配置されるシリンダヘッド12とを備えている。シリンダブロック11の内部に複数のシリンダ13…13が形成されている。図1および図2では、1つのシリンダ13のみを示す。   The engine is a multi-cylinder engine and is a cylinder injection type engine. The engine 1 includes a cylinder block 11 and a cylinder head 12 disposed above the cylinder block 11. A plurality of cylinders 13... 13 are formed in the cylinder block 11. Only one cylinder 13 is shown in FIGS. 1 and 2.

シリンダ13内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3はコネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。クランクシャフト15は、クランクケース16に収納されている。ピストン3は、シリンダ13およびシリンダヘッド12とともに燃焼室17を形成している。   The piston 3 is slidably inserted into the cylinder 13. The piston 3 is connected to a crankshaft 15 via a connecting rod 14. The crankshaft 15 is housed in a crankcase 16. The piston 3 forms a combustion chamber 17 together with the cylinder 13 and the cylinder head 12.

シリンダヘッド12には、燃焼室17に開口する2つの吸気ポート20a、20bと、2つの排気ポート21a、21bとが形成されるとともに、上記両吸気ポート20a、20bをそれぞれ開閉する2つの吸気弁22、22と、上記両排気ポート21a、21bをそれぞれ開閉する2つの排気弁23、23と、燃焼室17に燃料を噴射するインジェクタ18と、燃焼室17内の燃料を燃焼させるための点火プラグ19とが取付けられている。インジェクタ18は燃焼室17の中央部に配置され、この位置から燃焼室17内に直接燃料を噴射するようになっている。また、上記点火プラグ19は燃焼室17の周縁部に配置されている。   The cylinder head 12 is provided with two intake ports 20a and 20b opened to the combustion chamber 17 and two exhaust ports 21a and 21b, and two intake valves for opening and closing both the intake ports 20a and 20b. 22, 22, two exhaust valves 23, 23 for opening and closing the two exhaust ports 21a, 21b, an injector 18 for injecting fuel into the combustion chamber 17, and an ignition plug for burning the fuel in the combustion chamber 17. 19 and is attached. The injector 18 is disposed at the center of the combustion chamber 17 and injects fuel directly into the combustion chamber 17 from this position. Further, the spark plug 19 is disposed at the peripheral portion of the combustion chamber 17.

インジェクタ18には、燃料供給システム(図示せず)が接続されている。燃料供給システムは、燃料を貯留するよう構成された燃料タンクと、燃料タンクとインジェクタ18とを互いに連結する燃料供給路とを備えている。燃料供給路には、燃料ポンプとコモンレールとが介設している。燃料ポンプは、コモンレールに燃料を圧送する。燃料ポンプは、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレールは、燃料ポンプから圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ18が開弁すると、コモンレールに蓄えられていた燃料が、インジェクタ18の噴口から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システムは、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ18に供給することが可能に構成されている。燃料供給システムの最高燃料圧力は、例えば120MPa程度にしてもよい。インジェクタ18に供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システムの構成は、前記の構成に限定されない。 A fuel supply system (not shown) is connected to the injector 18. The fuel supply system includes a fuel tank configured to store fuel, and a fuel supply path connecting the fuel tank and the injector 18 to each other. A fuel pump and a common rail are interposed in the fuel supply path. The fuel pump pumps fuel to the common rail. The fuel pump is a plunger type pump driven by the crankshaft 15 in this configuration example. The common rail is configured to store the fuel pumped from the fuel pump at high fuel pressure. When the injectors 18 are opened, the fuel stored in the common rail is injected from the injection port of the injectors 18 into the combustion chamber 17. The fuel supply system is configured to be able to supply fuel with a high pressure of 30 MPa or more to the injectors 18. The maximum fuel pressure of the fuel supply system may be, for example, about 120 MPa. The pressure of the fuel supplied to the injector 18 may be changed according to the operating state of the engine 1. The configuration of the fuel supply system is not limited to the above configuration.

エンジン1は、吸気弁22と排気弁23によって、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる燃焼サイクルを実行する。吸気弁22および排気弁23は、それぞれの動作タイミングを、可変バルブタイミング機構としての可変吸気バルブ機構および可変排気バルブ機構によって可変に構成されている(図示せず)。なお、吸気ポート20a、20bには吸気通路4が接続されており、排気ポートには21a、21b排気通路5が接続されている。   The engine 1 executes a combustion cycle consisting of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke by the intake valve 22 and the exhaust valve 23. The intake valve 22 and the exhaust valve 23 are configured to change their operation timings by a variable intake valve mechanism as a variable valve timing mechanism and a variable exhaust valve mechanism (not shown). The intake passage 4 is connected to the intake ports 20a and 20b, and the exhaust passage 5 is connected to the exhaust port 21a and 21b.

吸気通路4には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナー41と、通過する吸気の量を調整するスロットルバルブ42と、通過する吸気を昇圧させる過給機43と、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラー44と、エンジン1に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク45と、が設けられている。   In the intake passage 4, an air cleaner 41 for purifying intake air introduced from the outside sequentially from the upstream side, a throttle valve 42 for adjusting the amount of intake air passing therethrough, and a turbocharger 43 for boosting the intake air passing therethrough; An intercooler 44 for cooling the intake air by the outside air or cooling water, and a surge tank 45 for temporarily storing the intake air supplied to the engine 1 are provided.

吸気通路4には、バイパス通路46が接続されており、具体的には、過給機43およびインタークーラー44をバイパスするように、吸気通路4の過給機43の上流部とインタークーラー44の下流部とが互いに接続されている。バイパス通路46には、バイパス通路46を流れる吸気の量を調整するバイパス弁47が設けられている。   A bypass passage 46 is connected to the intake passage 4, and specifically, an upstream portion of the turbocharger 43 and a downstream portion of the intercooler 44 of the intake passage 4 so as to bypass the turbocharger 43 and the intercooler 44. And are connected to each other. The bypass passage 46 is provided with a bypass valve 47 that adjusts the amount of intake air flowing through the bypass passage 46.

吸気通路4には、吸気系に排気ガスの一部や未燃炭化水素およびオイルミストを導入し、これらを再燃焼させて無害化するようにするためのブローバイガス還元装置48が設けられている。ブローバイガス還元装置48は、スロットルバルブ42より下流側の吸気通路4と、クランクケース16内に形成されるクランク室16aの内部空間とを連通する新気導入通路48a、および、シリンダヘッド12内と、スロットルバルブ42の上流における吸気通路4とを連通するブローバイガス還元通路48bとが設けられている。なお、新気導入通路48aにはスロットルバルブ42の下流側の吸気負圧に応じて開度が変化するPCVバルブ48cが介装されている。   The intake passage 4 is provided with a blow-by gas reduction device 48 for introducing a part of exhaust gas, unburned hydrocarbon and oil mist into the intake system and re-burning them to render them harmless. . The blowby gas reduction device 48 communicates with the fresh air introduction passage 48a communicating the intake passage 4 downstream of the throttle valve 42 with the internal space of the crank chamber 16a formed in the crankcase 16, and the inside of the cylinder head 12 A blowby gas reduction passage 48b communicating with the intake passage 4 upstream of the throttle valve 42 is provided. A PCV valve 48c whose opening degree changes according to the intake negative pressure on the downstream side of the throttle valve 42 is interposed in the fresh air introduction passage 48a.

ブローバイガス還元装置48は、新気導入通路48aからクランク室16a内に新気を導入することでクランク室16aが加圧され、クランク室16aのブローバイガスをクランク室16a上方のシリンダ13、シリンダヘッド12、および、ブローバイガス還元通路48bを介して、スロットルバルブ42上流の吸気通路4に還元する。   In the blow-by gas reduction system 48, the crank chamber 16a is pressurized by introducing fresh air into the crank chamber 16a from the fresh air introduction passage 48a, and the blow-by gas in the crank chamber 16a is the cylinder 13 and cylinder head above the crank chamber 16a. 12, and the intake passage 4 upstream of the throttle valve 42 through the blowby gas reduction passage 48b.

排気通路5には、排気ガスの浄化機能を有する触媒装置51が設けられており、排気通路5上には、排気ガス(既燃ガス)の一部をEGRガスとして吸気通路4に還流させるEGR装置52が設けられている。EGR装置52は、上流側が上流側触媒51aと下流側触媒51bとの間に接続され、下流端は、吸気通路4における過給機43の上流に接続されたEGR通路53と、EGRガスを冷却するEGRクーラー54と、EGR通路53を流れるEGRガス量を制御するEGRバルブ55とを有する。   A catalyst device 51 having a function of purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 5, and on the exhaust passage 5, EGR is caused to recirculate part of the exhaust gas (burned gas) to the intake passage 4 as EGR gas. A device 52 is provided. The EGR device 52 is connected between the upstream side catalyst 51 a and the downstream side catalyst 51 b on the upstream side, and has a downstream end that cools the EGR passage 53 connected to the upstream of the supercharger 43 in the intake passage 4 and the EGR gas And an EGR valve 55 for controlling the amount of EGR gas flowing through the EGR passage 53.

ここで、図2を用いて、本実施形態におけるエンジン1の燃焼室17周辺の構造について詳しく説明する。図2は圧縮行程後期のピストン位置を表している。   Here, the structure around the combustion chamber 17 of the engine 1 in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 shows the piston position at the late stage of the compression stroke.

ピストン3の上面、つまり燃焼室17の底面は、ほぼ平坦面である。ピストン3の上面には、キャビティ30が形成されている。キャビティ30は、ピストン3の上面から凹陥している。キャビティ30は、インジェクタ18に向かい合う。   The upper surface of the piston 3, that is, the bottom surface of the combustion chamber 17 is a substantially flat surface. A cavity 30 is formed on the upper surface of the piston 3. The cavity 30 is recessed from the upper surface of the piston 3. The cavity 30 faces the injector 18.

キャビティ30は、凸部31を有している。凸部31は、シリンダ13の中心軸X1から排気側に少しずれた位置に設けられている。凸部31は、キャビティ30の底部から、シリンダ13の中心軸X1に平行な軸X2に沿って上向きに緩やかに上方に伸びている。   The cavity 30 has a protrusion 31. The convex portion 31 is provided at a position slightly offset from the central axis X1 of the cylinder 13 toward the exhaust side. The convex portion 31 extends upward and gently upward from the bottom of the cavity 30 along an axis X2 parallel to the central axis X1 of the cylinder 13.

キャビティ30は、凸部31の周囲に設けられた凹状のラージキャビティ32と、スモールキャビティ33とで形成されている。ラージキャビティ32は、凸部31の排気側を囲むように設けられており、スモールキャビティ33は、凸部31の吸気側を囲むように設けられている。ラージキャビティ32およびスモールキャビティ33の周側面は、キャビティ30の底面からキャビティ30の開口に向かって噴射軸心X2に対して傾いている。ラージキャビティ32およびスモールキャビティ33の内径は、キャビティ30の底部からキャビティ30の開口に向かって次第に拡大する。   The cavity 30 is formed of a concave large cavity 32 provided around the protrusion 31 and a small cavity 33. The large cavity 32 is provided to surround the exhaust side of the protrusion 31, and the small cavity 33 is provided to surround the intake side of the protrusion 31. The circumferential side surfaces of the large cavity 32 and the small cavity 33 are inclined from the bottom surface of the cavity 30 toward the opening of the cavity 30 with respect to the injection axis X2. The inner diameters of the large cavity 32 and the small cavity 33 gradually increase from the bottom of the cavity 30 toward the opening of the cavity 30.

