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JP3885697B2 - Control device for spark ignition engine - Google Patents
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JP3885697B2 - Control device for spark ignition engine - Google Patents

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、より詳しくは、多気筒エンジンにおいて燃費改善及びエミッション向上のために各気筒の燃焼状態および吸排気弁の開閉時期を制御する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、火花点火式エンジンにおいて、各気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせることにより燃費改善を図る技術が研究されており、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、低回転低負荷域等では上記燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成層燃焼を行わせ、これによって超リーン燃焼を実現するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
このようなエンジンにおいては、排気ガス浄化用の触媒として通常の三元触媒(HC,CO及びNOxに対して理論空燃比付近で浄化性能の高い触媒)だけではリーン運転時にNOxに対して充分な浄化性能が得られないため、酸素過剰雰囲気でNOxを吸着して酸素濃度低下雰囲気でNOxの離脱、還元を行うリーンNOx触媒を設けている。そして、このようなリーンNOx触媒を用いる場合、リーン運転中にリーンNOx触媒のNOx吸着量が増大したときは、例えば上記引用文献1に示されるように主燃焼以外に膨張行程中に追加燃料を噴射することで排気ガスの空燃比をリッチ化するとともにCOを生成し、これによってNOxの離脱、還元を促進するようにしている。
【0004】
上記のようなリーン運転を行うエンジンでは、リーン運転中のNOx浄化性能の確保のために上記リーンNOx触媒を必要とする。そして、高負荷域等の理論空燃比で運転される領域での排気浄化のために三元触媒も必要であって、この三元触媒に加えて上記リーンNOx触媒が設けられ、かつ、このリーンNOx触媒はNOx吸着量をある程度確保するために比較的大容量が必要となり、また、三元触媒と比べて高価であるため、コスト的に不利である。
【0005】
しかも、上記リーンNOx触媒の浄化性能を維持するためには、上述のようにNOx吸着量が増大するような所定の期間毎に、NOxの離脱、還元のため追加燃料の供給等による一時的な空燃比のリッチ化を行う必要があり、これにより、リーン燃焼による燃費改善効果が目減りしてしまうことになる。
【0006】
このような課題に対し、本願出願人は、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行う多気筒エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域では、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスをそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に導入し、この後続気筒から排出されるガスを三元触媒を備えた排気通路に導くようにするとともに、この2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒において理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で燃焼を行わせ、後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給して理論空燃比とした状態で燃焼を行わせるように燃焼状態等を制御することを考えた(特願2002−024548号)。
【0007】
これによると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒ではリーン空燃比での燃焼が行われ、熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減されることにより大幅な燃費改善効果が得られ、また、上記後続気筒では先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて理論空燃比とされた状態で燃焼が行われて、ポンピングロス低減による燃費効果が得られる。しかも、後続気筒から排出される理論空燃比の既燃ガスのみが三元触媒を備えた排気通路に導かれるため、三元触媒だけで充分に排気浄化性能が確保され、リーンNOx触媒も不要となる。
【0008】
更に、後続気筒の燃焼を、圧縮行程後期に燃焼室内を高温、高圧にして燃料を自己着火させるようにした圧縮着火によるものとすれば、燃焼室全体に亘り一気に燃焼するため、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、燃費改善に一層有利となる。後続気筒を圧縮着火させるためには、燃焼室内を高温、高圧にする必要があるが、上記のように2気筒接続状態とすることにより、後続気筒には先行気筒から高温の既燃ガスが導入されるので、圧縮着火が可能となっている。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−274085号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、大幅な燃費改善効果を得るためには、2気筒接続状態での燃焼制御を行い、特に圧縮着火による燃焼を行うことが有効である。後続気筒で圧縮着火を行うためには、燃焼室内が高温、高圧でなければならないが、逆に高温になり過ぎるとノッキング等の異常燃焼の虞がある。従って、適正に圧縮着火を行い得る運転領域は、燃焼室内が好適な温度、圧力となるような一定の範囲内とする必要がある。そして、より大きな燃費改善効果を得るために、その範囲を拡大することが望まれていた。
【0011】
本発明は以上のような課題を考慮してなされたものであり、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果が得られる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【0013】
この構成によると、少なくとも低負荷低回転域において、先行気筒では空気が過剰に存在するリーン空燃比で、強制点火による燃焼が行われ、このリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られる。また、後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに追加燃料が供給されて圧縮着火による燃焼が行われる。先行気筒から気筒間ガス通路を介して導入されるガスは高温であるために、追加燃料の気化が促進されるうえ、圧縮着火により燃焼室全体に亘り一気に燃焼するので、仕事に寄与しない遅い燃焼が避けられ、高い燃費改善効果が得られる。また、先行気筒ではリーン空燃比で燃焼が行われることによりNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒では、先行気筒から既燃ガスが導入されることで多量のEGR(排気再循環)が行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制され、排ガス浄化が促進される。
【0014】
しかも後続気筒から排出される理論空燃比の燃焼による排ガスのみが排気通路に導かれるので、排気通路には三元触媒を備えるだけで充分に排気浄化性能が確保される。先行気筒で熱効率の良いリーン燃焼を行いながら、リーン燃焼を行う際に従来必要とされていた、比較的高価なリーンNOx触媒を必要としないので、コストを削減することができる。
【0015】
更に、2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されている。すなわち、後続気筒の既燃ガス導入弁(一種の吸気弁である)の閉弁時期を、新気を吸入する場合(先行気筒)に比べて早期(下死点に近い側)に閉じるようにしている。そのため、後続気筒での有効圧縮比を増大させることができる。
【0016】
従来のエンジンでは、吸気弁の閉弁時期を、吸気行程下死点よりも遅らせる(クランク角で50°程度)のが一般的である。これは吸入抵抗による吸気の遅れを補うためであり、下死点よりも遅れて閉じることにより新気の充填効率を向上させている。しかし一方では、ピストンが下死点を過ぎて上昇中にも吸気弁が開いているので、有効圧縮比は幾何学的圧縮比よりも小さくなっている。本構成によると、既燃ガス導入弁の閉弁時期をより下死点に近づけることができるので、有効圧縮比を幾何学的圧縮比に近づける、即ち増大させることができるのである。なお、このとき後続気筒に導入されるのはスロットルバルブに絞られた新気ではなく、先行気筒から排出された既燃ガスなので、既燃ガス導入弁を早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【0017】
後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができる。すなわち、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0018】
なお、各行程や上死点(TDC)、下死点(BDC)等の語は、ピストンの動作や位置を指すが、ピストン位置はクランク角の関数ともなっているので、一般になされているように、本明細書でも各行程やピストン位置をクランク角で示す表現に準ずる。たとえば、ピストンが上死点から下死点まで移動したとき、クランク軸が180°回転する場合、上死点と下死点との間隔はクランク角180°(以下180°CAと記す)である。また、吸気弁の開弁時期や吸気弁の開弁期間などという場合の時期や期間の単位は、クランク角とする。
【0019】
請求項2の発明は、請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒排気弁を、上記後続気筒の排気行程上死点までは開弁しつつ、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記後続気筒の吸気行程上死点となるように設定されていることを特徴とする。
【0020】
このようにすると、後続気筒の排気行程上死点付近で、後続気筒排気弁と既燃ガス導入弁とが共に開弁している期間(いわゆるバルブオーバーラップ)を短縮することができる(零とする場合も含む)。従来の一般的な設定は、吸気弁の開弁時期を吸気行程上死点よりも早期(5〜10°CA程度)としていたところ、本構成ではそれを吸気行程上死点に合わせているからである。このようにバルブオーバーラップを短縮することにより、後続気筒に導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁を通して排気通路に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒の有効圧縮率を増大させることができる。有効圧縮比の増大に伴い、圧縮着火性が向上するので、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0021】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【0022】
このようにすると、比較的高負荷であり、筒内温度が高く、圧縮着火性は高いものの、その筒内温度が必要以上に高過ぎて逆にノッキング等の異常燃焼が発生する虞のある場合、既燃ガス導入弁の閉弁時期を遅らせることにより、後続気筒の有効圧縮比を小さくすることができる。後続気筒の有効圧縮比を小さくすると筒内温度が低下するので、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0023】
請求項4の発明は、請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御装置において、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷高回転側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷低回転側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【0024】
このようにすると、請求項3の発明に加え、回転数も考慮した制御を行うことができる。筒内温度は回転数によっても変化するので、制御条件として回転数を考慮することにより、より詳細で適切な圧縮着火性の制御ができる。
【0025】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記2気筒接続状態となる運転領域において、上記既燃ガス排出弁の閉弁時期が、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側に設定されるとともに、上記既燃ガス排出弁の開弁期間と上記既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、少なくともエンジン負荷に応じて、上記既燃ガス排出弁の開弁時期と上記既燃ガス導入弁の開弁時期とが、その時期差を一定に保ちながら前後に変動するように設定されていることを特徴とする。
【0026】
このようにすると、既燃ガス排出弁の閉弁時期をエンジン負荷に応じて前後に変動させることができるので、比較的低負荷のときに既燃ガス導入弁の閉弁時期を下死点付近まで早期化させ、有効圧縮比を増大させることができる。
【0027】
このとき、既燃ガス排出弁の閉弁時期は、既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側となっているため、上死点よりも前になる。これは、従来のエンジンの一般的な排気弁の閉弁時期(上死点後50°CA程度)よりも早期になっている。既燃ガス排出弁を早期に閉じることにより、先行気筒の既燃ガスの残存量が増大する(以下内部EGRの増大という)。先行気筒の内部EGRが増大すると、その筒内温度が上昇するので、先行気筒から排出され、後続気筒に導入される既燃ガスの温度が上昇する。
【0028】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を上昇させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させることができる。このようにして圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大することができるので、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0029】
一方、比較的高負荷のときは全体的に開弁期間を遅らせることにより、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点よりも遅らせるとともに、既燃ガス排出弁の閉弁時期を遅らせることができる。既燃ガス導入弁を下死点よりも遅らせて閉じることにより後続気筒の有効圧縮比を減少させることができる。また既燃ガス排出弁の弁時期を遅らせることにより、先行気筒の内部EGRを減少させ、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。
【0030】
すなわち、後続気筒の有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒に導入される既燃ガス温度を低下させることができる。その結果、後続気筒の筒内温度が高くなり過ぎて異常燃焼を起こすことを防止することができる。従って、異常燃焼を伴わずに圧縮着火による燃焼を行い得る運転領域を、より高負荷側に拡大することができ、更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0031】
なお、各弁の開閉時期を変動させるにあたり、既燃ガス排出弁の開弁期間と既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、これらの開弁時期の時期差を一定に保つようにしている。このようにすると、各弁の開閉に関る各カムの形状によって各弁の開閉時期が一義的に設定される構造のエンジンでは、カムの切換等をする必要がなく、各弁に関るカムは常に同一のカムを使用することができる。そして開弁時期の変動は、その弁の開閉に関るカムと一体回転するカムシャフトと、クランクシャフトとの位相(相対角度)を変動させることによりなすようにすれば良いので、対象となるエンジンの構造を、それぞれのカムを独立して制御するものよりも簡単にすることができ、小型、軽量、低コストのエンジンとすることができる。
【0032】
請求項6の発明は、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、当該2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とは閉弁しており、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が上記先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置である。
【0033】
この構成によると、請求項1の作用効果と同様、先行気筒ではリーン燃焼によって熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、大幅な燃費善効果が得られるとともに、後続気筒では圧縮着火による燃焼を行うことで更に高い燃費改善効果が得られる。また、三元触媒を備えるだけで低コストでありながら充分に排気浄化性能が確保される。
【0034】
更に、比較的低負荷の走行状態のとき、後続気筒の既燃ガス導入弁の開弁期間が先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ既燃ガス導入弁の閉弁時期が先行気筒吸気弁の閉弁時期よりも吸気下死点に近くなるようにできるので、相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することができ、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができる。後続気筒の有効圧縮比を増大させると、筒内温度が上昇するため、圧縮着火し易くなる。従って、筒内温度が上昇し難く、圧縮着火性の低い低負荷領域であっても、その圧縮着火性を向上させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0035】
請求項7の発明は、請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が、上記後続気筒排気弁の開弁期間よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。
【0037】
このようにすると、いずれも相対的に既燃ガス導入弁の閉弁時期を早期化することとなる。そのため、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0038】
請求項の発明は、請求項6に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記既燃ガス排出弁の開弁時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする。
【0039】
このようにすると、既燃ガス導入弁の閉弁時期を吸気行程下死点付近に設定することができるので、後続気筒の有効圧縮比を増大させることができ、上記のように更に燃費を向上させ、排ガス浄化を促進させることができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施形態によるエンジンの概略構成を示し、図2はエンジン本体1の一つの気筒とそれに対して設けられた吸・排気弁等の構造を概略的に示している。これらの図において、エンジン本体1は複数の気筒を有し、図示の実施形態では4つの気筒2A〜2Dを有している。各気筒2A〜2Dにはピストン3が嵌挿され、ピストン3の上方に燃焼室4が形成されている。
【0041】
各気筒2A〜2Dの燃焼室4の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室4内に臨んでいる。この点火プラグ7には、電子制御による点火時期のコントロールが可能な点火回路8が接続されている。
【0042】
燃焼室4の側方部には、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁9が設けられている。この燃料噴射弁9は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。なお、この燃料噴射弁9には、図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【0043】
また、各気筒2A〜2Dの燃焼室4に対して吸気ポート11、11a,11b及び排気ポート12、12a,12bが開口し、これらのポートに吸気通路15、排気通路20等が接続されるとともに、各ポートにはそれぞれ先行気筒吸気弁31、後続気筒吸気弁31a、既燃ガス導入弁31b、後続気筒排気弁32、先行気筒排気弁32aおよび既燃ガス排出弁32b(これらの弁は従来エンジンの吸排気弁に相当する)が設けられている。更にその上方にはカムシャフト33,34と、これらと一体回転するカム26,27が設けられている。
【0044】
そして、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、4気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から1番気筒2A、2番気筒2B、3番気筒2C、4番気筒2Dと呼ぶと、図5に示すように上記サイクルが1番気筒2A、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもって行われるようになっている。なお、図5において、EXは排気行程、INは吸気行程であり、また、Fは燃料噴射、Sは強制点火を表し、図中の星マークは圧縮着火(条件によっては強制点火)が行われることを表している。
【0045】
排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間には、排気行程と吸気行程が重なるときの排気行程側の気筒(当明細書ではこれを先行気筒と呼ぶ)から吸気行程側の気筒(当明細書ではこれを後続気筒と呼ぶ)へ既燃ガスをそのまま導くことができるように、気筒間ガス通路22が設けられている。当実施形態の4気筒エンジンでは、図5に示すように1番気筒2Aの排気行程(EX)と2番気筒2Bの吸気行程(IN)とが重なり、また4番気筒2Dの排気行程(EX)と3番気筒2Cの吸気行程(IN)が重なるので、1番気筒2Aと2番気筒2B、及び、4番気筒2Dと3番気筒2Cがそれぞれ一対をなし、1番気筒2A及び4番気筒2Dが先行気筒、2番気筒2B及び3番気筒2Cが後続気筒となる。
【0046】
各気筒の吸・排気ポートとこれに接続される吸気通路、排気通路及び気筒間ガス通路は、具体的には次のように構成されている。
【0047】