また、スモールキャビティ33は、点火プラグ19に対応する位置に設けられているとともに、ラージキャビティ32よりも浅底となるように小さく形成されている。これにより、点火プラグ19の周囲に混合気を輸送しやすい構成とされている。なお、「特許請求の範囲におけるキャビティ」は、このスモールキャビティ33を示すものである。なお、前述のように、点火プラグ19によって、スモールキャビティ33内の混合気に着火するため、以下、スモールキャビティ33を着火用キャビティ33と記す。   Further, the small cavity 33 is provided at a position corresponding to the spark plug 19 and is formed smaller than the large cavity 32 so as to be shallower. Thus, the air-fuel mixture can be easily transported around the spark plug 19. Note that “the cavity in the claims” indicates this small cavity 33. As described above, the small cavity 33 is hereinafter referred to as an ignition cavity 33 in order to ignite the air-fuel mixture in the small cavity 33 by the ignition plug 19.

シリンダヘッド12の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、図2の下図に示すように、傾斜面12aと、傾斜面12bとによって構成されている。傾斜面12aは、吸気側から軸X2に向かって上り勾配となっている。傾斜面12bは、排気側から軸X2に向かって上り勾配となっている。燃焼室17の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。   The lower surface of the cylinder head 12, that is, the ceiling surface of the combustion chamber 17 is constituted by an inclined surface 12a and an inclined surface 12b, as shown in the lower part of FIG. The inclined surface 12a has an upward slope from the intake side toward the axis X2. The inclined surface 12b is an upward slope from the exhaust side toward the axis X2. The ceiling surface of the combustion chamber 17 has a so-called pent roof shape.

なお、燃焼室17の形状は、図2に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ30の形状、ピストン3の上面の形状、および、燃焼室17の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ30は、シリンダ13の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面12aと、傾斜面12bとは、シリンダ13の中心軸X1に対して対称な形状にしてもよい。   The shape of the combustion chamber 17 is not limited to the shape illustrated in FIG. For example, the shape of the cavity 30, the shape of the upper surface of the piston 3, and the shape of the ceiling surface of the combustion chamber 17 can be changed as appropriate. For example, the cavity 30 may be symmetrical with respect to the central axis X1 of the cylinder 13. The inclined surface 12 a and the inclined surface 12 b may be symmetrical with respect to the central axis X 1 of the cylinder 13.

エンジン1の圧縮比(圧縮比=ピストンが下死点にあるときのシリンダの容積/ピストンが上死点にあるときのシリンダの容積)は、13以上20以下に設定されている。好ましくは14以上である。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と火炎伝播による圧力上昇を利用して、CI燃焼を行う。   The compression ratio of engine 1 (compression ratio = volume of cylinder when piston is at bottom dead center / volume of cylinder when piston is at top dead center) is set to 13 or more and 20 or less. Preferably it is 14 or more. As described later, the engine 1 performs SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are combined in a part of the operation range. SPCCI combustion performs CI combustion using heat generation by SI combustion and pressure increase by flame propagation.

シリンダヘッド12には、シリンダ13ごとに、インジェクタ18が取り付けられている。インジェクタ18は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ18は、吸気側の傾斜面12aと排気側の傾斜面12bとが交差するペントルーフの谷部において、燃焼室17内に臨んで配設されている。インジェクタ18は、図2に示すように、その噴射軸心X2が、シリンダの中心軸X1に平行に配設されている。インジェクタ18の噴射軸心X2と、キャビティ30の凸部31の位置とは一致している。インジェクタ18は、キャビティ30に対向している。なお、インジェクタ18の噴射軸心X2は、シリンダ13の中心軸X1と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ18の噴射軸心X2と、キャビティ30の凸部31の位置とは一致していることが望ましい。   An injector 18 is attached to the cylinder head 12 for each cylinder 13. The injector 18 is configured to inject fuel directly into the combustion chamber 17. The injector 18 is disposed facing the inside of the combustion chamber 17 in the valley portion of the pent roof where the inclined surface 12a on the intake side and the inclined surface 12b on the exhaust side intersect. As shown in FIG. 2, the injector 18 has its injection axis X2 disposed parallel to the center axis X1 of the cylinder. The injection axis X2 of the injector 18 and the position of the convex portion 31 of the cavity 30 coincide with each other. The injector 18 faces the cavity 30. The injection axis X2 of the injector 18 may coincide with the central axis X1 of the cylinder 13. Also in this case, it is desirable that the injection axis X2 of the injector 18 and the position of the convex portion 31 of the cavity 30 be coincident with each other.

インジェクタ18は、複数の噴口(図示せず)を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ18は、図2に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がりかつ、燃焼室17の天井部から斜め下向きに広がるように燃料を噴射する。各噴口のインジェクタ18の噴射軸心X2に対する噴射角θは、30度以上60度以内の範囲であり、好ましくは45度である。   The injector 18 is constituted by a multi-injection-type fuel injection valve having a plurality of injection holes (not shown). The injector 18 injects fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17 and spreads obliquely downward from the ceiling portion of the combustion chamber 17 as shown by a two-dot chain line in FIG. The injection angle θ of each injector 18 with respect to the injection axis X2 of the injector 18 is in the range of 30 degrees or more and 60 degrees or less, preferably 45 degrees.

インジェクタ18は、本実施形態においては、10個の噴口を有しており、各噴口から噴射される燃料噴霧の軸の中心線L1〜L10を図2に示している。なお、噴口の個数は10個に限らない。例えば、8個〜16個の範囲で適宜設定可能である。   In the present embodiment, the injector 18 has ten injection ports, and the center lines L1 to L10 of the axes of the fuel sprays injected from the respective injection ports are shown in FIG. The number of injection ports is not limited to ten. For example, it can be suitably set in the range of eight to sixteen.

また、吸気側に配置された中心線L1、L2、L3の噴口(特許請求の範囲における「第1噴口部」)から噴射される燃料噴霧は、着火用キャビティ33内に入り、その他の中心線L4〜L10の噴口(特許請求の範囲における「第2噴口部」)から噴射される燃料噴霧は、着火用キャビティ33外に向かうように配置されている。すなわち、第1噴口部から噴射される燃料の噴射方向が着火用キャビティ33を指向し、第2噴口部から噴射される燃料の噴射方向が着火用キャビティ33外を指向する。   Further, the fuel spray injected from the injection ports of the center lines L1, L2 and L3 disposed on the intake side ("first injection port" in the claims) enters the ignition cavity 33, and the other center lines The fuel spray injected from the injection ports L4 to L10 (the "second injection port" in the claims) is disposed outside the ignition cavity 33. That is, the injection direction of the fuel injected from the first injection port portion is directed to the ignition cavity 33, and the injection direction of the fuel injected from the second injection port portion is directed to the outside of the ignition cavity 33.

また、ピストン3の軸方向から見て、第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間(例えば、L1とL2との間、あるいは、L2とL3との間)に形成された角度が、第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間(例えば、L7とL8との間)に形成された角度よりも小さく設定されている。   Further, when viewed from the axial direction of the piston 3, an angle formed between injection direction axes of the adjacent injection holes of the first injection hole portion (for example, between L1 and L2 or between L2 and L3) is The angle is set smaller than the angle formed between the injection direction axes (for example, between L7 and L8) of the adjacent injection holes of the second injection hole portion.

なお、インジェクタ18の第1噴口部の複数の噴口(中心線L1、L2、L3の噴口)から噴射される燃料噴霧は、インジェクタ18を中心とした角度範囲において、着火用キャビティ33が占める角度範囲が同一、かつ、第1噴口部の複数の噴口の数が同数で、複数の噴口が等間隔に配置された場合に比べて、第1噴口部の複数の噴口(中心線L1、L2、L3の噴口)から噴射される燃料噴霧が、着火用キャビティ33に入る数が多くなるように設けられていてもよい。   The fuel spray injected from the plurality of injection ports (center line L1, L2, L3 injection ports) of the first injection port portion of the injector 18 has an angle range occupied by the ignition cavity 33 in the angle range centered on the injector 18. As compared with the case where the number of the plurality of injection ports of the first injection port is the same and the plurality of injection ports are arranged at equal intervals, the plurality of injection ports of the first injection port (center lines L1, L2, L3 The fuel spray injected from the injection port of (1) may be provided so that the number entering into the ignition cavity 33 may be increased.

シリンダヘッド12には、シリンダ13ごとに、点火プラグ19が取り付けられている。点火プラグ19は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ19は、この構成例では、図2にも示すように、シリンダ13の中心軸X1を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ19は、インジェクタ18に隣接している。点火プラグ19は、2つの吸気ポート20の間に位置している。点火プラグ19は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド12に取り付けられている。点火プラグ19の電極は、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。   A spark plug 19 is attached to the cylinder head 12 for each cylinder 13. The spark plug 19 forcibly ignites the mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, the spark plug 19 is disposed on the intake side across the central axis X1 of the cylinder 13, as also shown in FIG. The spark plug 19 is adjacent to the injector 18. The spark plug 19 is located between the two intake ports 20. The spark plug 19 is attached to the cylinder head 12 in such a manner as to approach the center of the combustion chamber 17 from the upper side to the lower side. The electrode of the spark plug 19 faces the combustion chamber 17 and is located near the ceiling surface of the combustion chamber 17.

エンジン1は、燃焼室17内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。このスワール発生部は、図3に示すように、吸気ポート20に取り付けられたスワールコントロールバルブ20cである。スワールコントロールバルブ20cは、第1吸気ポート20aにつながるプライマリ通路20dと、第2吸気ポート20bにつながるセカンダリ通路20eの内、セカンダリ通路20eに配設されている。   The engine 1 has a swirl generating portion that generates a swirl flow in the combustion chamber 17. The swirl generating portion is a swirl control valve 20c attached to the intake port 20 as shown in FIG. The swirl control valve 20c is disposed in the secondary passage 20e among the primary passage 20d connected to the first intake port 20a and the secondary passage 20e connected to the second intake port 20b.

スワールコントロールバルブ20cは、セカンダリ通路20eの断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロールバルブ20cの開度が小さいと、エンジン1の前後方向に並んだ第1吸気ポート20aおよび第2吸気ポート20bの内、第1吸気ポート20aから燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第2吸気ポート20bから燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。   The swirl control valve 20c is an opening adjustment valve capable of reducing the cross section of the secondary passage 20e. When the degree of opening of the swirl control valve 20c is small, the flow rate of intake air flowing into the combustion chamber 17 from the first intake port 20a is relatively relative to the first intake port 20a and the second intake port 20b arranged in the back and forth direction of the engine 1 And the flow rate of intake air flowing from the second intake port 20b into the combustion chamber 17 is relatively reduced, so that the swirl flow in the combustion chamber 17 becomes strong.

スワールコントロールバルブ20cの開度が大きいと、第1吸気ポート20aおよび第2吸気ポート20bのそれぞれから燃焼室17に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロールバルブ20cを全開にすると、スワール流が発生しない。なお、スワール流は、矢印で示すように、図3における反時計方向に周回する(図2の白抜きの矢印も参照)。   When the opening degree of the swirl control valve 20c is large, the intake flow rate flowing into the combustion chamber 17 from each of the first intake port 20a and the second intake port 20b becomes substantially even, so the swirl flow in the combustion chamber 17 is weak. Become. When the swirl control valve 20c is fully opened, no swirl flow occurs. The swirl flow circulates in the counterclockwise direction in FIG. 3 as indicated by the arrow (see also the white arrow in FIG. 2).

なお、スワール発生部は、吸気通路4にスワールコントロールバルブ20cを取り付ける代わりに、又は、スワールコントロールバルブ20cを取り付けることに加えて、二つの吸気弁22、22の開弁期間をずらし、一方の吸気弁22のみから燃焼室17の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁22の内の一方の吸気弁22のみが開弁することによって、燃焼室17の中に不均等に吸気を導入することができるから、燃焼室17の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート20の形状を工夫することによって、燃焼室17の中にスワール流を発生させように構成してもよい。   In addition, instead of attaching the swirl control valve 20c to the intake passage 4, or in addition to attaching the swirl control valve 20c, the swirl generating part shifts the open period of the two intake valves 22, 22 and A configuration in which intake air can be introduced into the combustion chamber 17 only from the valve 22 may be adopted. Since only one intake valve 22 of the two intake valves 22 is opened, the intake air can be unequally introduced into the combustion chamber 17, so that a swirl flow is generated in the combustion chamber 17. be able to. Furthermore, the swirl generating portion may be configured to generate a swirl flow in the combustion chamber 17 by devising the shape of the intake port 20.

ここで、スワール比を定義すると、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフトごとに測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。吸気流横方向角速度は、図4(a)に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。具体的には、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド12を上下反転して設置して、吸気ポート20を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド12上にシリンダ35を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ36を有するインパルスメータ37を接続して構成されている。インパルスメータ37の下面は、シリンダヘッド12とシリンダブロックとの合わせ面から1.75D(なお、Dはシリンダボア径)の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ35内に生じるスワール(図4(a)の矢印参照)によって、ハニカム状ロータ36に作用するトルクをインパルスメータ37によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。   Here, when the swirl ratio is defined, the “swirl ratio” is a value obtained by dividing the value obtained by measuring and integrating the intake flow lateral angular velocity for each valve lift by the engine angular velocity. The intake flow lateral angular velocity can be determined based on the measurement using the rig test apparatus shown in FIG. 4 (a). Specifically, in the device shown in the figure, the cylinder head 12 is installed upside down on the base, and the intake port 20 is connected to an intake supply device (not shown), while the cylinder 35 is mounted on the cylinder head 12. And an impulse meter 37 having a honeycomb rotor 36 at its upper end. The lower surface of the impulse meter 37 is positioned at 1.75 D (where D is a cylinder bore diameter) from the mating surface of the cylinder head 12 and the cylinder block. The torque acting on the honeycomb rotor 36 is measured by the impulse meter 37 by the swirl (see the arrow in FIG. 4A) generated in the cylinder 35 according to the intake supply, and the intake flow lateral angular velocity is determined based thereon. be able to.

図4(b)は、このエンジン1におけるスワールコントロールバルブ20cの開度と、スワール比との関係を示している。図4(b)は、スワールコントロールバルブ20cの開度を、セカンダリ通路20eの全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロールバルブ20cが全閉のときに、セカンダリ通路20eの開口比率は0%となり、スワールコントロールバルブ20cの開度が大きくなると、セカンダリ通路20eの開口比率が0%よりも大きくなる。スワールコントロールバルブ20cが全開のときに、セカンダリ通路20eの開口比率は100%となる。図4(b)に例示するように、このエンジン1は、スワールコントロールバルブ20cを全閉にすると、スワール比は6程度になる。   FIG. 4 (b) shows the relationship between the opening degree of the swirl control valve 20c in the engine 1 and the swirl ratio. FIG. 4B shows the opening degree of the swirl control valve 20c by the opening ratio with respect to the full open cross section of the secondary passage 20e. When the swirl control valve 20c is fully closed, the opening ratio of the secondary passage 20e is 0%, and when the opening degree of the swirl control valve 20c is large, the opening ratio of the secondary passage 20e is larger than 0%. When the swirl control valve 20c is fully open, the opening ratio of the secondary passage 20e is 100%. As illustrated in FIG. 4 (b), when the swirl control valve 20c is fully closed, the swirl ratio becomes approximately 6 as shown in FIG. 4 (b).

制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)10を備えている。   The control device includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the engine 1.

ECU10には、図5に示すように、各種のセンサS1〜S4が接続されている。センサS1〜S4は、検知信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。   As shown in FIG. 5, various sensors S <b> 1 to S <b> 4 are connected to the ECU 10. The sensors S1 to S4 output detection signals to the ECU 10. The sensors include the following sensors.

図5に示すように、本実施形態にかかる車両には、エンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数センサS1と、クランクシャフトの回転角を検出するためのクランク角センサS2と、運転者のアクセル操作の有無およびアクセル操作量を検出するためのアクセルポジションセンサS3と、触媒装置の温度を検出する触媒温度センサS4とが設けられている。ECU10は、これらの各種センサと相互に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 5, in the vehicle according to the present embodiment, an engine rotation number sensor S1 for detecting the rotation number of the engine, a crank angle sensor S2 for detecting the rotation angle of the crankshaft, and a driver The accelerator position sensor S3 for detecting the presence or absence of the accelerator operation and the accelerator operation amount, and the catalyst temperature sensor S4 for detecting the temperature of the catalyst device are provided. The ECU 10 is electrically connected to these various sensors.

ECU10は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ECU10は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ18、点火プラグ19、スロットルバルブ42、EGRバルブ55、エアバイパスバルブ47、および、スワールコントロールバルブ20cに出力する。例えば、ECU10は、図示しない第1圧力センサおよび第2圧力センサの検知信号から得られる過給機43の前後差圧に基づいてエアバイパスバルブ47の開度を調整することにより、過給圧を調整する。また、ECU10は、図示しないEGR差圧センサの検知信号から得られるEGRバルブ55の前後差圧に基づいてEGRバルブ55の開度を調整することにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量を調整する。   The ECU 10 determines the operating state of the engine 1 based on these detection signals and calculates the control amount of each device. The ECU 10 outputs a control signal related to the calculated control amount to the injector 18, the spark plug 19, the throttle valve 42, the EGR valve 55, the air bypass valve 47, and the swirl control valve 20c. For example, the ECU 10 adjusts the charging pressure by adjusting the opening degree of the air bypass valve 47 based on the front-rear differential pressure of the turbocharger 43 obtained from the detection signals of the first pressure sensor and the second pressure sensor (not shown). adjust. Further, the ECU 10 adjusts the opening degree of the EGR valve 55 based on the differential pressure across the EGR valve 55 obtained from the detection signal of the EGR differential pressure sensor (not shown), thereby introducing the external EGR gas introduced into the combustion chamber 17 Adjust the amount.

ECU10は、車両に設けられた前記各種センサから入力される種々の情報に基づき、エンジン1の通常運転を制御するほか、エンジン1の冷間始動時に、触媒装置51が未活性状態の時は、触媒装置51の早期活性化を図るAWSを実行する。   The ECU 10 controls the normal operation of the engine 1 based on various information input from the various sensors provided in the vehicle, and also when the catalyst device 51 is in the inactive state at the time of cold start of the engine 1, AWS is implemented to achieve early activation of the catalyst device 51.

なお、上述のセンサおよび各デバイスは、本発明の触媒の早期暖機制御に関わるものを示しており、ECU10に接続されるセンサおよびデバイスは、上述のものに限らない。   In addition, the above-mentioned sensor and each device show what is related to the early warming-up control of the catalyst of this invention, The sensor and device connected to ECU10 are not restricted to the above-mentioned thing.

図6は、エンジン1の運転領域を示している。エンジン1の運転領域は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低および回転数の高低に対し、4つの領域に分けられる。具体的には、低中回転領域Aと、中回転よりも回転数の高い高回転領域Bに分けられ、低中回転領域Aはさらに、低中負荷低中回転領域A1、高負荷低回転領域A2と、高負荷中回転領域A3とに分けられる。   FIG. 6 shows the operating range of the engine 1. The operating region of the engine 1 is determined by the load and the rotational speed, and is divided into four regions for the high and low of the load and the high and low of the rotational number. Specifically, it is divided into a low to middle rotation area A and a high rotation area B having a rotation number higher than that of the middle rotation, and the low to middle rotation area A further includes a low, middle load, low and middle rotation area A1, a high load, low rotation area It is divided into A2 and a high load medium rotation area A3.

ここで、低回転領域、中回転領域、および、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域および高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、および、高回転領域とすればよい。図6の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm、回転数N2は、例えば4000rpmとしてもよい。なお、図6における二点鎖線は、エンジン1のロード−ロードライン(Road−LoadLine)を示している。   Here, in the low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region, when the entire operating region of the engine 1 is in the direction of the rotational speed and divided into three regions of the low rotation region, the middle rotation region, and the high rotation region, respectively. The low rotation area, the middle rotation area, and the high rotation area may be used. In the example of FIG. 6, the number of rotations less than N1 is low, the number of rotations N2 or more is high, and the number of rotations N1 or more and N2 is medium. For example, the rotation speed N1 may be 1200 rpm, and the rotation speed N2 may be 4000 rpm, for example. The two-dot chain line in FIG. 6 indicates a load-load line (Road-Load Line) of the engine 1.

エンジン1は、燃費の向上および排出ガス性能の向上を主目的として、低中負荷低中回転領域A1、および、高負荷中回転領域A3において、SPCCI燃焼を行う。エンジン1はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域A2、および、高回転領域Bにおいては、SI燃焼を行う。以下、低中負荷低中回転領域A1、および、高負荷中回転領域A3、高負荷低回転領域A2、および、高回転領域Bの各領域におけるエンジン1の制御について、図7に示す、各運転領域における燃料噴射時期および点火時期を参照しながら詳細に説明をする。   The engine 1 performs SPCCI combustion in a low, medium load, low and middle rotation area A1 and a high load, middle rotation area A3 mainly for the purpose of improving fuel efficiency and exhaust gas performance. The engine 1 also performs SI combustion in other regions, specifically, a high load low rotation region A2 and a high rotation region B. Hereinafter, control of the engine 1 in each of the low, medium load, low, and middle rotation area A1, the high load, middle rotation area A3, the high load, low rotation area A2, and the high rotation area B is shown in FIG. A detailed description will be given with reference to the fuel injection timing and the ignition timing in the region.

図7(a)には、エンジン1が、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3で運転しているときの燃料噴射時期A11、A12、点火時期A13、および、燃焼波形A14(クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形)の一例が示されている。   In FIG. 7A, the fuel injection timings A11 and A12, the ignition timing A13, and the combustion waveform A14 when the engine 1 is operated in the low, medium load, low and middle rotation area A1 and the high load, medium rotation area A3. An example of (waveform showing change in heat release rate with respect to crank angle) is shown.

エンジン1は、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3において運転しているときに、CI燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。   The engine 1 performs CI combustion when operating in a low, medium load, low, and medium rotation area A1 and a high load, medium rotation area A3. In the self-ignition combustion, when the temperature in the combustion chamber before the start of compression varies, the timing of the self-ignition changes significantly. Therefore, the engine 1 performs SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are combined in the low, medium load, low, and middle rotation area A1 and the high load, middle rotation area A3.