先行気筒である1番気筒2A及び4番気筒2Dには、それぞれ、新気を導入するための吸気ポート11と、既燃ガス(排気ガス)を排気通路に送り出すための第1排気ポート12aと、既燃ガスを後続気筒に導出するための第2排気ポート12bとが配設されている。また、後続気筒である2番気筒2B及び3番気筒2Cには、それぞれ、新気を導入するための第1吸気ポート11aと、先行気筒からの既燃ガスを導入するための第2吸気ポート11bと、既燃ガスを排気通路に送り出すための排気ポート12とが配設されている。
【0048】
図1に示す例では、1番,4番気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および2番,3番気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aが、1気筒当り2個ずつ、燃焼室の左半部側に並列的に設けられる一方、1番,4番気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12a及び第2排気ポート12bならびに2番,3番気筒2B,2Cにおける第2吸気ポート11b及び排気ポート12が、燃焼室の右半部側に並列的に設けられている。
【0049】
1番,4番気筒2A,2Dにおける吸気ポート11および2番,3番気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11aには、吸気通路15における気筒別の分岐吸気通路16の下流端が接続されている。各分岐吸気通路16の下流端近傍には、共通の軸を介して互いに連動する多連スロットル弁17が設けられており、この多連スロットル弁17は制御信号に応じてアクチュエータ18により駆動され、吸入空気量を調節するようになっている。なお、吸気通路15における集合部より上流の共通吸気通路には吸気流量を検出するエアフローセンサ19が設けられている。
【0050】
1番,4番気筒2A,2Dにおける第1排気ポート12aおよび2番,3番気筒2B,2Cにおける排気ポート12には、排気通路20における気筒別の分岐排気通路21の上流端が接続されている。また、1番気筒2Aと2番気筒2Bとの間及び3番気筒2Cと4番気筒2Dとの間にそれぞれ気筒間ガス通路22が設けられ、先行気筒である1番,4番気筒2A,2Dの第2排気ポート12bに気筒間ガス通路22の上流端が接続されるとともに、後続気筒である2番,3番気筒2B,2Cの第2吸気ポート11bに気筒間ガス通路22の下流端が接続されている。
【0051】
気筒間ガス通路22には、酸素濃度に応じて出力がリニアに変化するリニアO2センサ25が設けられており、その出力に応じ、所定のリーン空燃比とされる先行気筒2A,2Dに対する燃料噴射量がフィードバック制御される。
【0052】
排気通路20における分岐排気通路21の下流の集合部には排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するO2センサ23が設けられている。O2センサ23は、理論空燃比付近で出力が急変するλO2センサであり、このO2センサ23の出力に基いて後続気筒2B,2C(各気筒独立状態のときは気筒2A,2Dを含む)に対する燃料噴射量がフィードバック制御される。さらにO2センサ23の下流の排気通路20には排気浄化用の三元触媒24が設けられている。この三元触媒24は、一般に知られているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比(つまり空気過剰率λがλ=1)付近にあるときにHC,CO及びNOxに対して高い浄化性能を示す触媒である。
【0053】
各気筒の吸・排気ポートを開閉する各弁とこれらに対する動弁機構は、次のようになっている。
【0054】
1番,4番気筒2A,2Dにおける吸気ポート11、第1排気ポート12a及び第2排気ポート12bにはそれぞれ先行気筒吸気弁31、先行気筒排気弁32a及び既燃ガス排出弁32bが設けられ、また、2番,3番気筒2B,2Cにおける第1吸気ポート11a、第2吸気ポート11b及び排気ポート12にはそれぞれ後続気筒吸気弁31a、既燃ガス導入弁31bおよび後続気筒排気弁32が設けられている。これらの各弁は、各気筒が吸気行程または排気行程にあるときにカム26,27に押し下げられて開くが、その開閉時期は必ずしも上死点や下死点に限らず、必要に応じて数度CA(クランク角)〜数十度CAずれた時期に設定されている。
【0055】
更に当実施形態では、カム位相可変機構33a,34aによって各弁の開閉時期を条件に応じて変動させたり、弁停止機構35によって閉じ切りにしたりするようになっている。
【0056】
カム位相可変機構33a,34aは、カムシャフト33,34の回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変動させる、従来から知られた機構である。図1に示すようにカムシャフト33にはカム位相可変機構33aが、カムシャフト34にはカム位相可変機構34aが設けられており、それぞれ独立して制御されている(図3参照)。従って、カムシャフト33の回転によって開閉する先行気筒吸気弁31および後続気筒吸気弁31aの開閉時期は、カム位相可変機構33aによって全体的に前後に変動する。同様に、カムシャフト34の回転によって開閉する既燃ガス導入弁31b、後続気筒排気弁32、先行気筒排気弁32aおよび既燃ガス排出弁32bの開閉時期は、カム位相可変機構34aによって全体的に前後に変動する。
【0057】
弁停止機構35は、各弁を作動状態と停止状態とに切換えるもので、後続気筒吸気弁31a、既燃ガス導入弁31b、先行気筒排気弁32aおよび既燃ガス排出弁32bに設けられている。その機構は従来から知られているため詳しい図示は省略するが、例えば、カムと弁軸との間に介装されたタペットに作動油の給排が可能な油圧室が設けられ、この油圧室に作動油が供給されている状態ではカムの作動が弁に伝えられて弁が開閉作動され、油圧室から作動油が排出されたときにはカムの作動が弁に伝えられなくなることで弁が停止されるようになっているものである。後続気筒吸気弁31aおよび先行気筒排気弁32aの弁停止機構35に対する作動油給排用の通路36には、第1コントロール弁37が設けられており、既燃ガス導入弁31bおよび既燃ガス排出弁32bに対する作動油給排用の通路38には、第2コントロール弁39が設けられている(図3参照)。
【0058】
図3は当実施形態における駆動、制御系統の構成を示している。この図において、マイクロコンピュータ等からなるエンジン制御用のECU(コントロールユニット)40には、エアフローセンサ19、O2センサ23およびリニアO2センサ25からの信号が入力され、運転状態を判別するためにエンジン回転数を検出する回転数センサ47とアクセル開度(アクセルペダル踏込み量)を検出するアクセル開度センサ48とからの信号が入力される。このECU40から、点火回路8、各燃料噴射弁9、多連スロットル弁17のアクチュエータ18、第1,第2のコントロール弁37,39およびカム位相可変機構33a,34aのそれぞれに対して制御信号が出力される。
【0059】
上記ECU40は、少なくとも低負荷低回転域で、ガス流通経路を2気筒接続状態(図6参照)としつつ燃焼を行わせる制御手段を構成するものであって、運転状態判別手段41、弁停止機構制御手段42、吸入空気量制御手段43、燃焼制御手段44およびカム位相制御手段49を備えている。
【0060】
運転状態判別手段41は、回転数センサ47およびアクセル開度センサ48等からの信号によりエンジンの運転状態(エンジン回転数およびエンジン負荷)を調べ、運転状態が図4に示すような低負荷低回転側の運転領域A(エンジン負荷T1以下かつエンジン回転数r1以下)と、高負荷側ないし高回転側の運転領域B(エンジン負荷がT1を超えるか又はエンジン回転数がr1を越える)とのいずれの領域にあるかを判別する。運転領域Aの中でも、運転領域A1は比較的低負荷低回転の領域であり、運転領域A2は比較的高負荷高回転の領域である。所定の条件下(たとえばエンジンが完全に暖機された状態)において、運転領域Aでは2気筒接続状態とする特殊運転モードでの運転を行い、運転領域Bでは各気筒独立状態とする通常運転モードでの運転を行う。
【0061】
弁停止機構制御手段42は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、上記各コントロール弁37,39を制御することにより、各弁停止機構35を次のように制御する。
【0062】

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【0063】
吸入空気量制御手段43は、アクチュエータ18を制御することによりスロットル弁17の開度(スロットル開度)を制御するものであり、運転状態に応じてマップ等から目標吸入空気量を求め、その目標吸入空気量に応じてスロットル開度を制御する。この場合、特殊運転モードでは、後述のように後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)においては分岐吸気通路16からの吸気導入が遮断された状態で先行気筒から導入されるガス中の過剰空気と新たに供給される燃料との比が理論空燃比(以下これを実質的な理論空燃比という)とされつつ燃焼が行われるので、先行、後続の2気筒分の要求トルクに応じた燃料の燃焼に必要な量の空気(2気筒分の燃料の量に対して理論空燃比となる量の空気)が先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)に供給されるように、スロットル開度が調節される。
【0064】
燃焼制御手段44は、燃料噴射制御手段45と点火制御手段46とからなっており、燃料噴射制御手段45により、各気筒2A〜2Dに設けられた燃料噴射弁9からの燃料噴射量及び噴射タイミングをエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、点火制御手段46により運転状態に応じた点火時期の制御及び点火停止等の制御を行う。そして、特に運転状態が特殊運転モードである場合と通常運転モードである場合とで燃焼の制御(燃料噴射の制御及び点火の制御)が変更される。
【0065】
すなわち、特殊運転モードの場合、先行気筒(1番、4番気筒2A,2D)に対しては、空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比、好ましくは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上とするように燃料噴射量を制御するとともに、圧縮行程で燃料を噴射して混合気の成層化を行わせるように噴射タイミングを設定し、かつ、圧縮上死点付近で強制点火を行わせるように点火タイミングを設定する。一方、後続気筒(2番、3番気筒2B,2C)に対しては、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに対して燃料を供給し、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、吸気行程で燃料を噴射するように噴射タイミングを設定する。そして運転状態に応じて圧縮着火または強制点火による燃焼を行う。
【0066】
通常運転モードの場合には、各気筒2A〜2Dの空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下とするように燃料噴射量を制御し、例えば通常運転モードのうちの大部分の領域において理論空燃比とし、全開負荷及びその付近の運転領域で理論空燃比よりリッチとする。そして、この場合に、各気筒2A〜2Dに対して吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化するように噴射タイミングを設定し、かつ、各気筒2A〜2Dとも強制点火を行わせるようにする。
【0067】
カム位相制御手段49は、運転状態判別手段41の結果に基き、カム位相可変機構33a,34aの制御を行う。制御の詳細は後述するが、例えば特殊運転モードにおいて、比較的低負荷低回転の領域(図4の領域A1)ではカム27の位相を進ませる側にカム位相可変機構34aを制御し、カムシャフト34の回転によって作動する既燃ガス排出弁32b、既燃ガス導入弁31bおよび後続気筒排気弁32の開閉時期が全体的に早期になるように設定する。一方、比較的高負荷高回転の領域(図4の領域A2)ではカム27の位相を遅らせる側にカム位相可変機構34aを制御し、カムシャフト34の回転によって作動する既燃ガス排出弁32b、既燃ガス導入弁31bおよび後続気筒排気弁32の開閉時期が全体的に遅れるよう設定する。なお、カム位相可変機構33a,34aは作動中の弁に対して作用するので、弁停止機構35によって停止状態となっている弁は、カム位相可変機構33a,34aの制御にかかわらず停止状態を維持する。
【0068】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図5〜図9を参照しつつ説明する。
特殊運転モードでは前述のように先行気筒排気弁32a及び後続気筒吸気弁31aが停止状態、既燃ガス排出弁32b及び既燃ガス導入弁31bが作動状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図6に示すようになり、先行気筒(1番,4番気筒)2A,2Dから排出される既燃ガスがそのまま気筒間ガス通路22を介して後続気筒(2番,3番気筒)2B,2Cに導入されるとともに、この後続気筒2B,2Cから排出されるガスのみが排気通路20に導かれるような2気筒接続状態とされる。
【0069】
この状態において、先行気筒2A,2Dにそれぞれ吸気行程で吸気通路15から新気が導入され(図6中の矢印a)、先行気筒2A,2DではリニアO2センサ25により検出される空燃比が理論空燃比の略2倍ないしそれ以上の超リーン空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御されつつ圧縮行程で燃料が噴射され、かつ、所定点火時期に点火が行われて、超リーン空燃比での成層燃焼が行われる(図5参照)。
【0070】
その後、先行気筒2A,2Dの吸気行程と後続気筒2B,2Cの排気行程が重なる期間に、先行気筒2A,2Dから排出された既燃ガスがガス通路22を通って後続気筒2B,2Cに導入される(図5中の白抜き矢印及び図6中の矢印b)。そして、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料が供給されて、実質的な理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されつつ、吸気行程で燃料が噴射される。このとき、後続気筒2B,2Cでは点火プラグ7での強制点火が停止され、圧縮行程の上死点付近で燃焼室内の圧力、温度の上昇により圧縮着火が行われる。
【0071】
こうして後続気筒2B,2Cでは、多量のEGRガス相当の既燃ガス成分を含み、かつ、空燃比がリーンであるという条件下でも、同時圧縮着火により燃焼が急速に行われ、これにより熱効率が大幅に向上されることとなる。
【0072】
このように、先行気筒2A,2Dでは超リーンでの成層燃焼により熱効率が高められるとともにポンピングロスが低減され、一方、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dと同様にポンピングロス低減効果が得られるとともに、圧縮着火による燃焼を行う場合には、均一な混合気分布状態で圧縮着火が行われることにより熱効率が高められるとともに、これらの作用により、燃費が大幅に改善されることとなる。
【0073】
また、先行気筒2A,2Dでは理論空燃比の略2倍もしくはそれ以上のリーン空燃比とされることでNOx発生量が比較的少なく抑えられ、後続気筒2B,2Cでは、先行気筒2A,2Dから既燃ガスが導入されることで多量のEGRが行われているのと同等の状態となることからNOxの発生が充分に抑制される。このような点からもエミッションの向上に有利となる。
【0074】
但し、特殊運転モード中であっても、後続気筒2B,2Cの筒内温度が低く、圧縮着火し難い状態のときには後続気筒2B,2Cの着火を点火プラグ7による強制点火に切換える。また逆に、後続気筒2B,2Cの筒内温度が高過ぎてノッキング等の異常燃焼が起こるような状態のときには、特殊運転モードから通常運転モードに切換える。何れの場合も圧縮着火による特殊運転モードに比べ、燃費等の向上効果が抑制される。従って、これらの効果をより多く得るためには、特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大することが望ましい。
【0075】
特殊運転モード中の圧縮着火に適した運転領域を拡大するため、吸排気弁の開閉時期は次のように設定されている。
【0076】
図8は、図5の吸排気行程部分を詳細に示したものであり、特殊運転モードにおける先行気筒2A,2Dの先行気筒吸気弁31および既燃ガス排出弁32bの開閉時期と、後続気筒2B,2Cの既燃ガス導入弁31bおよび後続気筒排気弁32の開閉時期とを示す説明図である。図8(a)は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域(図4の領域A1)の場合であり、図8(b)は同様に比較的高負荷高回転の領域(図4の領域A2)の場合である。これらの図で、横軸はクランク角を示し、Tは上死点(TDC)、Bは下死点(BDC)である。TとBとの間隔は180°CAである。また、上段は先行気筒2A,2Dを示し、下段はそれに対応する後続気筒2B,2Cを示す。そして、帯状の各部分は、各弁の開弁期間を示す。上段から下段に向かう白抜き矢印は、先行気筒2A,2Dの排気行程と後続気筒2B,2Cの吸気行程とが重なっており、先行気筒2A,2Dでの既燃ガスが後続気筒2B,2Cに導かれる状態を示す。
【0077】
図8(a)において、上段には先行気筒2A,2Dの既燃ガス排出弁32bが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間80と、先行気筒吸気弁31が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間81(斜線で示す)とを示す。下段には後続気筒2B,2Cの後続気筒排気弁32が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間82と、既燃ガス導入弁31bが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間83とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間81は、TDC前約10°CAからBDC後約55°CA(トータル約245°CA)に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間83は、TDC前約45°CAからほぼBDC(トータル約225°CA)に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間82は、BDC前約80°CAからTDC前約25°CA(トータル約235°CA)に設定されている。
【0078】
即ち、後続気筒吸気行程下死点96と既燃ガス導入弁の閉弁時期97との間隔(約0°CA)が、先行気筒吸気行程下死点92と先行気筒吸気弁の閉弁時期93との間隔(約55°CA)よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間83は先行気筒吸気弁の開弁期間81および後続気筒排気弁の開弁期間82よりも短くなっている。このように後続気筒2B,2Cでは、既燃ガス導入弁の開弁期間83を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期97を早期かつBDCに近い時期に設定しているので、ピストン3がBDCを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁31bが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒2B,2Cの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。なお、このとき後続気筒2B,2Cに導入されるのは多連スロットル弁17に絞られた新気ではなく、先行気筒2A,2Dから排出された既燃ガスであり、容易に燃焼室4内に流入するため、既燃ガス導入弁31bを早期に閉じてもその充填は充分になされる。
【0079】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間80はBDC前約80°CAからTDC前約25°CA(トータル約235°CA)に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期90は既燃ガス導入弁の閉弁時期97(先行気筒2A,2DではTDCに相当)よりも約25°CA進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値(TDC後50°CA程度)よりも早期になっている。既燃ガス排出弁32bを早期に閉じることにより、先行気筒2A,2Dの内部EGR量が増大し、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【0080】
以上のように、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒2B,2Cの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【0081】
図8(b)において、上段には先行気筒2A,2Dの既燃ガス排出弁32bが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間100と、先行気筒吸気弁31が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間101(斜線で示す)とを示す。下段には後続気筒2B,2Cの後続気筒排気弁32が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間102と、既燃ガス導入弁31bが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間103とを示す。先行気筒吸気弁の開弁期間101は、図8(a)の先行気筒吸気弁の開弁期間81と同様の設定になっている。一方、既燃ガス排出弁の開弁期間100、後続気筒排気弁の開弁期間102および既燃ガス導入弁の開弁期間103(それぞれ白抜き帯線で示す)は、図8(a)の既燃ガス排出弁の開弁期間80、後続気筒排気弁の開弁期間82および既燃ガス導入弁の開弁期間83に対し、各期間の長さが等しく、各弁の開閉時期のみが全体的に約45°CAだけ遅らせた設定となっている。これは前述のように、カム位相制御手段49によってカムシャフト34の位相を約45°CA遅らせることによりなされている(図3参照)。
【0082】
図8(b)の既燃ガス導入弁の閉弁時期114は、図8(a)の既燃ガス導入弁の閉弁時期97よりも約45°CA遅れている。このため、後続気筒2B,2Cでは、ピストン3が後続気筒吸気行程下死点113を過ぎて上昇中であっても、約45°CAの間既燃ガス導入弁31bが開いている。従って、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比は図8(a)の場合よりも減少しており、後続気筒2B,2Cの筒内温度は低下する。
【0083】
また、既燃ガス排出弁の閉弁時期112は、図8(a)の既燃ガス排出弁の閉弁時期90よりも約45°CA遅く、先行気筒排気行程上死点111後約20°CAに設定されている。このため、先行気筒2A,2Dの内部EGRは図8(a)の場合よりも減少し、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度は低下する。
【0084】
以上のように、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒2B,2Cの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【0085】