SPCCI燃焼は、点火プラグ19が着火用キャビティ33内の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼するとともに、SI燃焼の発熱により燃焼室17内の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする。   In SPCCI combustion, when the ignition plug 19 forcibly ignites the mixture in the ignition cavity 33, the mixture is subjected to SI combustion by flame propagation, and the temperature in the combustion chamber 17 is high due to heat generation of SI. And, by the pressure in the combustion chamber rising due to the flame propagation, the unburned mixture performs the CI combustion by the self-ignition.

低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3のSPCCI燃焼では、インジェクタ18は、前段噴射A11と後段噴射A12との2回に分けて、燃焼室17内に燃料を噴射する。前段噴射A11は、例えば吸気行程の前半に燃料を噴射開始し、後段噴射A12は、例えば圧縮行程の後期に行う。吸気行程の前半および後半はそれぞれ、吸気行程をクランク角度に関して二等分したときの前半および後半とすればよい。前段噴射A11は、例えば圧縮上死点TDC前280°CAで開始し、後段噴射A12は、例えば圧縮上死点TDC前10°CAで開始しても良い。   In the SPCCI combustion in the low, medium load, low, medium rotation area A1 and the high load, medium rotation area A3, the injector 18 injects the fuel into the combustion chamber 17 divided into two stages, the first stage injection A11 and the second stage injection A12. The first-stage injection A11 starts fuel injection, for example, in the first half of the intake stroke, and the second-stage injection A12 is performed, for example, in the second half of the compression stroke. The first half and the second half of the intake stroke may be the first and second halves of the intake stroke divided into two with respect to the crank angle, respectively. The first-stage injection A11 may start, for example, at 280 ° CA before the compression top dead center TDC, and the second-stage injection A12 may, for example, start at 10 ° CA before the compression top dead center TDC.

そして、点火プラグ19が、後段噴射A12後、かつ、圧縮上死点TDC付近の所定のタイミングで混合気に点火A13する。点火プラグ19は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、火炎伝播によるSI燃焼が開始する。SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。したがって、熱発生率の波形は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。   Then, the spark plug 19 ignites the air mixture A13 at a predetermined timing near the compression top dead center TDC after the post-stage injection A12. The spark plug 19 ignites, for example, after compression top dead center. Thereby, SI combustion by flame propagation starts. Heat generation during SI combustion is milder than heat generation during CI combustion. Therefore, the waveform of the heat release rate has a relatively small rising slope.

SI燃焼によって燃焼室17内の温度および圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図7(a)の例では、自己着火のタイミングで熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。   When the temperature and pressure in the combustion chamber 17 increase due to SI combustion, the unburned mixture self-ignites. In the example of FIG. 7A, the slope of the heat release rate waveform changes from small to large at the timing of self-ignition. That is, the waveform of the heat release rate has an inflection point at the timing when the CI combustion starts.

CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が速まるため、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることができる。したがって、SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、エンジンの燃費性能の向上に有利である。   By the completion of the CI combustion, the SPCCI combustion is ended. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. In the SPCCI combustion, since the combustion end timing is quicker than the SI combustion, the combustion end timing in the expansion stroke can be brought close to the compression top dead center. Therefore, SPCCI combustion is more advantageous for improving the fuel consumption performance of the engine than SI combustion.

また、図2および図8(a)に示すように、インジェクタ18は、燃焼室17の中央部から径方向外方に向かって、放射状に燃料を噴射する。インジェクタ18が、吸気行程の後半の期間内において前段噴射A11を行うと、ピストン3が上死点TDCから離れているため、噴射した燃料噴霧は、ピストン3の上面のラージキャビティ32および着火用キャビティ33の外に到達する。前段噴射A11によって噴射された燃料は、ピストン3の上面の外周部に混合気を形成する。   Further, as shown in FIGS. 2 and 8A, the injector 18 injects fuel radially outward from the central portion of the combustion chamber 17 in the radial direction. When the injector 18 performs the pre-injection A11 in the latter half of the intake stroke, the injected fuel spray is discharged from the large cavity 32 on the upper surface of the piston 3 and the ignition cavity because the piston 3 is separated from the top dead center TDC. Reach out of 33. The fuel injected by the pre-injection A11 forms an air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the upper surface of the piston 3.

インジェクタ18が、圧縮行程の後期の期間内において後段噴射A12を行うと、図8(a)の仮想線で示すように、ピストン3が上死点TDCに近いため、噴射した燃料噴霧は、着火用キャビティ33内に入る。また、図2に示すように、中心線L1、L2、L3の噴口から噴射された燃料噴霧が、着火用キャビティ33内に入るため、点火プラグ19周りにはリッチ混合気が形成される。   When the injector 18 performs the post-stage injection A12 within the latter period of the compression stroke, as shown by the phantom line in FIG. 8A, the injected fuel spray is ignited because the piston 3 is close to the top dead center TDC. Into the cavity 33. Further, as shown in FIG. 2, since the fuel spray injected from the injection holes of the center lines L1, L2 and L3 enters the ignition cavity 33, a rich mixture is formed around the ignition plug 19.

その後、圧縮上死点TDBの前の所定のタイミングで、点火プラグ19が混合気に点火することによって、混合気は、火炎伝播によりSI燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、CI燃焼する。後段噴射A12によって噴射された燃料は、主にSI燃焼する。前段噴射A11によって噴射された燃料は、主にCI燃焼する。   Thereafter, at a predetermined timing before the compression top dead center TDB, the ignition plug 19 ignites the air-fuel mixture, whereby the air-fuel mixture burns SI by flame propagation. After the start of combustion by flame propagation, the unburned mixture is self-ignited to burn CI. The fuel injected by the second-stage injection A12 mainly undergoes SI combustion. The fuel injected by the pre-injection A11 mainly burns CI.

なお、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3において運転するときの、燃料噴射A11、A12時期および噴射回数は、エンジン1の負荷の高低に応じて変更されてもよい。   The fuel injection timings A11 and A12 and the number of injections may be changed according to the load level of the engine 1 when operating in the low, medium load, low and middle rotation area A1 and the high load, medium rotation area A3.

ところで、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3のSPCCI燃焼では、SI燃焼のための点火プラグ周り19に形成されるリッチ混合気に加え、CI燃焼のための均質混合気の形成が必要である。しかしながら、本実施形態においては、インジェクタの噴口が、着火用キャビティ33内に噴霧を噴射させるため、均質混合気の形成に有利な均等配置でないため、これを補うための対策が必要となる。   By the way, in SPCCI combustion of low, medium load, low, medium rotation area A1 and high load, medium rotation area A3, in addition to the rich mixture formed around spark plug 19 for SI combustion, homogeneous mixture for CI combustion Formation is necessary. However, in this embodiment, since the injection hole of the injector injects the spray into the ignition cavity 33, the arrangement is not advantageous for the formation of the homogeneous mixture, and therefore, it is necessary to take measures to compensate for this.

これに対して、低中負荷低中回転領域A1および高負荷中回転領域A3のSPCCI燃焼では、燃焼室17内には、スワール比が2以上4未満のスワール流が形成される。スワールコントロール弁(SCV)20cは、図4(b)に示すように所定の開度(本実施形態においては、SCV開度15%〜36%)である。   On the other hand, in the SPCCI combustion in the low, medium load, low and middle rotation area A1 and the high load, middle rotation area A3, a swirl flow having a swirl ratio of 2 or more and less than 4 is formed in the combustion chamber 17. The swirl control valve (SCV) 20c has a predetermined opening (in the present embodiment, the SCV opening is 15% to 36%) as shown in FIG. 4 (b).

このスワール流を発生させることにより、燃焼室17内の混合気を速やかに均質化され、SPCCI燃焼におけるSI燃焼からCI燃焼への移行時の自己着火を燃焼室17全体で発生させることができ、CI燃焼が安定化する。   By generating this swirl flow, the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 can be rapidly homogenized, and self-ignition at the transition from SI combustion to CI combustion can be generated in the entire combustion chamber 17 in SPCCI combustion. CI combustion is stabilized.

上述のスワール流の強さ(スワール比2以上4未満、スワールコントロールバルブ20c開度は15%〜36%)の範囲でスワール流を制御することで、SPCCI燃焼における混合気を、着火および燃焼に適した状態にコントロールできることを実験で確認した。   By controlling the swirl flow in the range of the strength of the above-mentioned swirl flow (swirl ratio 2 or more and less than 4 and the swirl control valve 20c opening degree is 15% to 36%), the mixture in SPCCI combustion can be ignited and burned The experiment confirmed that it could control to a suitable state.

実験では、本実施形態における燃焼室17構造を用い、SPCCI燃焼を想定したエンジン回転数3000rpm、前段噴射時期を圧縮上死点前280deg、後段噴射時期を圧縮上死点前10deg、点火時期を圧縮上死点後10degで、スワールコントロールバルブ20cを全開状態から全閉状態まで変化させ、各スワールコントロール弁開度における1サイクル中における筒内圧を検出した。   In the experiment, using the combustion chamber 17 structure according to the present embodiment, the engine speed of 3000 rpm assuming SPCCI combustion, the first stage injection timing is 280 deg before compression top dead center, the second stage injection timing is 10 deg before compression top dead center, and the ignition timing is compressed. At 10 deg after top dead center, the swirl control valve 20c was changed from the fully open state to the fully closed state, and the in-cylinder pressure during one cycle at each swirl control valve opening was detected.

実験結果によると、スワール比2未満においては、スワール流による乱流の活性化によるCI燃焼の安定性の向上が確認できず、スワール比4以上においては、スワール流によって点火プラグ周りの混合気が拡散されるため、着火性が阻害される。   According to the experimental results, when the swirl ratio is less than 2, improvement in stability of the CI combustion can not be confirmed due to the activation of the turbulent flow due to the swirl flow, and when the swirl ratio is 4 or more, the air-fuel mixture around the spark plug is generated by the swirl flow. Because of the diffusion, the ignitability is inhibited.

図7(b)には、エンジン1が高負荷低回転領域A2の運転状態にて運転しているときの燃料噴射A21時期、点火A22時期、および、燃焼波形A23の一例を示している。   FIG. 7B shows an example of the fuel injection A21 timing, the ignition A22 timing, and the combustion waveform A23 when the engine 1 is operating in the high load low rotation range A2 operating state.

エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。高負荷低回転領域A2において、低中負荷低中回転領域A1、および高負荷中回転領域A3と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室17内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火をまねく虞がある。エンジン1が高負荷低回転領域A2において運転しているときには、図7(a)のSPCCI燃焼や、後述する図7(c)のSI燃焼を行うことが困難になる。   When the rotational speed of the engine 1 is low, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes long. In the high load low rotation area A2, for example, when fuel is injected into the combustion chamber 17 in the first half of the intake stroke or compression stroke, as in the low, medium load, low, and middle rotation areas A1 and high load, middle rotation area A3, The reaction may proceed too much, which may lead to premature ignition. When the engine 1 is operating in the high load low rotation range A2, it is difficult to perform SPCCI combustion of FIG. 7A or SI combustion of FIG. 7C described later.

そこで、エンジンが高負荷低回転領域A2において運転しているときに、エンジン1は、リタードSI燃焼を行う。具体的に、ECU10は、30MPa以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間(以下、この期間をリタード期間と呼ぶ)内のタイミングで、燃焼室17内に燃料を噴射するよう、燃料供給システムおよびインジェクタ18に制御信号を出力する。ECU10はまた、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行うよう、点火プラグに制御信号を出力する。なお、以下においては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内のタイミングで、燃焼室17の中に燃料を噴射することを、高圧リタード噴射と呼ぶ。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を短くすることによって、異常燃焼を回避する。すなわち、混合気が反応する時間は、(1)インジェクタが燃料を噴射する期間(つまり、噴射期間)と、(2)燃料の噴射が終了した後、点火プラグの周りに可燃混合気が形成されるまでの期間(つまり、混合気形成期間)と、(3)点火によって開始されたSI燃焼が終了するまでの期間(つまり、燃焼期間)と、を足し合わせた時間である。高い燃料圧力で、燃焼室の中に燃料を噴射すると、噴射期間および混合気形成期間は、それぞれ短くなる。噴射期間及び混合気形成期間が短くなると、燃料の噴射を開始するタイミングを点火タイミングに近づけることが可能になる。高圧リタード噴射は、高い圧力でかつ、燃焼室17の中に燃料を噴射するから、圧縮行程後期から膨張行程初期までのリタード期間内のタイミングで、燃料噴射を行う。高い燃料圧力で燃焼室の中に燃料を噴射すると、燃焼室の中の乱流エネルギが高くなる。燃料噴射のタイミングを圧縮上死点に近づけると、燃焼室17の中の乱流エネルギが高い状態でSI燃焼を開始することができる。その結果、燃焼期間が短くなる。高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短くすることができる。吸気行程中に燃焼室の中に燃料を噴射する場合と比較して、高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を大幅に短くすることができる。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間が短くなるから、異常燃焼を回避することが可能になる。   Thus, when the engine is operating in the high load low rotation range A2, the engine 1 performs retarded-SI combustion. Specifically, the ECU 10 injects the fuel into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure of 30 MPa or more and at a timing within a period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke (hereinafter, this period is referred to as a retard period). Control signal to the fuel supply system and the injector 18. The ECU 10 also outputs a control signal to the spark plug so as to ignite the mixture at a timing near the compression top dead center after fuel injection. In the following, injecting fuel into the combustion chamber 17 at a high fuel pressure and at a timing within the retard period is referred to as high-pressure retarded injection. High pressure retarded injection avoids abnormal combustion by shortening the time during which the mixture reacts. That is, the time for the mixture to react is (1) a period during which the injector injects fuel (that is, the injection period) and (2) after the fuel injection is completed, a combustible mixture is formed around the spark plug. (Ie, the mixture formation period) and (3) the period until the end of the SI combustion initiated by the ignition (ie, the combustion period). When fuel is injected into the combustion chamber at high fuel pressure, the injection period and the mixture formation period become shorter respectively. As the injection period and the mixture formation period become shorter, it becomes possible to bring the timing to start the fuel injection closer to the ignition timing. The high pressure retarded injection injects the fuel into the combustion chamber 17 at a high pressure, so that the fuel is injected at a timing within a retarded period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke. Injection of fuel into the combustion chamber at high fuel pressure results in high turbulent energy in the combustion chamber. When the timing of fuel injection approaches the compression top dead center, SI combustion can be started in a state where the turbulent energy in the combustion chamber 17 is high. As a result, the combustion period is shortened. The high pressure retarded injection can shorten the injection period, the mixture formation period, and the combustion period, respectively. High-pressure retarded injection can significantly reduce the time for the mixture to react as compared to injecting fuel into the combustion chamber during the intake stroke. High pressure retarded injection makes it possible to avoid abnormal combustion because the time for the mixture to react becomes short.

すなわち、エンジン1が高負荷低回転領域A2において運転するときに、インジェクタ18は、前段噴射A21と後段噴射A22との2回に分けて、燃焼室17内に燃料を噴射する。前段噴射A21は、例えば吸気行程の前半に行い、後段噴射A22は、例えば圧縮行程後期から膨張行程前期までの期間内のタイミングに行う。圧縮行程の後期は、圧縮行程を前期、中期および後期に三等分したときの後期とすればよい。また、膨張行程の前期は、膨張行程を、前期、中期および後期に三等分したときの前期とすればよい。このように、燃料の噴射時期を遅い時期にすることにより、過早着火を回避することが可能になる(以下、「リタードSI燃焼」という)。   That is, when the engine 1 operates in the high load low rotation range A2, the injector 18 injects the fuel into the combustion chamber 17 in two divided steps, the pre-stage injection A21 and the post-stage injection A22. The first-stage injection A21 is performed, for example, in the first half of the intake stroke, and the second-stage injection A22 is performed, for example, at a timing within a period from the second half of the compression stroke to the first half of the expansion stroke. The second half of the compression stroke may be set to the second half when the compression stroke is divided into three equal parts in the first, second, and third phases. Further, the first half of the expansion stroke may be the first half when the expansion stroke is divided into three equal halves in the first, middle, and second half. Thus, by setting the fuel injection timing to a late timing, it is possible to avoid pre-ignition (hereinafter referred to as “retarded SI combustion”).

点火プラグ19は、燃料の噴射後、圧縮上死点TDC付近のタイミングで、混合気に点火を行う。点火プラグ19は、例えば圧縮上死点TDC後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてSI燃焼をする。SI燃焼が膨張行程において開始するため、CI燃焼は開始しない。   The ignition plug 19 ignites the air-fuel mixture at a timing near the compression top dead center TDC after fuel injection. The spark plug 19 may perform ignition, for example, after compression top dead center TDC. The mixture performs SI combustion in the expansion stroke. Since SI combustion starts in the expansion stroke, CI combustion does not start.

なお、インジェクタ18は、過早着火を回避するために、エンジン1の回転数が低くなるほど、燃料噴射時期をリタードする。燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。   The injector 18 retards the fuel injection timing as the number of revolutions of the engine 1 decreases in order to avoid the pre-ignition. Fuel injection may end in the expansion stroke.

また、エンジン1が高負荷低回転領域A2において運転するときには、燃料の噴射開始から点火までの時間(A21〜A22)が短い。混合気の着火性の向上およびSI燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ付近に輸送する必要がある。   Furthermore, when the engine 1 operates in the high load low rotation range A2, the time (A21 to A22) from the start of fuel injection to ignition is short. In order to improve the ignitability of the mixture and to stabilize SI combustion, it is necessary to transport the fuel to the vicinity of the spark plug promptly.

図8(b)に示すように、圧縮行程後期から膨張行程前期の期間において、インジェクタ18が燃料を噴射すると、ピストン3が圧縮上死点TDCの近くに位置しているため、燃料噴霧は、キャビティ30の凸部31に沿って下向きに流れるとともに、キャビティ30の底面および周側面に沿って、燃焼室17の中央部から径方向の外方に放射状に向かって流れる。その後、混合気はキャビティ30の開口に至り、吸気側の傾斜面および排気側の傾斜面に沿って径方向の外方から、燃焼室17の中央に向かって流れる。リタード期間内において噴射した燃料を、速やかに点火プラグ19の付近に輸送することができる。   As shown in FIG. 8 (b), when the injector 18 injects fuel in the period from the late stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, since the piston 3 is located near the compression top dead center TDC, the fuel spray is The air flows downward along the convex portion 31 of the cavity 30 and flows radially outward from the central portion of the combustion chamber 17 along the bottom and peripheral side surfaces of the cavity 30. Thereafter, the air-fuel mixture reaches the opening of the cavity 30, and flows radially outward along the intake side inclined surface and the exhaust side inclined surface toward the center of the combustion chamber 17. The fuel injected within the retard period can be transported to the vicinity of the spark plug 19 promptly.

このとき、燃焼室17内には、スワールコントロールバルブ20cは、全開或いは略全開状態でスワール流が形成されない。したがって、図2に示すように、中心線L1、L2、L3の噴口から噴射された燃料噴霧は、着火用キャビティ33内に入り、前述のように、点火プラグ19周りに輸送される際に、強いスワール流によって着火用キャビティ33内の燃料噴霧が点火プラグ19周りから離れるのを抑制することができる。   At this time, no swirl flow is formed in the combustion chamber 17 when the swirl control valve 20c is fully open or substantially fully open. Therefore, as shown in FIG. 2, when the fuel spray injected from the injection holes of the center lines L1, L2, L3 enters the ignition cavity 33 and is transported around the spark plug 19 as described above, The strong swirl flow can suppress the fuel spray in the ignition cavity 33 from coming off around the spark plug 19.

図7(c)は、エンジンが高回転領域Bにおいて運転しているときの燃料噴射B11時期、点火B12時期、および、燃焼波形B13それぞれの一例を示している。   FIG. 7C shows an example of each of the fuel injection timing B11, the ignition timing B12, and the combustion waveform B13 when the engine is operating in the high rotation speed region B.

エンジン1の回転が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、高回転領域Bにおいて、前述したように、圧縮行程中に分割噴射を行うことにより、燃焼室17内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン1の回転数高くなると、前述したSPCCI燃焼を行うことが困難になる。   When the rotation of the engine 1 is high, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes short. Therefore, in the high rotation region B, as described above, it is difficult to perform stratification of the mixture in the combustion chamber 17 by performing the split injection during the compression stroke. When the rotational speed of the engine 1 becomes high, it becomes difficult to perform the above-described SPCCI combustion.

そのため、高回転領域Bにおいて運転しているときには、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。なお、高回転領域Bは、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。   Therefore, when operating in the high rotation range B, the engine 1 performs not the SPCCI combustion but the SI combustion. The high rotation range B extends over the entire load direction from low load to high load.

エンジン1は、高回転領域Bにおいて運転するときに、インジェクタ18は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ18は、燃料を一括で噴射する。なお、図7(c)に示す運転状態の例では、エンジン1の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射量に応じて燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質または略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジンの回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減および煤の発生の抑制を図ることもできる。   When the engine 1 operates in the high rotation range B, the injector 18 starts fuel injection in the intake stroke. The injectors 18 inject fuel at one time. In the example of the operating state shown in FIG. 7C, the load on the engine 1 is high, so the amount of fuel injection is large. The fuel injection period changes according to the fuel injection amount. By starting fuel injection during the intake stroke, it becomes possible to form a homogeneous or substantially homogeneous mixture in the combustion chamber 17. In addition, since the vaporization time of the fuel can be secured as long as possible when the engine speed is high, it is possible to reduce the unburned loss and suppress the generation of soot.

点火プラグ19は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点TDC前の所定のタイミングで混合気に点火を行う。   The ignition plug 19 ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing before the compression top dead center TDC after the end of the fuel injection.

また、エンジン1は、高回転領域Bにおいて運転するときには、スワールコントロール弁(SCV)20cを全開にする。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロールバルブ20cを全開にすることによって、高回転領域Bにおいて充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。   When the engine 1 is operated in the high rotation range B, the swirl control valve (SCV) 20c is fully opened. No swirl flow is generated in the combustion chamber 17, and only the tumble flow is generated. By fully opening the swirl control valve 20c, it is possible to enhance the filling efficiency in the high rotation region B and to reduce the pump loss.