このように特殊運転モードでは、後続気筒2B,2Cの筒内温度が比較的低くなる運転領域ではその筒内温度を上昇させる方向に、筒内温度が比較的高くなる運転領域では低下させる方向に吸排気弁の開閉時期が設定されている。それによって、後続気筒2B,2Cが圧縮着火による適正な燃焼を行い得る運転領域を拡大することができ、より一層燃費改善効果と排ガス浄化の促進を図ることができる。
【0086】
一方、通常運転モードでは前述のように先行気筒排気弁32a及び後続気筒吸気弁31aが作動状態、既燃ガス排出弁32b及び既燃ガス導入弁31bが停止状態とされることにより、実質的な新気及びガスの流通経路は図7に示すようになり、実質的に各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11a及び排気ポート12a,12が独立し、吸気通路15から各気筒2A〜2Dの吸気ポート11,11aに新気が導入されるとともに各気筒2A〜2Dの排気ポート12a,12から排気通路20に既燃ガスが排出される。
【0087】
図9は、通常運転モードにおける先行気筒2A,2Dの先行気筒吸気弁31および既燃ガス排出弁32bの開閉時期と、後続気筒2B,2Cの既燃ガス導入弁31bおよび後続気筒排気弁32の開閉時期とを示す説明図である。横軸はクランク角を示し、Tは上死点(TDC)、Bは下死点(BDC)である。TとBの間隔は180°CAである。また、上段は先行気筒2A,2Dを示し、下段は後続気筒2B,2Cを示す。通常運転モードでは各気筒独立運転となっているので、先行気筒2A,2D、後続気筒2B,2Cともに新気を導入して強制点火による燃焼を行っている。図9の上段には先行気筒2A,2Dの先行気筒排気弁32aが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間120と、先行気筒吸気弁31が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間121とを示す。下段には後続気筒2B,2Cの後続気筒排気弁32が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間122と、後続気筒吸気弁31aが開弁する後続気筒吸気弁の開弁期間123とを示す。
【0088】
先行気筒2A,2Dでの排気および後続気筒2B,2Cでの吸気は、特殊運転モードとは異なる弁によってなされるので、その開閉は異なるカムによりなされる。従って、先行気筒排気弁の開弁期間120および後続気筒吸気弁の開弁期間123は、図8(a)の既燃ガス排出弁の開弁期間80および既燃ガス導入弁の開弁期間83とは独立して設定することができる。図9では、先行気筒吸気弁の開弁期間121および後続気筒吸気弁の開弁期間123(斜線で示す)は、TDC前約10°CAからBDC後約55°CA(トータル約245°CA)に設定されている。また、先行気筒排気弁の開弁期間120および後続気筒排気弁の開弁期間122は、BDC前約30°CAからTDC後約25°CA(トータル約235°CA)に設定されている。これらの開弁期間は、従来のエンジンの一般的な設定に相当する。
【0089】
そして、先行気筒吸気弁の開弁期間121および後続気筒吸気弁の開弁期間123は、カム位相可変機構33aによって前後に変動可能であり、先行気筒排気弁の開弁期間120および後続気筒排気弁の開弁期間122は、カム位相可変機構34aによって前後に変動可能である。従って、カム位相可変機構33a,34aを制御することにより、先行気筒排気弁32aと先行気筒吸気弁31とが共に開弁している期間(先行気筒排気弁の開弁期間120と先行気筒吸気弁の開弁期間121とが重なっている期間:バルブオーバーラップ)を変動し得るようになっている。カム位相制御手段49は、高負荷になるほどバルブオーバーラップが大きくなるようにカム位相可変機構33a,34aを制御して、負荷に応じて最適な燃焼効率が得られるようにしている。後続気筒2B,2Cに対しても同様の制御がなされている。
【0090】
このようにして通常運転モードでは、負荷に応じて最適な吸排気時期に制御されるとともに、理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように吸入空気量及び燃料噴射量が制御されることにより、出力性能が確保される。
【0091】
なお図8(a),(b)および図9に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図8(a)の既燃ガス導入弁の閉弁時期97は、後続気筒吸気行程下死点96よりも若干遅れるように設定しても良い。また、図8(a),(b)および図9の先行気筒吸気弁の開弁期間81,101,121を負荷に応じて異なる設定(当実施形態では、それはカム位相可変機構33aによりなされる)としても良く、当実施形態のように同一の設定としても良い(その場合、カム位相可変機構33aはなくても良い)。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【0092】
また、特殊運転モードでの走行領域Aを、領域A1,A2といった2分割ではなく、3以上に分割し、それぞれの領域に適した弁開閉時期を設定するようにしてもよい。更に分割による段階的な設定ではなく、連続的に変化させるようにしても良い。
【0093】
次に、本発明の第2の実施形態について図10〜図13に基いて説明する。なお、これらの図において第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【0094】
図10は、第2の実施形態におけるカム切換機構150の部分斜視図であり、2点鎖線で示す既燃ガス導入弁31b等のためのものである。既燃ガス導入弁31bの上方にはカムシャフト151が配設されている。カムシャフト151には第1カム152,第2カム154および第3カム156という独立したリフト特性を有する3種類のカムが一体回転するように設けられている。これらのカムと既燃ガス導入弁31bとの間には、ロッカシャフト170に支持されたロッカアームセット160が設けられている。ロッカアームセット160は、第1ロッカアーム162,第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166という3種類のロッカアームの集合体である。第1ロッカアーム162の先端にはバルブ当接部163と、その軸線方向位置を微調整するためのアジャストスクリュー161が設けられており、バルブ当接部163は適切な位置で既燃ガス導入弁31b等の弁軸上端に当接している。第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166には、図外のスプリングが、これらのロッカアームを第2カム154および第3カム156に押圧するように設けられている。従って、ロッカアームセット160の各ロッカアームが、図示のように独立して可動である場合には、各ロッカアームの上面は第1カム152,第2カム154および第3カム156の外周部に当接し、カム当接部の形状(各カムの回転半径)に応じてロッカシャフト170を支軸として上下に揺動する。
【0095】
ロッカアームセット160の内部には、後述するように5本のプランジャが2列に設けられている(図11参照。図10ではそのプランジャ穴のひとつである第4プランジャ穴204が見えている)。これらのプランジャの動きにより、第1ロッカアーム162は第2ロッカアーム164または第3ロッカアーム166と一体となり、連動し得る。ロッカシャフト170の内部には、プランジャを油圧作動させるためのオイルを導く第1作動油給排用の通路172および第2作動油給排用の通路174が設けられている。
【0096】
第1カム152は、弁停止用のカムであり、カムシャフト151と同心円の外周形状を有する。したがって第1ロッカアーム162は、その上面が第1カム152の外周面に常時当接している(第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と切り離されている)とき、カムシャフト151が回転しても揺動しない。すなわち既燃ガス導入弁31b等は閉弁状態で停止している。
【0097】
第2カム154は、低負荷(または低速)用のカムであり、第1カム152と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第2ロッカアーム164は、その上面が第2カム154の外周面に常時当接している(後述の第3ロッカアーム166と切り離されている)とき、カムシャフト151の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第1ロッカアーム162と第2ロッカアーム164とが連動するようになっていれば、第1ロッカアーム162の動作は第2カム154による第2ロッカアーム164の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁31bは所定時期に所定量だけ開弁する。
【0098】
第3カム156は、高負荷(または高速)用のカムであり、第2カム154と同一の外周形状を有する部分と、それより突出した外周形状を有する部分とからなる。したがって第3ロッカアーム166は、その上面が第3カム156の外周面に常時当接しており、カムシャフト151の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動する。そして、このとき第1ロッカアーム162と第3ロッカアーム166とが連動するようになっていれば、第1ロッカアーム162の動作は第3カム156による第3ロッカアーム166の揺動と同一のものとなる。すなわち既燃ガス導入弁31bは所定時期に所定量だけ開弁する(開弁期間は第2ロッカアーム164のみが第1ロッカアーム162と連動する場合の開弁期間を包含する)。
【0099】
図11は、ロッカアームセット160の内部に設けられた5本のプランジャの作動を示す説明図である。図11(a)は第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と切り離された状態、図11(b)は第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164のみと連動する状態、図11(c)は第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する状態を示す。
【0100】
第1ロッカアーム162の内部には第1プランジャ穴201および第4プランジャ穴204が設けられている。第1プランジャ穴201は第2ロッカアーム164側に開口した円形断面の凹穴である。第1プランジャ穴201の底部には第1作動油給排用の通路172から第1作動油導入路173が導かれている。第1プランジャ穴201内には円柱状の第1プランジャ181が嵌挿されている。第1プランジャ181は、その外周面で第1作動油導入路173に導かれた作動油をシールしつつ、第1プランジャ穴201内を滑らかに摺動する。第1プランジャ181の全長は、第1プランジャ穴201の深さよりも短い。
【0101】
第4プランジャ穴204は第2ロッカアーム164側と第3ロッカアーム166側とを貫通する貫通穴である。第4プランジャ穴204内には円柱状の第4プランジャ184が嵌挿されている。第4プランジャ184の全長は、第4プランジャ穴204の深さ(第1ロッカアーム162の板厚)と等しい。第4プランジャ184は、第4プランジャ穴204内を滑らかに摺動する。
【0102】
第2ロッカアーム164の内部には第2プランジャ穴202および第5プランジャ穴205が設けられている。第2プランジャ穴202は第1ロッカアーム162側に開口した円形断面の凹穴であり、第1プランジャ穴201と等しい直径となっている。第2プランジャ穴202の底部にはエア抜き穴206が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第2プランジャ穴202内には有底円筒状で外径が第1プランジャ181と等しい第2プランジャ182が嵌挿されている。第2プランジャ182は、第2プランジャ穴202内を滑らかに摺動する。第2プランジャ182の全長は、第2プランジャ穴202の深さと等しい。第2プランジャ182の第1プランジャ181と当接する端部は、球状に成形されている。第2プランジャ182の内側凹部には第2プランジャスプリング187が設けられ、第2プランジャ182を常時第1プランジャ181側に付勢している。
【0103】
第5プランジャ穴205は第1ロッカアーム162側に開口した円形断面の凹穴であり、第4プランジャ穴204と等しい直径となっている。第5プランジャ穴205の底部にはエア抜き穴207が設けられ、リークしたオイルを逃がしつつ内部の気圧を大気圧に保つ。第5プランジャ穴205内には有底円筒状で外径が第4プランジャ184と等しい第5プランジャ185が嵌挿されている。第5プランジャ185は、第5プランジャ穴205内を滑らかに摺動する。第5プランジャ185の全長は、第5プランジャ穴205の深さよりも短い。第5プランジャ185の第4プランジャ184と当接する端部は、球状に成形されている。第5プランジャ185の内側凹部には第5プランジャスプリング189が設けられ、第5プランジャ185を常時第4プランジャ184側に付勢している。
【0104】
第3ロッカアーム166の内部には第3プランジャ穴203が設けられている。第3プランジャ穴203は第1ロッカアーム162側に開口した円形断面の凹穴であり、第4プランジャ穴204と等しい直径となっている。第3プランジャ穴203の底部には第2作動油給排用の通路174から第2作動油導入路175が導かれている。第3プランジャ穴203内には円柱状で外径が第4プランジャ184と等しい第3プランジャ183が嵌挿されている。第3プランジャ183は、その外周面で第2作動油導入路175に導かれた作動油をシールしつつ、第3プランジャ穴203内を滑らかに摺動する。第3プランジャ183の全長は、第3プランジャ穴203の深さと等しい。第3プランジャ183の第4プランジャ184と当接する端部は、球状に成形されている。
【0105】
図11(a)は、第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と切り離された状態を示し、第1作動油給排用の通路172に作動油圧が供給(以下油圧ONという)され、第2作動油給排用の通路174に作動油圧が供給されていない(以下油圧OFFという)。第1作動油給排用の通路172から導かれた第1作動油導入路173が油圧ONとなり、第1プランジャ181を右側(図の矢印方向)に押圧する。その押圧力は第2プランジャスプリング187の付勢力よりも大きく、第1プランジャ181は第2プランジャ182と一体となって右側に移動している。第2プランジャ182の全長が第2プランジャ穴202の深さと等しいので、第1プランジャ181と第2プランジャ182との接点は第1ロッカアーム162と第2ロッカアーム164との合わせ面内にある。
【0106】
一方、第2作動油給排用の通路174から導かれた第2作動油導入路175が油圧OFFとなっているので、第3プランジャ183、第4プランジャ184および第5プランジャ185は、第5プランジャスプリング189の付勢力によって一体となって左側(図の矢印方向)に移動している。第3プランジャ183の全長が第3プランジャ穴203の深さと等しいので、第3プランジャ183と第4プランジャ184との接点は第1ロッカアーム162と第3ロッカアーム166との合わせ面内にある。更に第4プランジャ184の全長が第4プランジャ穴204の深さと等しいので、第4プランジャ184と第5プランジャ185との接点は第1ロッカアーム162と第2ロッカアーム164との合わせ面内にある。
【0107】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第1ロッカアーム162は第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166から切り離された状態となっている。このため第1ロッカアーム162は、その上面に当接する第1カム152による作動、すなわちロッカシャフト170まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁31bを閉弁状態で停止させる。
【0108】
図11(b)は、第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164のみと連動する状態を示し、第1作動油給排用の通路172、第2作動油給排用の通路174ともに油圧OFFとなっている。第1作動油給排用の通路172から導かれた第1作動油導入路173が油圧OFFとなっているので、第1プランジャ181および第2プランジャ182は、第2プランジャスプリング187の付勢力によって左側(図の矢印方向)に移動している。第1プランジャ181の全長が第1プランジャ穴201の深さより短いので、第2プランジャ182の一部は第1プランジャ穴201に入り込んでいる。
【0109】
一方、第2作動油給排用の通路174から導かれた第2作動油導入路175が油圧OFFとなっているので、図11(a)と同様、第3プランジャ183と第4プランジャ184との接点は第1ロッカアーム162と第3ロッカアーム166との合わせ面内にあり、第4プランジャ184と第5プランジャ185との接点は第1ロッカアーム162と第2ロッカアーム164との合わせ面内にある。
【0110】
このように、第2プランジャ182の一部が第1プランジャ穴201に入り込むことにより、第1ロッカアーム162は第2ロッカアーム164と連動する。また、第3プランジャ183と第4プランジャ184との接点が第1ロッカアーム162と第3ロッカアーム166との合わせ面内にあるので、第1ロッカアーム162と第3ロッカアーム166とは切り離された状態となっている。従って第1ロッカアーム162は、第2ロッカアーム164の上面に当接する第2カム154による作動を行う。すなわちカムシャフト151の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁31bを開閉させる。
【0111】
図11(c)は、第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する状態を示し、第1作動油給排用の通路172が油圧OFF、第2作動油給排用の通路174が油圧ONとなっている。第1作動油給排用の通路172から導かれた第1作動油導入路173が油圧OFFとなっているので、図11(b)と同様、第2プランジャ182の一部は第1プランジャ穴201に入り込んでいる。
【0112】
一方、第2作動油給排用の通路174から導かれた第2作動油導入路175が油圧ONとなっているので、第3プランジャ183を右側(図の矢印方向)に押圧する。その押圧力は第5プランジャスプリング189の付勢力よりも大きく、第3プランジャ183は第4プランジャ184および第5プランジャ185と一体となって右側に移動している。第5プランジャ185の全長が第5プランジャ穴205の深さよりも短いので、第4プランジャ184の一部が第5プランジャ穴205に入り込み、さらに第3プランジャ183の一部が第4プランジャ穴204に入り込んでいる。
【0113】
このように、第2プランジャ182の一部が第1プランジャ穴201に入り込み、第3プランジャ183の一部が第4プランジャ穴204に入り込むことにより、第1ロッカアーム162は第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する。従って第1ロッカアーム162は、第3ロッカアーム166の上面に当接する、最も回転半径の大きな第3カム156による作動を行う。すなわちカムシャフト151の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁31bを開閉させる。その開弁期間は図11(b)の場合よりも長くなっている。
【0114】
以上のカム切換機構150は、既燃ガス導入弁31bおよび既燃ガス排出弁32bのためのものであるが、後続気筒吸気弁31aおよび先行気筒排気弁32aにも同様のカム切換機構150a(図10に括弧書きで示す)が設けられている。但し、カム切換機構150aでは第2カム154と第3カム156は同一形状である。それらのカムに当接するロッカアームセット160aは、図10に示すように第1ロッカアーム162a、第2ロッカアーム164aおよび第3ロッカアーム166aからなる。カム切換機構150aは、第1ロッカアーム162aが第2ロッカアーム164aおよび第3ロッカアーム166aから切り離され、後続気筒吸気弁31aおよび先行気筒排気弁32aを閉弁状態で停止させる状態と、第1ロッカアーム162aが第2ロッカアーム164aおよび第3ロッカアーム166aと連動し、第2カム154および第3カム156の回転によって後続気筒吸気弁31aおよび先行気筒排気弁32aを開閉させる状態とに切換える。
【0115】
図12は、ロッカアームセット160aの内部に設けられた3本のプランジャの作動を示す説明図である。図12(a)は第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と切り離された状態、図12(b)は第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する状態を示す。
【0116】
ロッカアームセット160a内のプランジャ構造は、ロッカアームセット160内のプランジャ構造のうち、第3プランジャ183、第4プランジャ184および第5プランジャ185まわりの構造を設けたようなものとなっており、その詳細構造の説明はロッカアームセット160における記述と重複するので省略する。但し、第3プランジャ183の左端には、第1作動油給排用の通路172から第1作動油導入路173aが導かれている点がロッカアームセット160とは異なる。また、第2作動油給排用の通路174は、構造上省略できる場合にはなくても良い。
【0117】
図12(a)は、第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と切り離された状態を示し、第1作動油給排用の通路172が油圧OFFとなっている。第1作動油給排用の通路172から導かれた第1作動油導入路173aが油圧OFFとなっているので、第3プランジャ183、第4プランジャ184および第5プランジャ185は、第5プランジャスプリング189の付勢力によって一体となって左側(図の矢印方向)に移動している。従って、第3プランジャ183と第4プランジャ184との接点は第1ロッカアーム162aと第3ロッカアーム166aとの合わせ面内にあり、第4プランジャ184と第5プランジャ185との接点は第1ロッカアーム162aと第2ロッカアーム164aとの合わせ面内にある。
【0118】
このように、各プランジャの接点が各ロッカアームの合わせ面内にあるため、第1ロッカアーム162aは第2ロッカアーム164aおよび第3ロッカアーム166aから切り離された状態となっている。このため第1ロッカアーム162aは、その上面に当接する第1カム152による作動、すなわちロッカシャフト170まわりの揺動停止を行い、既燃ガス導入弁後続気筒吸気弁31aおよび先行気筒排気弁32aを閉弁状態で停止させる。
【0119】
図12(b)は、第1ロッカアーム162が第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する状態を示し、第1作動油給排用の通路172が油圧ONとなっている。第1作動油給排用の通路172から導かれた第1作動油導入路173aが油圧ONとなっているので、第3プランジャ183を右側(図の矢印方向)に押圧する。その押圧力は第5プランジャスプリング189の付勢力よりも大きく、第3プランジャ183は第4プランジャ184および第5プランジャ185と一体となって右側に移動している。従って第4プランジャ184の一部が第5プランジャ穴205に入り込み、さらに第3プランジャ183の一部が第4プランジャ穴204に入り込んでいる。
【0120】
このように、第4プランジャ184の一部が第5プランジャ穴205に入り込み、さらに第3プランジャ183の一部が第4プランジャ穴204に入り込むことにより、第1ロッカアーム162は第2ロッカアーム164および第3ロッカアーム166と連動する。従って第1ロッカアーム162は、第2ロッカアーム164aおよび第3ロッカアーム166aの上面に当接する第2カム154および第3カム156(同形状)による作動を行う。すなわちカムシャフト151の回転に伴い、所定のクランク角で所定量だけ下方に揺動し、既燃ガス導入弁31bを開閉させる。
【0121】
図13は当実施形態の駆動、制御系統の構成を示している。第1コントロール弁176および第2コントロール弁177は、第1作動油給排用の通路172および第2作動油給排用の通路174に導く第1作動油および第2作動油を制御(油圧ON/OFF)するためのコントロール弁である。カム切換機構150は既燃ガス導入弁31b、既燃ガス排出弁32bに設けられ、カム切換機構150aは後続気筒吸気弁31a、先行気筒排気弁32aに設けられている。
【0122】
ECU40aは、第1の実施形態のECU40に対し、弁停止機構制御手段42およびカム位相制御手段49に替えてカム切換制御手段190を備える点が異なっている。
【0123】
カム切換制御手段190は、特殊運転モードと通常運転モードとに応じ、あるいは運転状態に応じ、第1コントロール弁176および第2コントロール弁177を制御することにより、カム切換機構150およびカム切換機構150aを次のように制御する。
【0124】
特殊運転モードのうち、低負荷低速領域:
・第1作動油圧−OFF,第2作動油圧−OFF
・先行気筒排気弁32a、後続気筒吸気弁31aを停止状態(図12(a))
・既燃ガス排出弁32b、既燃ガス導入弁31bを
第2カム154(低速カム)による作動状態(図11(b))
特殊運転モードのうち、高負荷高速領域:
・第1作動油圧−OFF,第2作動油圧−ON
・先行気筒排気弁32a、後続気筒吸気弁31aを停止状態(図12(a))
・既燃ガス排出弁32b、既燃ガス導入弁31bを
第3カム156(高速カム)による作動状態(図11(c))
通常運転モード:
・第1作動油圧−ON,第2作動油圧−OFF
・先行気筒排気弁32a、後続気筒吸気弁31aを
第2カム154および第3カム156による作動状態(図12(b))
・既燃ガス排出弁32b、既燃ガス導入弁31bを停止状態(図11(a))。
【0125】
次に当実施形態の装置の作用を説明するが、第1の実施形態と重複する部分の記述は省略する。図14は、当実施形態の吸排気行程部分を詳細に示した説明図である。図14(a)は特殊運転モードを行う運転状態のうち、比較的低負荷低回転の領域(図4の領域A1)の場合であり、図14(b)は同様に比較的高負荷高回転の領域(図4の領域A2)の場合である。その他表記方法については図8に準ずる。
【0126】
図14(a)の上段には先行気筒2A,2Dの既燃ガス排出弁32bが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間230(斜線で示す)と、先行気筒吸気弁31が開弁する先行気筒吸気弁の開弁期間231とを示す。下段には後続気筒2B,2Cの後続気筒排気弁32が開弁する後続気筒排気弁の開弁期間232と、既燃ガス導入弁の開弁期間233(斜線で示す)とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間230および既燃ガス導入弁の開弁期間233の直下に、後述する既燃ガス排出弁の開弁期間250および既燃ガス導入弁の開弁期間253(いずれも特殊運転モードで比較的高回転高負荷の場合のもの)を参考として2点鎖線で示す。このような弁開閉時期の切換えは、カム切換機構150,150aおよびカム切換制御手段190による。先行気筒吸気弁の開弁期間231は、TDC前約10°CAからBDC後約55°CA(トータル約245°CA)に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値である。これに対し、既燃ガス導入弁の開弁期間233は、ほぼTDCからBDC(トータル約180°CA)に設定されている。また、後続気筒排気弁の開弁期間232は、BDC前約45°CAからTDC後約10°CA(トータル約235°CA)に設定されている。
【0127】
即ち、後続気筒吸気行程下死点247と既燃ガス導入弁の閉弁時期248との間隔(約0°CA)が、先行気筒吸気行程下死点242と先行気筒吸気弁の閉弁時期243との間隔(約55°CA)よりも短くなるように設定されている。そして既燃ガス導入弁の開弁期間233は先行気筒吸気弁の開弁期間231および後続気筒排気弁の開弁期間232よりも短くなっている。このように後続気筒2B,2Cでは、既燃ガス導入弁の開弁期間233を短く設定するとともに、既燃ガス導入弁の閉弁時期248を早期かつBDCに近い時期に設定しているため、ピストン3がBDCを過ぎて上昇中にも既燃ガス導入弁31bが開いている期間が無い、若しくは短くなっている。このため、有効圧縮比が増大して幾何学的圧縮比に近づいている。この有効圧縮比の増大に伴い、後続気筒2B,2Cの筒内温度は上昇し易くなり、圧縮着火性が高くなっている。
【0128】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間230はBDC前約45°CAからTDC前約20°CA(トータル約205°CA)に設定されている。従って、既燃ガス排出弁の閉弁時期241は既燃ガス導入弁の閉弁時期248(先行気筒2A,2DではTDCに相当)よりも約20°CA進み側に設定されている。これは、従来のエンジンの一般的な設定値(TDC後50°CA程度)よりも早期になっている。既燃ガス排出弁32bを早期に閉じることにより、先行気筒2A,2Dの内部EGRが増大し、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度が上昇する。
【0129】
後続気筒排気弁の開弁期間232が、BDC前約45°CAからTDC後約10°CA(トータル約235°CA)に設定されているので、後続気筒排気弁32は後続気筒排気行程上死点244では開弁している。一方、既燃ガス導入弁の開弁時期246は、ほぼ後続気筒吸気行程上死点245となるように設定されている。すなわち、後続気筒排気弁32を後続気筒排気行程上死点244までは開弁しつつ、既燃ガス導入弁の開弁時期246が後続気筒吸気行程上死点245となるように設定されている。このため、後続気筒排気行程上死点244付近でのバルブオーバーラップが短縮されるので、後続気筒2B,2Cに導入された既燃ガスが、そのまま後続気筒排気弁32を通して排気通路20に排出される、いわゆる吹き抜けが防止されるとともに、後続気筒2B,2Cの有効圧縮率を増大させることができる。
【0130】
以上のように、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を増大させるとともに、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度を上昇させることにより、後続気筒2B,2Cの筒内温度を上昇させて圧縮着火性を向上させている。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより低負荷の領域まで拡大している。
【0131】
図14(b)は、比較的高負荷高回転の領域(図4の領域A2)の場合の説明図である。上段には先行気筒2A,2Dの既燃ガス排出弁32bが開弁する既燃ガス排出弁の開弁期間250(網目で示す)と、先行気筒吸気弁の開弁期間231(図14(a)と共通)とを示す。下段には後続気筒排気弁の開弁期間232(図14(a)と共通)と、既燃ガス導入弁31bが開弁する既燃ガス導入弁の開弁期間253(網目で示す)とを示す。また、既燃ガス排出弁の開弁期間250および既燃ガス導入弁の開弁期間253の直下に、図14(a)の既燃ガス排出弁の開弁期間230および既燃ガス導入弁の開弁期間233を参考として2点鎖線で示す。
【0132】
既燃ガス導入弁の開弁期間253は、TDC前約10°CAからBDC後約55°CAに設定されている。すなわち、低負荷低回転領域における既燃ガス導入弁の開弁期間233に対し、10°CA早期に開弁し、55°遅く閉弁する。従って、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比は図14(a)の場合よりも減少しており、後続気筒2B,2Cの筒内温度は低下する。
【0133】
また、既燃ガス排出弁の開弁期間250は、BDC前約45°CAからTDC後約10°CAに設定されている。すなわち図14(a)の既燃ガス排出弁の開弁期間230よりも約30°CA長くなっている。このため、先行気筒2A,2Dの内部EGRは図14(a)の場合よりも減少し、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度は低下する。
【0134】
以上のように、後続気筒2B,2Cの有効圧縮比を減少させるとともに、後続気筒2B,2Cに導入される既燃ガス温度を低下させることにより、後続気筒2B,2Cの筒内温度を低下させ、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止している。このようにすることにより、圧縮着火による燃焼を行うことができる運転領域をより高負荷の領域まで拡大している。
【0135】
なお図14(a),(b)に示すパターンは、各開弁期間や開弁時期を限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更しても良い。例えば、図14(a)の既燃ガス導入弁の閉弁時期248は、後続気筒吸気行程下死点247よりも若干遅れるように設定しても良い。その他の具体的な設定値も、エンジンの要求特性に応じて好適な値に設定して良い。
【0136】
当実施形態では、吸排気バルブの設置箇所やそれぞれの機能に応じて、3通りのカム切換えをするもの、2通りのカム切換えをするもの及びカム切換えをしないものが混在するような構造としたが、その組み合わせはこれに限定するものではなく、例えば全てのバルブに対し3通りのカムとロッカアームセット160を対応させて、3通りのカム切換えをするようにしても良い。そして、第2の実施形態では不変としていた先行気筒吸気弁の開弁期間231や後続気筒排気弁の開弁期間232を、カム切換えによって変動させるようにしても良い。
【0137】
本発明は、上記第1、第2の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能である。例えば各弁の開閉時期を要求に応じて変動させる手段は、第1の実施形態のようにカムシャフトの位相を変動させる機構や第2の実施形態のようにカムを切換える機構に限定するものではなく、特許請求の範囲に示すような設定が得られるものであれば良い。
【0138】
本発明は4気筒エンジンに限定するものではなく、先行気筒と後続気筒とからなる1対の気筒対を、3対以上好適に組み合わせた6気筒以上のエンジンに適用しても良い。
【0139】
【発明の効果】
以上のように本発明の制御装置は、少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備え、少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁とが設けられ、上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とするので、三元触媒だけで充分に排気浄化性能を確保しつつ、リーン燃焼やポンピングロス低減等による燃費改善効果を得るとともに、その寄与度の高い運転領域を拡大することにより、更に大きな燃費改善効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による装置を備えたエンジン全体の概略平面図である。
【図2】エンジン本体等の概略断面図である。
【図3】第1実施形態の制御系統のブロック図である。
【図4】運転領域を示す説明図である。
【図5】各気筒の排気行程、吸気行程、燃料噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図6】低負荷低回転時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図7】高負荷、高低回転側の運転領域にある時の実質的な新気およびガスの流通経路を示す説明図である。
【図8】第1実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、(a)は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、(b)は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【図9】通常運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図である。
【図10】第2実施形態のカム切換機構を示す部分斜視図である。
【図11】第2実施形態における3種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図12】第2実施形態における2種のカム切換機構のためのプランジャ作動説明図である。
【図13】第2実施形態の制御系統のブロック図である。
【図14】第2実施形態の特殊運転モードにおける吸排気弁の開閉時期を示す説明図であり、(a)は、そのうち比較的低負荷低回転の場合、(b)は、同じく比較的高負荷高回転の場合を示す。
【符号の説明】
1 エンジン本体
2A,2D 1番,4番気筒(先行気筒)
2B,2C 2番,3番気筒(後続気筒)
9 燃料噴射弁
11 吸気ポート
11,11a,11b 吸気ポート
12,12a,12b 排気ポート
15 吸気通路
20 排気通路
22 気筒間ガス通路
31 先行気筒吸気弁
31a 後続気筒吸気弁
31b 既燃ガス導入弁
32 後続気筒排気弁
32a 先行気筒排気弁
32b 既燃ガス排出弁
33a,34a カム位相可変機構
40,40a ECU
42 弁停止機構制御手段
44 燃焼制御手段
49 カム位相制御手段
150 カム切換機構
160 ロッカアームセット
190 カム切換制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a spark ignition engine, and more particularly to a device for controlling the combustion state of each cylinder and the opening / closing timing of intake and exhaust valves in order to improve fuel efficiency and emissions in a multi-cylinder engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spark ignition type engine, a technique for improving fuel efficiency has been studied by performing combustion in a state in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is set to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio. Provided with a fuel injection valve that directly injects fuel into the room, and in the low rotation and low load range, etc., stratified combustion is performed by injecting fuel from the fuel injection valve in the compression stroke, thereby realizing super lean combustion Is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In such an engine, an ordinary three-way catalyst (a catalyst having a high purification performance in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio with respect to HC, CO, and NOx) alone as an exhaust gas purification catalyst is sufficient for NOx during lean operation. Since the purification performance cannot be obtained, a lean NOx catalyst is provided that adsorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and separates and reduces NOx in an oxygen-concentrated atmosphere. When such a lean NOx catalyst is used, if the NOx adsorption amount of the lean NOx catalyst increases during the lean operation, for example, as shown in the above cited reference 1, additional fuel is added during the expansion stroke in addition to the main combustion. By injecting, the air-fuel ratio of the exhaust gas is enriched and CO is generated, thereby promoting the separation and reduction of NOx.
[0004]
An engine that performs lean operation as described above requires the lean NOx catalyst in order to ensure NOx purification performance during lean operation. Further, a three-way catalyst is also required for exhaust purification in a region operated at a stoichiometric air-fuel ratio such as a high load region, the lean NOx catalyst is provided in addition to the three-way catalyst, and the lean A NOx catalyst requires a relatively large capacity in order to secure a certain amount of NOx adsorption, and is expensive compared to a three-way catalyst, which is disadvantageous in terms of cost.
[0005]
Moreover, in order to maintain the purification performance of the lean NOx catalyst, the NOx is temporarily removed by the removal of NOx, the supply of additional fuel for reduction, etc. at predetermined intervals such that the NOx adsorption amount increases as described above. It is necessary to enrich the air-fuel ratio, which reduces the fuel efficiency improvement effect due to lean combustion.
[0006]
In response to such a problem, the applicant of the present application is a multi-cylinder engine that performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes. The burned gas discharged from the preceding cylinder, which is the exhaust stroke side cylinder, is introduced as it is into the succeeding cylinder, which is the cylinder on the intake stroke side, and the gas discharged from this succeeding cylinder is exhausted with a three-way catalyst. When the two cylinders are in a connected state, combustion is performed in a state where the preceding cylinder has a lean air-fuel ratio larger than the theoretical air-fuel ratio by a predetermined amount, and the succeeding cylinder is introduced from the preceding cylinder. It has been considered to control the combustion state so that combustion is performed in a state where the fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio to achieve the stoichiometric air-fuel ratio (Japanese Patent Application No. 2002-024548). .
[0007]
According to this, at least in the low-load low-rotation region, combustion at a lean air-fuel ratio is performed in the preceding cylinder, and the heat efficiency is increased and the pumping loss is reduced. In the succeeding cylinder, fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder and the stoichiometric air-fuel ratio is set, so that fuel efficiency is obtained by reducing pumping loss. Moreover, since only the stoichiometric burned gas discharged from the subsequent cylinders is guided to the exhaust passage provided with the three-way catalyst, sufficient exhaust purification performance is ensured with only the three-way catalyst, and no lean NOx catalyst is required. Become.