上記の運転状態に加え、エンジンの制御においては、アイドル運転時に実施するAWS領域における運転状態が備えられている。AWS制御は、いわゆるAWS(Accelerated Warm−up System)制御であって、触媒の温度が低い場合にこれらを早期に暖機して活性化させるための制御を実行する。なお、本実施形態では、触媒装置51の上流側触媒51aを基準にこの制御を実行するが、この制御の実行によって上流側触媒51aと合わせて下流側触媒51aも早期暖機される。以下、AWS制御内容を説明する。まず、第1ステップとして、触媒温度推定部で推定された推定触媒温度Tcatおよび車速を読み込む。触媒温度推定部は、エンジンの運転状態(エンジン水温、エンジン負荷、エンジン回転)から推定される排ガスの温度に、上流側触媒51a内での排ガスの温度上昇量を加えることで、上流側触媒51aの温度を推定する。次に、第2ステップとして、推定触媒温度Tcatが予め設定されたAWS実施温度Tcat_AWS未満か否かを判定する。AWS実施温度Tcat_AWSは、上流側触媒51aがライトオフするとき(上流側触媒51aの浄化率が50%となるとき)の上流側触媒51aの温度であり、実験等によって予め設定されている。この判定がNOであって、推定触媒温度TcatがAWS実施温度Tcat_AWS以上であり、上流側触媒51aがライトオフしている場合はAWS制御を実施することなく処理を終了する。一方、ステップS12の判定がYESであって、推定触媒温度TcatがAWS実施温度Tcat_AWS未満であり触媒51aがライトオフしていない場合は第3ステップに進む。   In addition to the above operating conditions, in the control of the engine, an operating condition in the AWS region to be implemented at idle operation is provided. AWS control is so-called AWS (Accelerated Warm-up System) control, and executes control for warming up and activating these at an early stage when the temperature of the catalyst is low. In the present embodiment, this control is performed based on the upstream side catalyst 51a of the catalyst device 51, but the downstream side catalyst 51a is also warmed up early together with the upstream side catalyst 51a by the execution of this control. The contents of AWS control will be described below. First, in the first step, the estimated catalyst temperature Tcat and the vehicle speed estimated by the catalyst temperature estimation unit are read. The catalyst temperature estimation unit adds the temperature rise amount of the exhaust gas in the upstream catalyst 51a to the temperature of the exhaust gas estimated from the operating state of the engine (engine water temperature, engine load, engine rotation) to obtain the upstream catalyst 51a. Estimate the temperature of Next, as a second step, it is determined whether the estimated catalyst temperature Tcat is less than a preset AWS operation temperature Tcat_AWS. The AWS implementation temperature Tcat_AWS is a temperature of the upstream side catalyst 51a when the upstream side catalyst 51a is lighted off (when the purification rate of the upstream side catalyst 51a is 50%), and is preset by an experiment or the like. If this determination is NO, the estimated catalyst temperature Tcat is higher than the AWS operation temperature Tcat_AWS, and the upstream catalyst 51a is in the light-off state, the processing is ended without performing the AWS control. On the other hand, if the determination in step S12 is YES and the estimated catalyst temperature Tcat is less than the AWS operation temperature Tcat_AWS and the catalyst 51a is not lighted off, the process proceeds to the third step.

第3ステップでは、車速が予め設定されたAWS許可速度以下か否かを判定する。本実施形態では、AWS許可速度は0付近の値に設定されている。この判定がNOの場合、すなわち、車速がAWS許可速度より大きい場合は、そのまま処理を終了する。   In the third step, it is determined whether the vehicle speed is equal to or less than the preset AWS permitted speed. In the present embodiment, the AWS permitted speed is set to a value near zero. If this determination is NO, that is, if the vehicle speed is greater than the AWS permitted speed, the process ends.

一方、第3ステップの判定がYESであって車速がAWS許可速度以下の場合は第4ステップに進み、AWS制御を実施する。具体的には、第4ステップでは、各気筒の空気充填量を増大させ、点火時期をリタードする。詳細には、各気筒の空気充填量を、基本制御実行時の充填量よりも増大させる。本実施形態では、スロットル弁の開度を基本スロットル弁開度よりも開き側にすることで各気筒の充填量を増大させる。また、点火時期を、後述するように、基本点火時期よりもリタードする。このように点火時期を遅角させると、排ガスの温度が上昇して高温の排ガスが上流側触媒51aに導入されるため上流側触媒51aを昇温して活性化することができる。しかも、各気筒の充填量が増大されていることで、トルクおよびエンジン回転数を維持することができる。   On the other hand, if the determination in the third step is YES and the vehicle speed is equal to or lower than the AWS permitted speed, the process proceeds to a fourth step to execute the AWS control. Specifically, in the fourth step, the air charge amount of each cylinder is increased and the ignition timing is retarded. In detail, the air charge of each cylinder is made larger than the charge at the time of basic control execution. In the present embodiment, the filling amount of each cylinder is increased by setting the opening degree of the throttle valve to the opening side more than the basic throttle valve opening degree. Further, as described later, the ignition timing is retarded more than the basic ignition timing. As described above, when the ignition timing is retarded, the temperature of the exhaust gas rises and the high temperature exhaust gas is introduced to the upstream catalyst 51a, so that the upstream catalyst 51a can be heated and activated. Moreover, the torque and the engine speed can be maintained by increasing the filling amount of each cylinder.

図7(d)は、エンジン1がAWS実施のときの燃料噴射時期AWS11(第1燃料噴射時期)、燃料噴射時期AWS12(第2燃料噴射時期)、点火時期AWS13、および、燃焼波形AWS14の一例を示している。   FIG. 7D shows an example of a fuel injection timing AWS11 (first fuel injection timing), a fuel injection timing AWS12 (second fuel injection timing), an ignition timing AWS13, and a combustion waveform AWS14 when the engine 1 performs AWS. Is shown.

エンジン始動直後等の触媒温度が低い場合、かつ、エンジン1がアイドル状態である場合、触媒の早期暖機のためのAWSが実施される。そのため、前述の高負荷低回転領域A2と同様に、エンジン1の回転数が低いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が長くなる。例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室内に全燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火をまねく虞がある。エンジン1がAWSを行っているときには、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。   When the catalyst temperature is low, such as immediately after the engine start, and when the engine 1 is in the idle state, AWS for the catalyst warm-up is implemented. Therefore, as in the case of the above-mentioned high load and low rotation region A2, when the rotation speed of the engine 1 is low, the time required for the crank angle to change by 1 ° becomes long. For example, if all the fuel is injected into the combustion chamber in the first half of the intake stroke or the compression stroke, the reaction of the fuel may proceed excessively, which may lead to premature ignition. When the engine 1 is performing AWS, it is difficult to perform SPCCI combustion.

そこで、エンジン1がAWSを実行しているときに、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。   Therefore, when the engine 1 is executing AWS, the engine 1 performs SI combustion instead of SPCCI combustion.

エンジン1は、AWSを実施するときに、点火プラグ19は、点火AWS13時期を圧縮上死点TDC後にリタードさせて、膨張行程の所定のタイミングで混合気に点火を行う。すなわち、排気損失を発生させて、触媒を早期に暖機させる燃焼効率の悪い膨張行程において点火が行われる。   When the engine 1 implements AWS, the spark plug 19 retards the ignition AWS 13 timing after compression top dead center TDC, and ignites the mixture at a predetermined timing of the expansion stroke. That is, ignition is performed in an expansion stroke with low combustion efficiency which causes exhaust loss to warm up the catalyst early.

さらに、この着火性の悪化を補うため、燃料噴射AWS11時期をリタードSI燃焼A2の領域よりもさらに遅らせる、例えば、圧縮上死点近傍、あるいは、それ以降から膨張行程の前半(例えば、圧縮上死点前10°CA〜圧縮上死点後40°CA)で、燃料噴射による燃焼室17内の強い乱流状態を点火AWS12時期まで継続できるように制御されている。これにより、着火性が確保されるとともに、SI燃焼の燃焼速度が高まり、SI燃焼が安定する。なお、燃料噴射AWS11時期をリタードさせることで、過早着火も防止されている。本実施形態では、圧縮比が14以上の高圧縮のため、リタード燃焼が速やかに行われる、言い換えると燃焼期間が短いため、十分なエンジントルクを確保できる。   Furthermore, in order to compensate for the deterioration of the ignitability, the fuel injection AWS 11 timing is further delayed than the region of the retarded-SI combustion A2, for example, from the vicinity of compression top dead center or thereafter to the first half of the expansion stroke (for example, compression top death At 10 ° CA before point to 40 ° CA after compression top dead center, control is performed such that a strong turbulent state in the combustion chamber 17 by fuel injection can be continued until the ignition AWS 12 time. As a result, the ignitability is ensured, the combustion speed of SI combustion is increased, and SI combustion is stabilized. Pre-ignition is also prevented by retarding the fuel injection AWS 11 period. In the present embodiment, because the compression ratio is high compression of 14 or more, retarded combustion is performed promptly, in other words, since the combustion period is short, a sufficient engine torque can be secured.

また、AWS実施中においても、高負荷低回転領域A2のリタードSI燃焼よりも、燃料噴射開始から点火までの時間(AWS11〜AWS22)が短い。混合気の着火性の向上およびSI燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ19付近に輸送する必要があるとともに、第2燃料噴射AWS12によって形成された強い乱流状態が保たれている時期に点火プラグ19による点火を行うためである。具体的には、第2燃料噴射時期AWS12と点火時期AWS13との間隔は、20°CA以内とされる。   In addition, even during the implementation of AWS, the time (AWS11 to AWS22) from the fuel injection start to the ignition is shorter than the retarded-SI combustion in the high load low rotation range A2. In order to improve the ignitability of the mixture and to stabilize SI combustion, it is necessary to transport the fuel immediately to the vicinity of the spark plug 19, and the strong turbulent state formed by the second fuel injection AWS12 is maintained. In order to perform ignition by the spark plug 19 at the same time. Specifically, the interval between the second fuel injection timing AWS12 and the ignition timing AWS13 is within 20 ° CA.

図8(b)に示すように、圧縮上死点近傍、あるいは、それ以降から膨張行程の前半の期間において、インジェクタ18が燃料を噴射すると、ピストン3が圧縮上死点TDCの近くに位置しているため、燃料噴霧は、着火用キャビティ33の凸部31に沿って下向きに流れるとともに、着火用キャビティ33の底面および周側面に沿って、燃焼室17の中央から径方向の外方に放射状に向かって流れる。その後、混合気は着火用キャビティ33の開口に至り、吸気側の傾斜面12aに沿って径方向の外方から、燃焼室17の中央に向かって流れる。したがって、噴射した燃料噴霧を、速やかに点火プラグ19周りに輸送することができる。   As shown in FIG. 8B, when the injector 18 injects fuel in the vicinity of the compression top dead center or in the first half of the expansion stroke thereafter, the piston 3 is positioned near the compression top dead center TDC. Therefore, the fuel spray flows downward along the convex portion 31 of the ignition cavity 33 and radiates radially outward from the center of the combustion chamber 17 along the bottom surface and the circumferential side surface of the ignition cavity 33. Flow toward Thereafter, the air-fuel mixture reaches the opening of the ignition cavity 33 and flows radially outward along the intake side inclined surface 12 a toward the center of the combustion chamber 17. Therefore, the injected fuel spray can be quickly transported around the spark plug 19.