[0008]
Further, if the combustion in the subsequent cylinder is caused by compression ignition in which the combustion chamber is heated to high pressure and high pressure in the latter half of the compression stroke so that the fuel is self-ignited, the entire combustion chamber burns at once, so it does not contribute to work. Slow combustion is avoided, which is more advantageous for improving fuel economy. In order to compress and ignite the subsequent cylinders, it is necessary to set the combustion chamber to a high temperature and high pressure. By setting the two cylinders in a connected state as described above, high-temperature burned gas is introduced from the preceding cylinders into the subsequent cylinders. Therefore, compression ignition is possible.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-274085
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to obtain a significant fuel efficiency improvement effect while ensuring sufficient exhaust purification performance with only a three-way catalyst, combustion control is performed in a connected state of two cylinders, particularly combustion by compression ignition. Is effective. In order to perform compression ignition in the succeeding cylinder, the combustion chamber must be at a high temperature and a high pressure. Conversely, if the temperature is too high, abnormal combustion such as knocking may occur. Therefore, it is necessary that the operation region in which the compression ignition can be properly performed is within a certain range such that the combustion chamber has a suitable temperature and pressure. In order to obtain a greater fuel economy improvement effect, it has been desired to expand the range.
[0011]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and while achieving sufficient exhaust purification performance with only a three-way catalyst, it achieves fuel efficiency improvement effects such as lean combustion and reduction of pumping loss, and its contribution It is an object of the present invention to provide a control device for a spark ignition engine capable of obtaining a greater fuel efficiency improvement effect by expanding a high operating range.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a multi-cylinder spark ignition engine in which each cylinder performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. Thus, between the pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, the burned gas discharged from the preceding cylinder which is the cylinder on the exhaust stroke side is directly introduced to the subsequent cylinder which is the cylinder on the intake stroke side via the inter-cylinder gas passage. The exhaust gas discharged from the succeeding cylinder is configured to have a gas flow path in a two-cylinder connection state in which the exhaust gas is guided to the exhaust passage. Combustion is performed by forced ignition in a state where the lean air-fuel ratio is large by a predetermined amount. In the succeeding cylinder, the burned gas having the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder is converted to burned gas.An amount that is substantially the stoichiometric air-fuel ratioCombustion control means for controlling combustion of each cylinder so as to supply fuel and cause combustion by compression ignitionA preceding cylinder intake valve for introducing fresh air into the preceding cylinder, a preceding cylinder exhaust valve for discharging exhaust gas from the preceding cylinder to the exhaust passage, and introducing burned gas into the subsequent cylinder from the inter-cylinder gas passage A burnt gas introduction valve that performs the following cylinder intake valve that introduces fresh air into the subsequent cylinder,At least when the two cylinders are connectedIs because the preceding cylinder intake valve opens.New air introduced in the preceding cylinderAs the burned gas introduction valve opens,Burned gas is introduced from the inter-cylinder gas passage into the subsequent cylinder.On the other hand, when the two cylinders are connected, the preceding cylinder exhaust valve and the succeeding cylinder intake valve are closed,Among the operating regions in which the two cylinders are connected, at least in a predetermined region on the low load side, the interval between the intake stroke bottom dead center of the succeeding cylinder and the closing timing of the burned gas introduction valve is the same as that of the preceding cylinder. The spark ignition engine control apparatus is set to be shorter than an interval between an intake stroke bottom dead center and a closing timing of the preceding cylinder intake valve.
[0013]
According to this configuration, at least in the low-load low-rotation region, combustion is performed by forced ignition at a lean air-fuel ratio in which excessive air is present in the preceding cylinder. This lean combustion increases thermal efficiency and reduces pumping loss. Significant fuel economy effect can be obtained. In the succeeding cylinder, additional fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder, and combustion is performed by compression ignition. Since the gas introduced from the preceding cylinder through the inter-cylinder gas passage is hot, vaporization of the additional fuel is promoted and the entire combustion chamber is combusted all at once by compression ignition, so slow combustion that does not contribute to work Can be avoided and a high fuel efficiency improvement effect can be obtained. In addition, the NOx generation amount is suppressed to be relatively small by performing combustion at a lean air-fuel ratio in the preceding cylinder, and a large amount of EGR (exhaust gas recirculation) is introduced in the succeeding cylinder by introducing burned gas from the preceding cylinder. Since the state is equivalent to that performed, the generation of NOx is sufficiently suppressed, and exhaust gas purification is promoted.
[0014]
In addition, since only the exhaust gas generated by combustion at the stoichiometric air-fuel ratio discharged from the succeeding cylinder is guided to the exhaust passage, sufficient exhaust purification performance can be ensured only by providing a three-way catalyst in the exhaust passage. While performing lean combustion with high thermal efficiency in the preceding cylinder, a relatively expensive lean NOx catalyst, which has been conventionally required when performing lean combustion, is not required, and thus the cost can be reduced.
[0015]
Further, at least in a predetermined region on the low load side in the operation region in which the two cylinders are connected, the interval between the intake stroke bottom dead center of the subsequent cylinder and the closing timing of the burned gas introduction valve is set to be equal to that of the preceding cylinder. It is set to be shorter than the interval between the intake stroke bottom dead center and the closing timing of the preceding cylinder intake valve. That is, the closing timing of the burned gas introduction valve (which is a kind of intake valve) of the subsequent cylinder is closed earlier (closer to the bottom dead center) than when fresh air is sucked (preceding cylinder). ing. Therefore, the effective compression ratio in the subsequent cylinder can be increased.
[0016]
In the conventional engine, the closing timing of the intake valve is generally delayed from the bottom dead center of the intake stroke (crank angle is about 50 °). This is in order to compensate for the delay in inhalation due to the inhalation resistance, and the new air charging efficiency is improved by closing after the bottom dead center. However, on the other hand, since the intake valve is open while the piston passes the bottom dead center and rises, the effective compression ratio is smaller than the geometric compression ratio. According to this configuration, the closing timing of the burned gas introduction valve can be made closer to the bottom dead center, so that the effective compression ratio can be made closer to the geometric compression ratio, that is, increased. At this time, it is not the fresh air throttled by the throttle valve that is introduced into the subsequent cylinder, but the burned gas discharged from the preceding cylinder. Therefore, even if the burned gas introduction valve is closed early, its filling is sufficient. Made.
[0017]
When the effective compression ratio of the succeeding cylinder is increased, the in-cylinder temperature is increased, so that compression ignition is easily performed. Therefore, even in the low load region where the in-cylinder temperature does not easily rise and the compression ignitability is low, the compression ignitability can be improved. In other words, since the operating range in which combustion by compression ignition can be performed can be expanded to a lower load range, fuel efficiency can be further improved and exhaust gas purification can be promoted.
[0018]
Note that each stroke, top dead center (TDC), bottom dead center (BDC), and the like refer to the operation and position of the piston, but the piston position is also a function of the crank angle. In the present specification, the strokes and piston positions are also represented by the crank angle. For example, when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center and the crankshaft rotates 180 °, the interval between the top dead center and the bottom dead center is a crank angle of 180 ° (hereinafter referred to as 180 ° CA). . The unit of the timing and period when the intake valve is opened or the intake valve is opened is the crank angle.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the control device for the spark ignition engine according to the first aspect, there is provided a subsequent cylinder exhaust valve that discharges exhaust gas of the subsequent cylinder when at least the two cylinders are connected. In the operating region in which the cylinder is connected, at least in the predetermined region on the low load side, the succeeding cylinder exhaust valve is opened until the exhaust stroke top dead center of the succeeding cylinder, and the burned gas introduction valve is opened. The valve timing is set so as to be the top dead center of the intake stroke of the subsequent cylinder.
[0020]
In this way, it is possible to shorten the period (so-called valve overlap) in which the subsequent cylinder exhaust valve and the burned gas introduction valve are both open near the top dead center of the exhaust stroke of the subsequent cylinder (zero). Including the case). The conventional general setting is that the opening timing of the intake valve is earlier than the intake stroke top dead center (about 5 to 10 ° CA), but in this configuration, it is matched to the intake stroke top dead center. It is. By shortening the valve overlap in this way, the burned gas introduced into the succeeding cylinder is directly discharged into the exhaust passage through the succeeding cylinder exhaust valve, so-called blow-through is prevented, and the effective compression rate of the succeeding cylinder is reduced. Can be increased. As the effective compression ratio increases, the compression ignitability improves, so that the fuel consumption can be further improved and exhaust gas purification can be promoted as described above.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the control device for the spark ignition type engine according to the first or second aspect, the burned gas introduction valve is controlled in a predetermined region on the high load side in the operation region where the two cylinders are connected. The valve closing timing is set to be delayed from the timing when the valve closing timing is in a predetermined region on the low load side.
[0022]
In this case, the load is relatively high, the in-cylinder temperature is high, and the compression ignitability is high. However, the in-cylinder temperature is excessively high and the abnormal combustion such as knocking may occur. By delaying the closing timing of the burned gas introduction valve, the effective compression ratio of the succeeding cylinder can be reduced. If the effective compression ratio of the succeeding cylinder is reduced, the in-cylinder temperature is lowered, so that abnormal combustion such as knocking can be prevented. Therefore, the operating range in which combustion by compression ignition can be performed without accompanying abnormal combustion can be expanded to a higher load side, fuel efficiency can be further improved, and exhaust gas purification can be promoted.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in the control device for the spark ignition engine according to the first or second aspect, the burnt gas introduction is performed in a predetermined region on the high load high rotation side in the operation region where the two cylinders are connected. The valve closing timing is set to a delay side with respect to the timing when the valve is in a predetermined region on the low load low rotation side.
[0024]
In this way, in addition to the invention of claim 3, it is possible to perform control in consideration of the rotational speed. Since the in-cylinder temperature also changes depending on the number of rotations, more detailed and appropriate compression ignition performance can be controlled by considering the number of rotations as a control condition.
[0025]
According to a fifth aspect of the present invention, in the spark ignition engine control device according to any one of the first to fourth aspects, when the at least two cylinders are connected, the burned gas of the preceding cylinder is transferred to the cylinder. In the operation region where the burned gas discharge valve for discharging to the intermediate gas passage is provided and the two cylinders are connected, the closing timing of the burned gas discharging valve is higher than the closing timing of the burned gas introduction valve. And set the open period of the burned gas discharge valve and the open period of the burned gas introduction valve.Each individuallyWhile maintaining a constant predetermined value, the opening timing of the burned gas discharge valve and the opening timing of the burned gas introduction valve fluctuate back and forth while keeping the timing difference constant according to at least the engine load. It is set as follows.
[0026]
In this way, the closing timing of the burned gas discharge valve can be changed back and forth according to the engine load, so the closing timing of the burned gas introduction valve is near the bottom dead center when the load is relatively low. And the effective compression ratio can be increased.
[0027]
At this time, the closing timing of the burned gas discharge valve is ahead of the top dead center because it is ahead of the closing timing of the burned gas introduction valve. This is earlier than a general exhaust valve closing timing of a conventional engine (about 50 ° CA after top dead center). By closing the burned gas discharge valve early, the remaining amount of burned gas in the preceding cylinder increases (hereinafter referred to as increase in internal EGR). When the internal EGR of the preceding cylinder increases, the in-cylinder temperature rises, so the temperature of the burned gas discharged from the preceding cylinder and introduced into the succeeding cylinder rises.
[0028]
That is, the effective compression ratio of the subsequent cylinder can be increased, and the temperature of the burned gas introduced into the subsequent cylinder can be increased. As a result, the in-cylinder temperature of the subsequent cylinder can be raised to improve the compression ignitability. In this way, the operating range in which combustion by compression ignition can be performed can be expanded to a lower load range, so that fuel efficiency can be further improved and exhaust gas purification can be promoted.
[0029]
On the other hand, when the load is relatively high, the valve opening period is generally delayed so that the closing timing of the burned gas introduction valve is delayed from the bottom dead center of the intake stroke, and the closing timing of the burned gas discharge valve is set. Can be delayed. The effective compression ratio of the succeeding cylinder can be reduced by closing the burned gas introduction valve after the bottom dead center. The burned gas discharge valveOpenBy delaying the valve timing, the internal EGR of the preceding cylinder can be reduced, and the temperature of the burned gas introduced into the succeeding cylinder can be lowered.
[0030]
That is, the effective compression ratio of the succeeding cylinder can be reduced, and the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinder can be lowered. As a result, it is possible to prevent the in-cylinder temperature of the subsequent cylinder from becoming excessively high and causing abnormal combustion. Therefore, the operating range in which combustion by compression ignition can be performed without accompanying abnormal combustion can be expanded to a higher load side, fuel efficiency can be further improved, and exhaust gas purification can be promoted.
[0031]
When changing the opening and closing timing of each valve, the opening period of the burned gas discharge valve and the opening period of the burned gas introduction valveEach individuallyWhile maintaining a constant predetermined value, the timing difference between these valve opening timings is kept constant. In this way, in an engine having a structure in which the opening / closing timing of each valve is uniquely set by the shape of each cam related to the opening / closing of each valve, it is not necessary to switch the cam, etc. Can always use the same cam. The valve opening timing can be changed by changing the phase (relative angle) between the camshaft that rotates integrally with the cam related to the opening and closing of the valve and the crankshaft. This structure can be made simpler than that in which each cam is independently controlled, and a small, light, and low-cost engine can be obtained.
[0032]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a multi-cylinder spark ignition engine in which each cylinder performs a cycle comprising intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. Thus, between the pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, the burned gas discharged from the preceding cylinder which is the cylinder on the exhaust stroke side is directly introduced to the subsequent cylinder which is the cylinder on the intake stroke side via the inter-cylinder gas passage. The exhaust gas discharged from the succeeding cylinder is configured to have a gas flow path in a two-cylinder connection state in which the exhaust gas is guided to the exhaust passage. Combustion is performed by forced ignition in a state where the lean air-fuel ratio is large by a predetermined amount. In the succeeding cylinder, the burned gas having the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder is converted to burned gas.An amount that is substantially the stoichiometric air-fuel ratioCombustion control means for controlling combustion of each cylinder so as to supply fuel and cause combustion by compression ignitionA preceding cylinder intake valve for introducing fresh air into the preceding cylinder, a preceding cylinder exhaust valve for discharging exhaust gas from the preceding cylinder to the exhaust passage, and introducing burned gas into the subsequent cylinder from the inter-cylinder gas passage A burnt gas introduction valve that performs the following cylinder intake valve that introduces fresh air into the subsequent cylinder,At least when the two cylinders are connectedIs because the preceding cylinder intake valve opens.New air introduced in the preceding cylinderAs the burned gas introduction valve opens,Burned gas is introduced from the inter-cylinder gas passage into the subsequent cylinder.On the other hand, when the two cylinders are connected, the preceding cylinder exhaust valve and the succeeding cylinder intake valve are closed,The burned gas introduction valve opening period in at least a predetermined region on the low load side of the operation region in which the two cylinders are connected.Is onShorter than the opening period of the leading cylinder intake valveAnd the interval between the intake stroke bottom dead center of the succeeding cylinder and the closing timing of the burned gas introduction valve is greater than the interval between the intake stroke bottom dead center of the preceding cylinder and the valve closing timing of the preceding cylinder intake valve. Also becomes shorterThe spark ignition type engine control device is characterized in that it is set as described above.
[0033]
According to this configuration, similarly to the effect of the first aspect, in the preceding cylinder, the thermal efficiency is increased by lean combustion, the pumping loss is reduced, and a significant fuel efficiency effect is obtained, and the succeeding cylinder performs combustion by compression ignition. As a result, a higher fuel efficiency improvement effect can be obtained. In addition, the exhaust purification performance is sufficiently secured while being low-cost only by providing the three-way catalyst.
[0034]
Furthermore, when the vehicle is traveling at a relatively low load, the burned gas introduction valve opening period of the subsequent cylinderFirstShorter than the opening period of the row cylinder intake valveAnd the closing timing of the burned gas introduction valve is closer to the intake bottom dead center than the closing timing of the preceding cylinder intake valveTherefore, the timing for closing the burned gas introduction valve can be relatively advanced, and the effective compression ratio of the succeeding cylinder can be increased. When the effective compression ratio of the succeeding cylinder is increased, the in-cylinder temperature is increased, so that compression ignition is easily performed. Therefore, even in the low load region where the in-cylinder temperature is unlikely to rise and the compression ignitability is low, the compression ignitability can be improved, and as described above, fuel efficiency can be further improved and exhaust gas purification can be promoted. Can do.
[0035]
According to a seventh aspect of the present invention, in the control device for the spark ignition engine according to the sixth aspect, a succeeding cylinder exhaust valve is provided for exhausting exhaust gas from the succeeding cylinder when at least the two cylinders are connected. Of the operating region in which the cylinder is connected, at least in a predetermined region on the low load side, the open period of the burned gas introduction valve is set to be shorter than the open period of the subsequent cylinder exhaust valve. It is characterized by that.
[0037]
thisAs a result, the closing timing of the burned gas introduction valve is relatively advanced in any case. Therefore, the effective compression ratio of the subsequent cylinder can be increased, and as described above, the fuel consumption can be further improved and exhaust gas purification can be promoted.
[0038]
Claim8The invention of claim6In the control apparatus for a spark ignition engine described above, a burned gas discharge valve for discharging burned gas of the preceding cylinder to the inter-cylinder gas passage when at least the two cylinders are connected is provided. The burned gas introduction valve opening timing is set to be delayed from the burned gas discharge valve opening timing in at least a predetermined region on the low load side in the operation range to be connected. It is characterized by.
[0039]
In this way, the closing timing of the burned gas introduction valve can be set near the bottom dead center of the intake stroke, so that the effective compression ratio of the succeeding cylinder can be increased, and fuel efficiency is further improved as described above. And exhaust gas purification can be promoted.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows a structure of one cylinder of an engine body 1 and intake / exhaust valves provided for the cylinder. . In these drawings, the engine body 1 has a plurality of cylinders, and in the illustrated embodiment, has four cylinders 2A to 2D. A piston 3 is fitted into each of the cylinders 2 </ b> A to 2 </ b> D, and a combustion chamber 4 is formed above the piston 3.
[0041]
A spark plug 7 is provided at the top of the combustion chamber 4 of each cylinder 2 </ b> A to 2 </ b> D, and the tip of the plug faces the combustion chamber 4. An ignition circuit 8 capable of controlling the ignition timing by electronic control is connected to the spark plug 7.
[0042]
A fuel injection valve 9 that directly injects fuel into the combustion chamber 4 is provided at a side portion of the combustion chamber 4. The fuel injection valve 9 includes a needle valve and a solenoid (not shown). When a pulse signal is input, the fuel injection valve 9 is driven and opened for a time corresponding to the pulse width at the pulse input timing. It is comprised so that the quantity of fuel according to may be injected. The fuel injection valve 9 is supplied with fuel by a fuel pump (not shown) through a fuel supply passage and the like, and is supplied with fuel higher than the pressure in the combustion chamber during the compression stroke. A system is configured.
[0043]
Further, intake ports 11, 11a, 11b and exhaust ports 12, 12a, 12b are opened to the combustion chambers 4 of the respective cylinders 2A to 2D, and an intake passage 15 and an exhaust passage 20 are connected to these ports. Each port has a preceding cylinder intake valve 31, a subsequent cylinder intake valve 31a, a burned gas introduction valve 31b, a subsequent cylinder exhaust valve 32, a preceding cylinder exhaust valve 32a, and a burned gas discharge valve 32b (these valves are conventional engines). Equivalent to the intake and exhaust valves). Furthermore, camshafts 33 and 34 and cams 26 and 27 that rotate integrally therewith are provided above them.
[0044]
Each cylinder performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. In the case of a four-cylinder engine, the first cylinder 2A, second cylinder from one end in the cylinder row direction When the cylinder 2B, the third cylinder 2C, and the fourth cylinder 2D are called, as shown in FIG. 5, the cycle is 180 degrees at a crank angle in the order of the first cylinder 2A, the third cylinder 2C, the fourth cylinder 2D, and the second cylinder 2B. It is performed with a phase difference of °. In FIG. 5, EX is an exhaust stroke, IN is an intake stroke, F is fuel injection, S is forced ignition, and the star mark in the figure is compression ignition (forced ignition depending on conditions). Represents that.
[0045]
Between a pair of cylinders in which the exhaust stroke and the intake stroke overlap, a cylinder on the intake stroke side (referred to herein as a preceding cylinder) from the cylinder on the exhaust stroke side when the exhaust stroke and the intake stroke overlap (this specification) The inter-cylinder gas passage 22 is provided so that the burned gas can be directly introduced to the subsequent cylinder). In the four-cylinder engine of this embodiment, as shown in FIG. 5, the exhaust stroke (EX) of the first cylinder 2A and the intake stroke (IN) of the second cylinder 2B overlap, and the exhaust stroke (EX) of the fourth cylinder 2D. ) And the intake stroke (IN) of the third cylinder 2C overlap, so that the first cylinder 2A and the second cylinder 2B, and the fourth cylinder 2D and the third cylinder 2C form a pair, respectively, and the first cylinder 2A and the fourth cylinder The cylinder 2D is the preceding cylinder, the second cylinder 2B, and the third cylinder 2C are the subsequent cylinders.
[0046]
The intake / exhaust port of each cylinder and the intake passage, exhaust passage, and inter-cylinder gas passage connected to the cylinder are specifically configured as follows.
[0047]
The first cylinder 2A and the fourth cylinder 2D, which are the preceding cylinders, respectively include an intake port 11 for introducing fresh air, and a first exhaust port 12a for sending burned gas (exhaust gas) to the exhaust passage. A second exhaust port 12b for leading the burned gas to the subsequent cylinder is provided. The second cylinder 2B and the third cylinder 2C, which are the subsequent cylinders, respectively, have a first intake port 11a for introducing fresh air and a second intake port for introducing burned gas from the preceding cylinder. 11b and an exhaust port 12 for sending burned gas to the exhaust passage.
[0048]
In the example shown in FIG. 1, the intake ports 11 in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the first intake ports 11a in the second and third cylinders 2B and 2C are two per cylinder, the left half of the combustion chamber. The first exhaust port 12a and the second exhaust port 12b in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the second intake port 11b and the exhaust port in the second and third cylinders 2B and 2C are provided in parallel on the part side. 12 are provided in parallel on the right half side of the combustion chamber.