このとき、燃焼室17内には、スワールコントロールバルブ20cは、全開或いは略全開状態でスワール流が形成されない。図2に示すように、中心線L1、L2、L3の噴口から噴射された燃料噴霧は、着火用キャビティ33内に入り、前述のように、点火プラグ19周りに輸送されるようになっているため、強いスワール流によって着火用キャビティ33内の燃料が点火プラグ19周りから離れるのを抑制することができる。   At this time, no swirl flow is formed in the combustion chamber 17 when the swirl control valve 20c is fully open or substantially fully open. As shown in FIG. 2, the fuel sprays injected from the injection holes of the center lines L1, L2 and L3 enter the ignition cavity 33 and are transported around the spark plug 19 as described above. Therefore, the strong swirl flow can suppress the fuel in the ignition cavity 33 from being separated from the vicinity of the spark plug 19.

ところで、本実施形態のエンジン1においては、前述のように排出ガス浄化装置としてブローバイガス還元装置48が設けられており、このような排出ガス浄化装置では、吸気通路4上の吸気ポート20や吸気弁22のステム部22aなどに、排気ガスや未燃炭化水素およびオイルミスト中の炭素を主成分とするデポジットが付着する傾向にある。この吸気ポート20や吸気弁22のステム部22aなどへのデポジットの付着が継続すると、経時的にデポジットの堆積量が増加する結果、吸気の流れを阻害しエンジン1の燃焼を悪化させることになる。   By the way, in the engine 1 of the present embodiment, as described above, the blowby gas reduction device 48 is provided as the exhaust gas purification device, and in such an exhaust gas purification device, the intake port 20 and intake air on the intake passage 4 are Deposits mainly composed of exhaust gas, unburned hydrocarbons, and carbon in oil mist tend to adhere to the stem portion 22 a of the valve 22 and the like. If deposition of deposits on the intake port 20 and the stem 22a of the intake valve 22 continues, the amount of deposited deposits increases with time, and this impedes the flow of intake air and worsens the combustion of the engine 1 .

特に、本実施形態では、SPCCI燃焼を実行するために、インジェクタ18から噴射される燃料噴霧の噴射方向の不均一による燃焼室17内の混合気の均質化することによって、燃焼安定性を確保するため、吸気ポート20に設けられたスワールコントロールバルブ20cの開度を調整することによって、燃焼室17内の混合気を均質化する制御を実施している。このため、このデポジットによる吸気流の乱れが、スワール流による混合気の均質化を適正に実施できないことになり、エンジン1の燃焼安定性が低下し、ひいては失火に繋がる場合がある。   In particular, in the present embodiment, in order to execute SPCCI combustion, combustion stability is ensured by homogenizing the mixture in the combustion chamber 17 due to the uneven injection direction of the fuel spray injected from the injector 18 Therefore, by adjusting the opening degree of the swirl control valve 20c provided in the intake port 20, control is performed to homogenize the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. For this reason, the disturbance of the intake air flow due to the deposits may make it impossible to properly homogenize the air-fuel mixture due to the swirl flow, which may lower the combustion stability of the engine 1 and may lead to a misfire.

これに対して、本実施形態では、SPCCI燃焼中のエンジン1の燃焼安定性を確保するために、ECU10によって、エンジン1の失火判定を行うとともに、失火判定後に燃焼を安定させるためのスワールコントロールバルブ20cの制御を実施する。この失火判定を行うため、ECU10には、前述のセンサに加え、図5に示すように筒内圧センサS5が接続されるとともに、失火判定手段60が備えられている。   On the other hand, in the present embodiment, in order to ensure the combustion stability of the engine 1 during SPCCI combustion, the ECU 10 performs misfire determination of the engine 1 and a swirl control valve for stabilizing combustion after misfire determination. Implement 20c control. In order to perform this misfire determination, in addition to the aforementioned sensors, the ECU 10 is provided with a misfire determination means 60 as well as the in-cylinder pressure sensor S5 is connected as shown in FIG.

まず、ECU10は、エンジン1の回転数およびアクセル開度からエンジンの運転領域を判断し、運転領域が図6の低中回転低中負荷領域A1および中回転高負荷A2であると判断された場合、SPCCI燃焼が実行される。   First, the ECU 10 determines the operating range of the engine from the rotational speed of the engine 1 and the accelerator opening degree, and it is determined that the operating range is the low middle rotation low middle load region A1 and the middle rotation high load A2 in FIG. , SPCCI combustion is performed.

SPCCI燃焼による運転では、ECU10は、予め設定された所定の燃料噴射時期、所定の点火時期、および、スワールコントロールバルブ20c開度に基づいて、インジェクタ18、点火プラグ19、および、スワールコントロールバルブ20cに制御信号を出力し、エンジン1をSPCCI燃焼状態にする。   In the operation by the SPCCI combustion, the ECU 10 sets the injector 18, the spark plug 19, and the swirl control valve 20c based on the predetermined fuel injection timing, the predetermined ignition timing, and the swirl control valve 20c opening degree set in advance. The control signal is output to bring the engine 1 into the SPCCI combustion state.

また、SPCCI燃焼状態において、ECU10は、シリンダヘッド12に設けられた筒内圧センサS5からの圧力を読込み、図12(a)に示すように1サイクルの平均筒内圧が所定の閾値以下となる回数をカウントする。そして、この回数が、所定回数nを以上となった場合に、軽度の失火の原因となる、例えば、吸気弁22のステム部22aにデポジットの付着が発生し、吸気の流れが阻害され、スワール流による混合気の均質化を適切に実施できない(スワール流の強度が低下した)状態としての軽度失火と判定する。   Further, in the SPCCI combustion state, the ECU 10 reads the pressure from the in-cylinder pressure sensor S5 provided in the cylinder head 12, and as shown in FIG. 12A, the number of times the average in-cylinder pressure in one cycle becomes less than a predetermined threshold. Count. When the number of times exceeds a predetermined number n, deposits may be deposited on the stem portion 22a of the intake valve 22, which may cause a slight misfire, for example, the flow of intake may be impeded, and swirl may occur. It is judged as a slight misfire as a state where the homogenization of the mixture by the flow can not be appropriately performed (the strength of the swirl flow is reduced).

そして、軽度失火が判定された場合、図12(b)に示すように、ECU10は、次のSPCCI燃焼状態において、スワールコントロールバルブ20cの開度を現在のSPCCI燃焼時のスワールコントロールバルブ20cの開度SCV40から、所定開度SCV30に閉弁するようにスワールコントロールバルブ20cに制御信号を出力する。その結果、燃焼室17内の強さが低下したスワール流を補うように、スワール流が強められ、スワール流による混合気の均質化が適正化するように制御される。   When a slight misfire is determined, as shown in FIG. 12B, the ECU 10 opens the swirl control valve 20c at the current SPCCI combustion state in the next SPCCI combustion state, as shown in FIG. 12 (b). A control signal is output from the degree SCV 40 to the swirl control valve 20 c so as to close the predetermined opening degree SCV 30. As a result, the swirl flow is intensified so as to compensate for the reduced swirl flow in the combustion chamber 17, and the homogenization of the mixture by the swirl flow is controlled to be appropriate.

さらに、ECU10は、スワールコントロールバルブ20cの開度が、予め設定された所定のスワールコントロールバルブ開度限界SCV20に至り、かつ、軽度失火判定がされた場合、仮想線で示すようにSCVを下げることができないので、メータ部の警告灯61を点灯し、乗員に修理を促す。   Furthermore, when the degree of opening of the swirl control valve 20c reaches a predetermined predetermined degree of swirl control valve opening limit SCV20 and the slight misfire determination is made, the ECU 10 lowers the SCV as shown by a virtual line. The warning light 61 of the meter unit is turned on to prompt the occupant to repair.

また、軽度失火の判定には、前述の筒内圧の1サイクルにおける平均値が下限値を下回る回数に変えて、燃焼安定性を示すLNV(Lowest Normalized Value:所定期間中の図示平均有効圧の最小値と、所定期間中の図示平均有効圧の平均値との比率)を用いてもよい。なお、図示平均有効圧の測定には、シリンダヘッド12に設けられた筒内圧センサS5を用いればよい。   In addition, LNV (Lowest Normalized Value: the minimum of the indicated average effective pressure during a predetermined period) which indicates combustion stability by changing the number of times the average value in one cycle of the above-mentioned in-cylinder pressure to below the lower limit The ratio of the value to the average value of the indicated average effective pressure in a predetermined period may be used. The in-cylinder pressure sensor S5 provided on the cylinder head 12 may be used to measure the indicated mean effective pressure.

具体的には、ECU10は、筒内圧センサS5からの圧力を読込み、この筒内圧センサS5の所定期間中の図示平均有効圧の最小値と、所定期間中の図示平均有効圧の平均値とから、LNVを算出する。そして、図14の上図に示すように、LNVが、予め備えられたLNVの閾値未満になった場合に、軽度失火と判定する。なお、LNVの閾値は、例えば40%とすればよい。   Specifically, the ECU 10 reads the pressure from the in-cylinder pressure sensor S5, and based on the minimum value of the indicated mean effective pressure during the predetermined period of the in-cylinder pressure sensor S5 and the average value of the indicated mean effective pressure during the predetermined period. , LNV is calculated. Then, as shown in the upper drawing of FIG. 14, when the LNV becomes less than the threshold of the LNV provided in advance, it is determined that the misfire is mild. The threshold value of LNV may be, for example, 40%.

そして、軽度失火が判定された場合、図14の下図に示すように、ECU10は、次のSPCCI燃焼時において、スワールコントロールバルブ20cの開度を現在のSPCCI燃焼時のスワールコントロールバルブ20cの開度SCV40から、所定開度SCV30に閉弁するようにスワールコントロールバルブ20cに制御信号を出力する。その結果、燃焼室17内の強さが低下したスワール流を補うように、スワール流が強められ、スワール流による混合気の均質化が適正化するように制御される。   Then, when a slight misfire is determined, as shown in the lower diagram of FIG. 14, the ECU 10 opens the swirl control valve 20c at the time of the next SPCCI combustion as the opening degree of the swirl control valve 20c at the current SPCCI combustion. A control signal is output from the SCV 40 to the swirl control valve 20c so as to close the predetermined opening degree SCV30. As a result, the swirl flow is intensified so as to compensate for the reduced swirl flow in the combustion chamber 17, and the homogenization of the mixture by the swirl flow is controlled to be appropriate.

さらに、ECU10は、スワールコントロールバルブ20cの開度が、予め設定された所定のスワールコントロール弁開度限界SCV20に至り、かつ、軽度失火判定がされた場合、仮想線で示すようにSCVを下げることができないので、メータ部の警告灯61を点灯し、乗員に修理を促す。   Furthermore, when the degree of opening of the swirl control valve 20c reaches a predetermined predetermined degree of swirl control valve opening limit SCV20 and the slight misfire determination is made, the ECU 10 lowers the SCV as shown by a virtual line. The warning light 61 of the meter unit is turned on to prompt the occupant to repair.

図11は、図2のインジェクタ18の複数の噴口から噴射される燃料の噴射方向、および、複数の噴口の噴口径の変形例を示している。なお、図2に示す前述の実施形態と同様の構成要素については、図11において同一の符号を用いるとともに、その説明を省略する。   FIG. 11 shows a modification of the injection direction of the fuel injected from the plurality of injection holes of the injector 18 of FIG. 2 and the injection holes of the plurality of injection holes. In addition, about the component similar to the above-mentioned embodiment shown in FIG. 2, while using the same code | symbol in FIG. 11, the description is abbreviate | omitted.