[0049]
The intake port 11 in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the first intake port 11a in the second and third cylinders 2B and 2C are connected to the downstream ends of the branch intake passages 16 for each cylinder in the intake passage 15. Yes. In the vicinity of the downstream end of each branch intake passage 16, a multiple throttle valve 17 that is linked to each other via a common shaft is provided. This multiple throttle valve 17 is driven by an actuator 18 in accordance with a control signal, The intake air amount is adjusted. Note that an air flow sensor 19 that detects an intake air flow rate is provided in a common intake passage upstream of the collecting portion in the intake passage 15.
[0050]
An upstream end of a branch exhaust passage 21 for each cylinder in the exhaust passage 20 is connected to the first exhaust port 12a in the first and fourth cylinders 2A and 2D and the exhaust port 12 in the second and third cylinders 2B and 2C. Yes. Further, an inter-cylinder gas passage 22 is provided between the first cylinder 2A and the second cylinder 2B and between the third cylinder 2C and the fourth cylinder 2D, and the first, fourth cylinder 2A, The upstream end of the inter-cylinder gas passage 22 is connected to the 2D second exhaust port 12b, and the downstream end of the inter-cylinder gas passage 22 is connected to the second intake port 11b of the second and third cylinders 2B and 2C as the subsequent cylinders. Is connected.
[0051]
The inter-cylinder gas passage 22 has a linear O whose output changes linearly according to the oxygen concentration.2A sensor 25 is provided, and the fuel injection amount for the preceding cylinders 2A and 2D having a predetermined lean air-fuel ratio is feedback-controlled according to the output thereof.
[0052]
In the exhaust passage 20, downstream of the branch exhaust passage 21, an air-fuel ratio is detected by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.2A sensor 23 is provided. O2The sensor 23 outputs λO whose output changes suddenly near the theoretical air-fuel ratio.2This is a sensor.2Based on the output of the sensor 23, the fuel injection amount for the succeeding cylinders 2B and 2C (including the cylinders 2A and 2D when each cylinder is in an independent state) is feedback-controlled. Furthermore O2A three-way catalyst 24 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 20 downstream of the sensor 23. As is generally known, the three-way catalyst 24 is highly purified against HC, CO, and NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is close to the stoichiometric air-fuel ratio (that is, the excess air ratio λ is λ = 1). It is a catalyst showing performance.
[0053]
The valves for opening and closing the intake / exhaust ports of each cylinder and the valve operating mechanism for these valves are as follows.
[0054]
The intake port 11, the first exhaust port 12a and the second exhaust port 12b in the first and fourth cylinders 2A and 2D are respectively provided with a preceding cylinder intake valve 31, a preceding cylinder exhaust valve 32a and a burned gas discharge valve 32b. Further, the first intake port 11a, the second intake port 11b, and the exhaust port 12 in the second and third cylinders 2B and 2C are respectively provided with a subsequent cylinder intake valve 31a, a burned gas introduction valve 31b, and a subsequent cylinder exhaust valve 32. It has been. Each of these valves is opened by being pushed down by the cams 26 and 27 when each cylinder is in the intake stroke or the exhaust stroke, but the opening / closing timing is not necessarily limited to the top dead center or the bottom dead center. It is set at a time shifted by degrees CA (crank angle) to several tens of degrees CA.
[0055]
Furthermore, in this embodiment, the opening / closing timing of each valve is changed according to the conditions by the cam phase variable mechanisms 33a and 34a, or the valve stop mechanism 35 is closed.
[0056]
The cam phase variable mechanisms 33a and 34a are conventionally known mechanisms that vary the rotational phase of the camshafts 33 and 34 with respect to the rotational phase of the crankshaft. As shown in FIG. 1, the camshaft 33 is provided with a cam phase varying mechanism 33a, and the camshaft 34 is provided with a cam phase varying mechanism 34a, which are controlled independently (see FIG. 3). Accordingly, the opening / closing timings of the preceding cylinder intake valve 31 and the succeeding cylinder intake valve 31a that are opened / closed by the rotation of the camshaft 33 are entirely changed back and forth by the cam phase variable mechanism 33a. Similarly, the opening / closing timings of the burned gas introduction valve 31b, the succeeding cylinder exhaust valve 32, the preceding cylinder exhaust valve 32a, and the burned gas discharge valve 32b that are opened and closed by the rotation of the camshaft 34 are entirely controlled by the cam phase variable mechanism 34a. Fluctuate back and forth.
[0057]
The valve stop mechanism 35 switches each valve between an operating state and a stopped state, and is provided in the succeeding cylinder intake valve 31a, the burned gas introduction valve 31b, the preceding cylinder exhaust valve 32a, and the burned gas discharge valve 32b. . Since the mechanism is conventionally known and detailed illustration is omitted, for example, a hydraulic chamber capable of supplying and discharging hydraulic oil is provided in a tappet interposed between a cam and a valve shaft. When hydraulic oil is supplied to the valve, the cam operation is transmitted to the valve and the valve is opened and closed.When the hydraulic oil is discharged from the hydraulic chamber, the cam operation is not transmitted to the valve and the valve is stopped. It is something that has come to be. A first control valve 37 is provided in the hydraulic oil supply / discharge passage 36 to the valve stop mechanism 35 of the succeeding cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a, and the burned gas introduction valve 31b and the burned gas discharge are provided. A second control valve 39 is provided in the hydraulic oil supply / discharge passage 38 with respect to the valve 32b (see FIG. 3).
[0058]
FIG. 3 shows the configuration of the drive and control system in this embodiment. In this figure, an ECU (control unit) 40 for engine control composed of a microcomputer or the like is provided with an air flow sensor 19, O2Sensor 23 and linear O2A signal from the sensor 25 is input, and a signal from an engine speed sensor 47 for detecting the engine speed and an accelerator position sensor 48 for detecting the accelerator position (depressing amount of the accelerator pedal) are input in order to determine the driving state. Is done. Control signals are sent from the ECU 40 to the ignition circuit 8, the fuel injection valves 9, the actuator 18 of the multiple throttle valve 17, the first and second control valves 37 and 39, and the cam phase variable mechanisms 33a and 34a. Is output.
[0059]
The ECU 40 constitutes a control means for performing combustion while keeping the gas flow path in a two-cylinder connected state (see FIG. 6) at least in a low-load low-rotation region, and includes an operating state determination means 41, a valve stop mechanism. Control means 42, intake air amount control means 43, combustion control means 44, and cam phase control means 49 are provided.
[0060]
The operating state discriminating means 41 checks the operating state of the engine (engine speed and engine load) by signals from the rotational speed sensor 47 and the accelerator opening sensor 48, and the operating state is a low load and low speed as shown in FIG. Side operation area A (engine load T1 or less and engine speed r1 or less) or high load side or high rotation side operation area B (engine load exceeds T1 or engine speed exceeds r1) It is determined whether it is in the area. Among the operation areas A, the operation area A1 is a relatively low load and low rotation area, and the operation area A2 is a relatively high load and high rotation area. Under a predetermined condition (for example, a state where the engine is completely warmed up), the operation region A is operated in the special operation mode in which the two cylinders are connected, and in the operation region B, the normal operation mode in which each cylinder is in an independent state. Drive in.
[0061]
The valve stop mechanism control means 42 controls each of the valve stop mechanisms 35 as follows by controlling the control valves 37 and 39 according to the special operation mode and the normal operation mode.
[0062]
Figure 0003885697
[0063]
The intake air amount control means 43 controls the opening degree (throttle opening degree) of the throttle valve 17 by controlling the actuator 18, and obtains the target intake air amount from a map or the like according to the operating state, and the target The throttle opening is controlled according to the intake air amount. In this case, in the special operation mode, as will be described later, in the succeeding cylinders (second and third cylinders 2B and 2C), in the gas introduced from the preceding cylinder in a state where the intake introduction from the branch intake passage 16 is blocked. Combustion is performed while the ratio of excess air to the newly supplied fuel is the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter referred to as a substantial stoichiometric air-fuel ratio), so that it corresponds to the required torque for the preceding and succeeding two cylinders. The amount of air necessary for the combustion of fuel (the amount of air that is the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the amount of fuel for two cylinders) is supplied to the preceding cylinders (first, fourth cylinders 2A, 2D), The throttle opening is adjusted.
[0064]
The combustion control unit 44 includes a fuel injection control unit 45 and an ignition control unit 46. The fuel injection control unit 45 causes the fuel injection amount and the injection timing from the fuel injection valves 9 provided in the respective cylinders 2A to 2D. Is controlled according to the operating state of the engine, and the ignition control means 46 controls the ignition timing and the ignition stop according to the operating state. In particular, the combustion control (fuel injection control and ignition control) is changed depending on whether the operation state is the special operation mode or the normal operation mode.
[0065]
That is, in the special operation mode, the air-fuel ratio for the preceding cylinders (the first and fourth cylinders 2A and 2D) is a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, preferably about twice the stoichiometric air-fuel ratio or The fuel injection amount is controlled as described above, the injection timing is set so that fuel is injected in the compression stroke and the mixture is stratified, and forced ignition is performed near the compression top dead center. The ignition timing is set as follows. On the other hand, for the subsequent cylinders (second and third cylinders 2B and 2C), fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder so that the actual stoichiometric air-fuel ratio is obtained. The fuel injection amount is controlled at the same time, and the injection timing is set so that the fuel is injected in the intake stroke. Then, combustion by compression ignition or forced ignition is performed according to the operating state.
[0066]
In the normal operation mode, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of each of the cylinders 2A to 2D is equal to or less than the stoichiometric air-fuel ratio. Then, the stoichiometric air-fuel ratio is made richer in the fully open load and the operation region in the vicinity thereof. In this case, the injection timing is set so that the air-fuel mixture is made uniform by injecting fuel to each of the cylinders 2A to 2D and the cylinders 2A to 2D are forcedly ignited. To.
[0067]
The cam phase control means 49 controls the cam phase variable mechanisms 33a and 34a based on the result of the operation state determination means 41. Although details of the control will be described later, for example, in the special operation mode, the cam phase variable mechanism 34a is controlled so as to advance the phase of the cam 27 in the region of relatively low load and low rotation (region A1 in FIG. 4). The open / close timing of the burned gas discharge valve 32b, the burned gas introduction valve 31b, and the subsequent cylinder exhaust valve 32 that are operated by the rotation of 34 is set so as to be advanced as a whole. On the other hand, in the region of relatively high load and high rotation (region A2 in FIG. 4), the cam phase varying mechanism 34a is controlled so as to delay the phase of the cam 27, and the burned gas discharge valve 32b is operated by the rotation of the camshaft 34. The opening / closing timing of the burned gas introduction valve 31b and the subsequent cylinder exhaust valve 32 is set to be delayed as a whole. Since the cam phase variable mechanisms 33a and 34a act on the operating valve, the valve stopped by the valve stop mechanism 35 is stopped regardless of the control of the cam phase variable mechanisms 33a and 34a. maintain.
[0068]
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described with reference to FIGS.
In the special operation mode, as described above, the preceding cylinder exhaust valve 32a and the succeeding cylinder intake valve 31a are stopped, and the burned gas discharge valve 32b and the burned gas introduction valve 31b are activated, so that substantially fresh air is generated. The gas flow path is as shown in FIG. 6, and the burned gas discharged from the preceding cylinders (first and fourth cylinders) 2A and 2D is directly passed through the inter-cylinder gas passage 22 to the subsequent cylinders (second and second cylinders). (Cylinder No. 3) is introduced into 2B and 2C, and a two-cylinder connection state is established in which only the gas discharged from the succeeding cylinders 2B and 2C is guided to the exhaust passage 20.
[0069]
In this state, fresh air is introduced into the preceding cylinders 2A and 2D from the intake passage 15 during the intake stroke (arrow a in FIG. 6), and linear O is detected in the preceding cylinders 2A and 2D.2The fuel is injected in the compression stroke while the fuel injection amount is feedback controlled so that the air-fuel ratio detected by the sensor 25 becomes a super-lean air-fuel ratio approximately twice or more than the stoichiometric air-fuel ratio, and at a predetermined ignition timing. Ignition is performed, and stratified combustion is performed at a super lean air-fuel ratio (see FIG. 5).
[0070]
Thereafter, burned gas discharged from the preceding cylinders 2A and 2D is introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C through the gas passage 22 during a period in which the intake strokes of the preceding cylinders 2A and 2D overlap with the exhaust strokes of the succeeding cylinders 2B and 2C. (The white arrow in FIG. 5 and the arrow b in FIG. 6). In the succeeding cylinders 2B and 2C, fuel is supplied to the burned gas having a lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinders 2A and 2D, and the fuel injection amount is controlled so as to obtain a substantial stoichiometric air-fuel ratio. Fuel is injected during the intake stroke. At this time, in the succeeding cylinders 2B and 2C, forced ignition by the spark plug 7 is stopped, and compression ignition is performed near the top dead center of the compression stroke due to an increase in pressure and temperature in the combustion chamber.
[0071]
In this way, the subsequent cylinders 2B and 2C rapidly burn by simultaneous compression ignition even under the condition that they contain a large amount of burned gas components equivalent to EGR gas and the air-fuel ratio is lean, which greatly increases the thermal efficiency. Will be improved.
[0072]
As described above, the preceding cylinders 2A and 2D increase the thermal efficiency and reduce the pumping loss by stratified combustion in the ultra-lean state, while the succeeding cylinders 2B and 2C have the effect of reducing the pumping loss similarly to the preceding cylinders 2A and 2D. In addition, when combustion is performed by compression ignition, thermal efficiency is improved by performing compression ignition in a uniform mixture distribution state, and fuel efficiency is greatly improved by these actions.
[0073]
The preceding cylinders 2A and 2D have a lean air-fuel ratio that is approximately twice or more than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the amount of NOx generated is relatively small. In the succeeding cylinders 2B and 2C, the preceding cylinders 2A and 2D Since the burned gas is introduced, the state is equivalent to that in which a large amount of EGR is performed, so that the generation of NOx is sufficiently suppressed. This is also advantageous for improving emissions.
[0074]
However, even in the special operation mode, when the in-cylinder temperature of the subsequent cylinders 2B and 2C is low and it is difficult to perform compression ignition, the ignition of the subsequent cylinders 2B and 2C is switched to forced ignition by the spark plug 7. Conversely, when the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is too high and abnormal combustion such as knocking occurs, the special operation mode is switched to the normal operation mode. In any case, the improvement effect of the fuel consumption or the like is suppressed as compared with the special operation mode by compression ignition. Therefore, in order to obtain more of these effects, it is desirable to expand the operation region suitable for compression ignition during the special operation mode.
[0075]
In order to expand the operation range suitable for compression ignition in the special operation mode, the intake / exhaust valve opening / closing timing is set as follows.
[0076]
FIG. 8 shows in detail the intake / exhaust stroke portion of FIG. 5, and the opening / closing timings of the preceding cylinder intake valve 31 and the burned gas discharge valve 32b of the preceding cylinders 2A and 2D in the special operation mode, and the succeeding cylinder 2B. , 2C burned gas introduction valve 31b and the opening and closing timing of the subsequent cylinder exhaust valve 32. FIG. 8A shows the case of a relatively low-load low-rotation region (region A1 in FIG. 4) in the operation state in which the special operation mode is performed, and FIG. This is the case of the region (region A2 in FIG. 4). In these drawings, the horizontal axis indicates the crank angle, T is top dead center (TDC), and B is bottom dead center (BDC). The interval between T and B is 180 ° CA. The upper row shows the preceding cylinders 2A and 2D, and the lower row shows the subsequent cylinders 2B and 2C corresponding thereto. And each strip | belt-shaped part shows the valve opening period of each valve. The white arrows from the upper stage to the lower stage indicate that the exhaust strokes of the preceding cylinders 2A and 2D overlap the intake strokes of the subsequent cylinders 2B and 2C, and the burned gas in the preceding cylinders 2A and 2D is transferred to the subsequent cylinders 2B and 2C. Indicates the led state.