具体的には、上述の実施形態では、インジェクタ18の複数の噴口のうち、中心線L1、L2、L3の噴口から噴射される燃料噴霧を着火用キャビティ33内に入るように中心線の間隔を狭くされている。これに変えて、変形例においては、図11に示すように、インジェクタ18の複数の噴口H1〜H10から噴射される燃料噴霧の軸の中心線L11〜L20が、放射状に均等に配置されている。   Specifically, in the above-described embodiment, among the plurality of injection ports of the injector 18, the distance between the center lines is set so that the fuel spray injected from the injection ports of the center lines L1, L2 and L3 enters the ignition cavity 33. It is narrowed. Instead of this, in the modification, as shown in FIG. 11, center lines L11 to L20 of the axes of the fuel sprays injected from the plurality of injection holes H1 to H10 of the injector 18 are arranged radially equally. .

また、この複数の噴口H1〜H10から噴射される燃料噴霧の中心線L11〜L20のうち、中心線L11および中心線L12の噴口H1、H2から噴射される燃料噴霧は、着火用キャビティ33内に向かい、中心線L13〜L20の噴口H3〜H10から噴射される燃料噴霧は、着火用キャビティ33外に向かうようになっている。   Further, among the center lines L11 to L20 of the fuel spray injected from the plurality of injection holes H1 to H10, the fuel sprays injected from the injection lines H1 and H2 of the center line L11 and the center line L12 are in the ignition cavity 33. The fuel sprays injected from the injection ports H3 to H10 of the center lines L13 to L20 are directed to the outside of the ignition cavity 33 in the opposite direction.

そして、着火用キャビティ33内に向かう中心線L11およびL12の噴口H1およびH2の噴口径は、中心線L13〜L20の噴口H3〜H10の噴口径よりも大きく形成されている。   Further, the injection holes of the injection holes H1 and H2 of the center lines L11 and L12 directed into the ignition cavity 33 are formed larger than the injection holes of the injection holes H3 to H10 of the center lines L13 to L20.

これにより、着火用キャビティ33内に流入する燃料噴霧を、着火に十分な量確保することができる。その結果、点火プラグ19周りに燃料を速やかに輸送することができ、混合気の着火性の向上およびSI燃焼の安定化を図ることができる。   As a result, it is possible to secure a sufficient amount of fuel spray flowing into the ignition cavity 33 for ignition. As a result, the fuel can be transported quickly around the spark plug 19, and the ignition performance of the mixture can be improved and the SI combustion can be stabilized.

具体的には、上述の実施形態と同様に、排気浄化触媒51の温度を上昇させるためのAWS制御中においては、例えば、点火時期をリタードさせることで、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を実現している。そして、着火用キャビティ33内に臨んだ点火プラグ19によって、着火用キャビティ33内の混合気に点火される。   Specifically, as in the above embodiment, during AWS control for raising the temperature of the exhaust purification catalyst 51, for example, the exhaust temperature is raised by retarding the ignition timing, and the catalyst is warmed up early. Machine is realized. Then, the mixture in the ignition cavity 33 is ignited by the ignition plug 19 facing the inside of the ignition cavity 33.

このとき、着火用キャビティ33に向かう噴口H1、H2の噴口径は、着火用キャビティ33外に向かう噴口H3〜H10の噴口径よりも大きくされているので、点火時期をリタードさせたことによる着火の悪化を補える程度の十分な燃料を着火用キャビティ33内に確保することができるので、着火性を確保することができる。   At this time, since the injection holes of the injection holes H1 and H2 directed to the ignition cavity 33 are larger than the injection holes of the injection holes H3 to H10 directed to the outside of the ignition cavity 33, the ignition timing is retarded. Since sufficient fuel to compensate for the deterioration can be secured in the ignition cavity 33, the ignitability can be secured.

さらに、非冷間時には、スワールコントロールバルブ20cの開度を変化させることにより、燃焼室17内にスワール流を形成することで、燃焼室17内の燃料を速やか均質化することができる。例えば、CI燃焼のように、燃焼室17内の燃料濃度の均質化が必要なエンジン1の運転状態における、燃焼安定性を確保することができる。   Furthermore, by changing the degree of opening of the swirl control valve 20c when not cold, by forming a swirl flow in the combustion chamber 17, the fuel in the combustion chamber 17 can be rapidly homogenized. For example, combustion stability can be ensured in the operating state of the engine 1 where the fuel concentration in the combustion chamber 17 needs to be homogenized as in CI combustion.

以上のように、本発明によれば、比較的高圧縮比のエンジンやキャビティが小さいエンジンにおいて、AWS実施時の着火性および燃焼安定性を図ることができるので、エンジンの制御分野において好適に利用される可能性がある。   As described above, according to the present invention, in an engine with a relatively high compression ratio and an engine with a small cavity, ignition performance and combustion stability can be achieved when AWS is implemented. There is a possibility.

1 エンジン
3 ピストン
4 吸気通路
5 排気通路
10 ECU(コントローラ)
17 燃焼室
18 インジェクタ
19 点火プラグ
20c スワールコントロールバルブ(スワール制御弁)
22 吸気弁
22a ステム部
32 ラージキャビティ(第2のキャビティ)
33 着火用キャビティ(キャビティ、スモールキャビティ)
48 ブローバイシステム
50 触媒装置(排気浄化触媒)
60 失火判定手段
H1〜H10 複数の噴口
1 engine 3 piston 4 intake passage 5 exhaust passage 10 ECU (controller)
17 combustion chamber 18 injector 19 spark plug 20 c swirl control valve (swirl control valve)
22 intake valve 22a stem portion 32 large cavity (second cavity)
33 Ignition cavity (cavity, small cavity)
48 Blow-by system 50 Catalyst device (exhaust purification catalyst)
60 Misfire Determination Means H1 to H10 Multiple Nozzles

Claims (7)

エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部と、前記第2噴口部とは、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備え、前記ピストンの軸方向から見て前記第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、前記第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりも小さく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成され、
前記ピストンには、第2のキャビティが設けられており、前記キャビティは、第2のキャビティよりも小さいスモールキャビティであることを特徴とするエンジンの制御装置。
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
The first injection port portion of the injector and the second injection port portion have a plurality of injection ports having injection direction axes different from each other, and the injection direction of the adjacent injection ports of the first injection port portion when viewed from the axial direction of the piston Since the angle formed between the shafts is set smaller than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection ports of the second injection port section, the mixture in the cavity is more than the mixture in the outside of the cavity. The rich air-fuel ratio is
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
When not cold, the swirl forming portion forms a swirl flow,
A control device of an engine, wherein the piston is provided with a second cavity, and the cavity is a small cavity smaller than the second cavity .
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部の噴口の大きさが、第2噴口部の噴口の大きさよりも大きく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成されることを特徴とするエンジンの制御装置。
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
By setting the size of the injection port of the first injection port in the injector to be larger than the size of the injection port of the second injection port, the air-fuel mixture in the cavity is made richer than the air-fuel mixture outside the cavity,
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
An engine control device characterized in that a swirl flow is formed by a swirl formation portion when not cold.
前記コントローラは、冷間時には、スワール流を形成させず、または、非冷間時よりも弱い強度でスワール流を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエンジンの制御装置。   The engine control device according to claim 1 or 2, wherein the controller does not form a swirl flow when cold, or forms a swirl flow with a weaker strength than when not cold. . 前記スワール形成部は、吸気通路に設けられたスワール制御弁であり、
前記コントローラは、前記スワール制御弁の開度をスワール比2以上4未満になるように制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
The swirl formation portion is a swirl control valve provided in the intake passage,
The engine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller controls the opening degree of the swirl control valve to be a swirl ratio of 2 or more and less than 4.
前記エンジンは、ステム部を有する吸気弁と、
ブローバイシステムとを備え、
前記コントローラは、失火判定手段を有し、
前記失火判定手段が失火を判定した場合には、前記スワール流を強めることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
The engine includes an intake valve having a stem portion;
Equipped with a blow-by system,
The controller has a misfire determination means,
The engine control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the swirl flow is intensified when the misfire determination means determines a misfire.
前記エンジンが、高負荷低回転の運転領域において、
前記コントローラは、他の運転領域に比べて圧縮行程後期以降の遅れたタイミングに燃料噴射を行うように前記インジェクタに制御信号を出力するとともに、その後、点火するように点火プラグに制御信号を出力することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
In the high load and low speed operation region, the engine is
The controller outputs a control signal to the injector so as to perform fuel injection at a delayed timing after the late stage of the compression stroke as compared with the other operation range, and then outputs a control signal to the spark plug so as to ignite. The engine control device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記エンジンの燃焼室に備えられ、上面にキャビティを有するピストンと、
複数の噴口が設けられ、該複数の噴口の一部から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティを指向するよう燃料噴射する第1噴口部と、その他の噴口から噴射される燃料の噴射方向が前記キャビティ外を指向するように燃料噴射する第2噴口部と、を備えたインジェクタと、
前記キャビティに臨んで配置された点火プラグと、
前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに接続され、かつ、前記インジェクタおよび前記点火プラグそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記インジェクタにおける第1噴口部と、前記第2噴口部とは、それぞれ異なる噴射方向軸を有する複数の噴口を備え、前記ピストンの軸方向から見て前記第1噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度が、前記第2噴口部の隣接する噴口の噴射方向軸間に形成された角度よりも小さく設定されることで、キャビティ内の混合気がキャビティ外の混合気よりもリッチ空燃比とされ、
前記燃焼室に所定の強さを超えるスワール流を発生させるスワール形成部が設けられ、
前記コントローラは、前記排気浄化触媒の触媒温度が低い冷間時には、前記排気浄化触媒の触媒温度を上昇させるべく、非冷間時よりも遅角した時期に混合気に点火するよう前記点火プラグに制御信号を出力し、
非冷間時には、スワール形成部によりスワール流が形成され、
前記エンジンの圧縮比は14以上であることを特徴とするエンジンの制御装置。
An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the engine;
A piston provided in a combustion chamber of the engine and having a cavity on an upper surface thereof;
A plurality of injection ports are provided, and a first injection port portion for injecting fuel so that the injection direction of fuel injected from a part of the plurality of injection ports is directed to the cavity, and injection directions of fuel injected from other injection ports are An injector having a second injection port for injecting fuel to be directed to the outside of the cavity;
A spark plug disposed facing the cavity;
A control device for an engine, comprising: a controller connected to each of the injector and the spark plug and configured to operate the engine by outputting a control signal to each of the injector and the spark plug. ,
The first injection port portion of the injector and the second injection port portion have a plurality of injection ports having injection direction axes different from each other, and the injection direction of the adjacent injection ports of the first injection port portion when viewed from the axial direction of the piston Since the angle formed between the shafts is set smaller than the angle formed between the injection direction axes of the adjacent injection ports of the second injection port section, the mixture in the cavity is more than the mixture in the outside of the cavity. The rich air-fuel ratio is
A swirl forming portion for generating a swirl flow exceeding a predetermined strength is provided in the combustion chamber,
When the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst is low, the controller causes the spark plug to ignite the air-fuel mixture at a timing delayed from that in the non-cold state to raise the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst. Output control signal,
When not cold, the swirl forming portion forms a swirl flow,
A control device for an engine, wherein a compression ratio of the engine is 14 or more .
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