[0077]
In FIG. 8A, in the upper stage, the burned gas discharge valve opening period 80 in which the burned gas discharge valve 32b of the preceding cylinders 2A and 2D is opened, and the preceding cylinder intake in which the preceding cylinder intake valve 31 is opened. A valve opening period 81 (shown by hatching) is shown. The lower stage includes a valve opening period 82 of the subsequent cylinder exhaust valve in which the subsequent cylinder exhaust valve 32 of the subsequent cylinders 2B and 2C is opened, and a valve opening period 83 of the burned gas introduction valve in which the burned gas introduction valve 31b is opened. Indicates. The opening period 81 of the leading cylinder intake valve is set from about 10 ° CA before TDC to about 55 ° CA after BDC (total of about 245 ° CA). This is a general setting value for a conventional engine. On the other hand, the open period 83 of the burned gas introduction valve is set from approximately 45 ° CA before TDC to approximately BDC (total approximately 225 ° CA). Further, the valve opening period 82 of the subsequent cylinder exhaust valve is set from about 80 ° CA before BDC to about 25 ° CA before TDC (total of about 235 ° CA).
[0078]
In other words, the interval (approximately 0 ° CA) between the trailing cylinder intake stroke bottom dead center 96 and the burned gas introduction valve closing timing 97 is equal to the preceding cylinder intake stroke bottom dead center 92 and the preceding cylinder intake valve closing timing 93. Is set to be shorter than the interval (about 55 ° CA). The burned gas introduction valve opening period 83 is shorter than the preceding cylinder intake valve opening period 81 and the subsequent cylinder exhaust valve opening period 82. Thus, in the succeeding cylinders 2B and 2C, the burned gas introduction valve opening period 83 is set short, and the burned gas introduction valve closing timing 97 is set early and close to BDC. There is no or short period during which the burned gas introduction valve 31b is open even when the piston 3 has risen past the BDC. For this reason, the effective compression ratio increases and approaches the geometric compression ratio. As the effective compression ratio increases, the in-cylinder temperatures of the succeeding cylinders 2B and 2C are likely to rise, and the compression ignitability is increased. At this time, what is introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C is not the fresh air throttled by the multiple throttle valve 17, but the burned gas discharged from the preceding cylinders 2A and 2D. Therefore, even if the burned gas introduction valve 31b is closed early, the filling is sufficiently performed.
[0079]
The open period 80 of the burned gas discharge valve is set from about 80 ° CA before BDC to about 25 ° CA before TDC (total of about 235 ° CA). Therefore, the closing timing 90 of the burned gas discharge valve is set to be approximately 25 ° CA advance from the closing timing 97 of the burned gas introduction valve (corresponding to TDC in the preceding cylinders 2A and 2D). This is earlier than a general set value (about 50 ° CA after TDC) of a conventional engine. By closing the burned gas discharge valve 32b early, the amount of internal EGR in the preceding cylinders 2A and 2D increases, and the temperature of the burned gas introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C rises.
[0080]
As described above, the effective compression ratio of the succeeding cylinders 2B and 2C is increased, and the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is increased by increasing the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C. To improve compression ignitability. By doing in this way, the operation area | region which can perform the combustion by compression ignition is expanded to the area | region of a low load.
[0081]
In FIG. 8B, in the upper stage, the burned gas discharge valve opening period 100 in which the burned gas discharge valve 32b of the preceding cylinders 2A, 2D is opened, and the preceding cylinder intake in which the preceding cylinder intake valve 31 is opened. A valve opening period 101 (indicated by diagonal lines) is shown. In the lower stage, the opening period 102 of the succeeding cylinder exhaust valve in which the succeeding cylinder exhaust valve 32 of the succeeding cylinders 2B and 2C is opened, and the opening period 103 of the burned gas introduction valve in which the burned gas introduction valve 31b is opened, Indicates. The opening period 101 of the preceding cylinder intake valve is set similarly to the opening period 81 of the preceding cylinder intake valve in FIG. On the other hand, the valve opening period 100 of the burned gas discharge valve, the valve opening period 102 of the subsequent cylinder exhaust valve, and the valve opening period 103 of the burned gas introduction valve (respectively indicated by white band lines) are shown in FIG. The length of each period is equal to the opening period 80 of the burned gas discharge valve, the opening period 82 of the subsequent cylinder exhaust valve, and the opening period 83 of the burned gas introduction valve, and only the opening / closing timing of each valve is entirely Therefore, the setting is delayed by about 45 ° CA. As described above, the cam phase control means 49 delays the phase of the cam shaft 34 by about 45 ° CA (see FIG. 3).
[0082]
The closing timing 114 of the burned gas introduction valve in FIG. 8B is delayed by about 45 ° CA from the closing timing 97 of the burned gas introduction valve in FIG. For this reason, in the succeeding cylinders 2B and 2C, the burned gas introduction valve 31b is open for about 45 ° CA even when the piston 3 is rising past the bottom cylinder dead center 113 of the succeeding cylinder intake stroke. Therefore, the effective compression ratio of the succeeding cylinders 2B and 2C is smaller than that in the case of FIG. 8A, and the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is lowered.
[0083]
Moreover, the closing timing 112 of the burned gas discharge valve is about 45 ° CA later than the closing timing 90 of the burned gas discharge valve in FIG. 8A and is about 20 ° after the top dead center 111 of the preceding cylinder exhaust stroke. CA is set. For this reason, the internal EGR of the preceding cylinders 2A and 2D is smaller than that in the case of FIG. 8A, and the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C is lowered.
[0084]
As described above, the effective compression ratio of the succeeding cylinders 2B and 2C is reduced, and the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is lowered by lowering the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C. The occurrence of abnormal combustion such as knocking is prevented. By doing in this way, the operation area | region which can perform the combustion by compression ignition is expanded to the area | region of a higher load.
[0085]
Thus, in the special operation mode, the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is increased in the operation region where the in-cylinder temperature is relatively low, and is decreased in the operation region where the in-cylinder temperature is relatively high. The opening / closing timing of the intake / exhaust valve is set. As a result, the operating range in which the succeeding cylinders 2B and 2C can perform proper combustion by compression ignition can be expanded, and the fuel efficiency improvement effect and the exhaust gas purification can be further promoted.
[0086]
On the other hand, in the normal operation mode, as described above, the preceding cylinder exhaust valve 32a and the succeeding cylinder intake valve 31a are in an operating state, and the burned gas discharge valve 32b and the burned gas introduction valve 31b are stopped. The flow path of fresh air and gas is as shown in FIG. 7, and the intake ports 11 and 11a and the exhaust ports 12a and 12 of each cylinder 2A to 2D are substantially independent, and each cylinder 2A to 2D is connected from the intake passage 15 to each other. Fresh air is introduced into the intake ports 11 and 11a, and burned gas is discharged from the exhaust ports 12a and 12 of the cylinders 2A to 2D to the exhaust passage 20.
[0087]
FIG. 9 shows the opening / closing timing of the preceding cylinder intake valve 31 and the burned gas discharge valve 32b of the preceding cylinders 2A and 2D in the normal operation mode, and the burned gas introduction valve 31b and the succeeding cylinder exhaust valve 32 of the succeeding cylinders 2B and 2C. It is explanatory drawing which shows opening and closing time. The horizontal axis indicates the crank angle, T is top dead center (TDC), and B is bottom dead center (BDC). The interval between T and B is 180 ° CA. The upper row shows the preceding cylinders 2A and 2D, and the lower row shows the succeeding cylinders 2B and 2C. Since each cylinder is independently operated in the normal operation mode, fresh air is introduced into the preceding cylinders 2A and 2D and the succeeding cylinders 2B and 2C to perform combustion by forced ignition. In the upper part of FIG. 9, the burned gas exhaust valve opening period 120 in which the preceding cylinder exhaust valves 32 a of the preceding cylinders 2 </ b> A and 2 </ b> D are opened, and the preceding cylinder intake valve opening period in which the preceding cylinder intake valve 31 is opened are shown. 121. The lower stage shows a valve opening period 122 of the subsequent cylinder exhaust valve in which the subsequent cylinder exhaust valve 32 of the subsequent cylinders 2B and 2C is opened, and a valve opening period 123 of the subsequent cylinder intake valve in which the subsequent cylinder intake valve 31a is opened. .
[0088]
The exhaust in the preceding cylinders 2A and 2D and the intake in the subsequent cylinders 2B and 2C are performed by valves different from those in the special operation mode, and therefore the opening and closing are performed by different cams. Therefore, the opening period 120 of the preceding cylinder exhaust valve and the opening period 123 of the succeeding cylinder intake valve are the opening period 80 of the burned gas discharge valve and the opening period 83 of the burned gas introduction valve in FIG. Can be set independently. In FIG. 9, the valve opening period 121 of the preceding cylinder intake valve and the valve opening period 123 (shown by hatching) of the subsequent cylinder intake valve are from about 10 ° CA before TDC to about 55 ° CA after BDC (total of about 245 ° CA). Is set to Further, the opening period 120 of the preceding cylinder exhaust valve and the opening period 122 of the subsequent cylinder exhaust valve are set from about 30 ° CA before BDC to about 25 ° CA after TDC (total of about 235 ° CA). These valve opening periods correspond to general settings of a conventional engine.
[0089]
The opening period 121 of the preceding cylinder intake valve and the opening period 123 of the succeeding cylinder intake valve can be changed back and forth by the cam phase variable mechanism 33a, and the opening period 120 of the preceding cylinder exhaust valve and the succeeding cylinder exhaust valve are variable. The valve opening period 122 can be changed back and forth by the cam phase varying mechanism 34a. Therefore, by controlling the cam phase variable mechanisms 33a and 34a, the period during which both the preceding cylinder exhaust valve 32a and the preceding cylinder intake valve 31 are open (the opening period 120 of the preceding cylinder exhaust valve and the preceding cylinder intake valve). The valve overlap period (valve overlap: valve overlap) can be varied. The cam phase control means 49 controls the cam phase variable mechanisms 33a and 34a so that the valve overlap becomes larger as the load becomes higher, so that optimum combustion efficiency is obtained according to the load. The same control is performed for the succeeding cylinders 2B and 2C.
[0090]
In this way, in the normal operation mode, the optimum intake / exhaust timing is controlled according to the load, and the intake air amount and the fuel injection amount are controlled so as to become the stoichiometric air-fuel ratio or richer, so that the output Performance is ensured.
[0091]
Note that the patterns shown in FIGS. 8A, 8B, and 9 do not limit each valve opening period or valve opening timing, and may be changed as appropriate within the scope of the claims. For example, the closing timing 97 of the burned gas introduction valve in FIG. 8A may be set so as to be slightly behind the bottom dead center 96 of the subsequent cylinder intake stroke. Further, the valve opening periods 81, 101, and 121 of the preceding cylinder intake valve in FIGS. 8A, 8B, and 9 are set differently depending on the load (in this embodiment, this is done by the cam phase variable mechanism 33a. Or the same setting as in the present embodiment (in this case, the cam phase variable mechanism 33a may not be provided). Other specific set values may be set to suitable values according to the required characteristics of the engine.
[0092]
Further, the travel region A in the special operation mode may be divided into three or more instead of the two regions A1 and A2, and the valve opening / closing timing suitable for each region may be set. Further, it may be changed continuously instead of stepwise by division.
[0093]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
[0094]
FIG. 10 is a partial perspective view of the cam switching mechanism 150 in the second embodiment, and is for the burned gas introduction valve 31b and the like indicated by a two-dot chain line. A camshaft 151 is disposed above the burned gas introduction valve 31b. The camshaft 151 is provided with three types of cams having independent lift characteristics, ie, a first cam 152, a second cam 154, and a third cam 156, so as to rotate integrally. A rocker arm set 160 supported by a rocker shaft 170 is provided between these cams and the burned gas introduction valve 31b. The rocker arm set 160 is an aggregate of three types of rocker arms, a first rocker arm 162, a second rocker arm 164, and a third rocker arm 166. A valve abutting portion 163 and an adjusting screw 161 for finely adjusting the axial direction position are provided at the tip of the first rocker arm 162. The valve abutting portion 163 is at an appropriate position at the burned gas introduction valve 31b. It contacts the upper end of the valve shaft. The second rocker arm 164 and the third rocker arm 166 are provided with springs (not shown) so as to press the rocker arms against the second cam 154 and the third cam 156. Therefore, when each rocker arm of the rocker arm set 160 is movable independently as shown in the figure, the upper surface of each rocker arm abuts on the outer periphery of the first cam 152, the second cam 154, and the third cam 156, The rocker shaft 170 swings up and down according to the shape of the cam contact portion (the rotation radius of each cam).
[0095]
Inside the rocker arm set 160, five plungers are provided in two rows as will be described later (see FIG. 11. In FIG. 10, the fourth plunger hole 204, which is one of the plunger holes, is visible). By the movement of these plungers, the first rocker arm 162 can be integrated with and interlocked with the second rocker arm 164 or the third rocker arm 166. Inside the rocker shaft 170, a first hydraulic oil supply / discharge passage 172 and a second hydraulic oil supply / discharge passage 174 for introducing oil for hydraulically operating the plunger are provided.
[0096]
The first cam 152 is a valve stop cam and has an outer peripheral shape concentric with the camshaft 151. Therefore, when the upper surface of the first rocker arm 162 is always in contact with the outer peripheral surface of the first cam 152 (separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166), the first rocker arm 162 does not swing even if the camshaft 151 rotates. Does not move. That is, the burned gas introduction valve 31b and the like are stopped in a closed state.
[0097]
The second cam 154 is a low-load (or low-speed) cam, and includes a portion having the same outer peripheral shape as the first cam 152 and a portion having an outer peripheral shape protruding therefrom. Therefore, when the upper surface of the second rocker arm 164 is always in contact with the outer peripheral surface of the second cam 154 (separated from the third rocker arm 166 described later), a predetermined crank angle is generated along with the rotation of the cam shaft 151. Swings downward by a predetermined amount. At this time, if the first rocker arm 162 and the second rocker arm 164 are interlocked, the operation of the first rocker arm 162 is the same as the swing of the second rocker arm 164 by the second cam 154. That is, the burnt gas introduction valve 31b is opened by a predetermined amount at a predetermined time.
[0098]
The third cam 156 is a high-load (or high-speed) cam, and includes a portion having the same outer peripheral shape as the second cam 154 and a portion having an outer peripheral shape protruding therefrom. Therefore, the upper surface of the third rocker arm 166 is always in contact with the outer peripheral surface of the third cam 156 and swings downward by a predetermined amount at a predetermined crank angle as the camshaft 151 rotates. At this time, if the first rocker arm 162 and the third rocker arm 166 are interlocked, the operation of the first rocker arm 162 is the same as the swing of the third rocker arm 166 by the third cam 156. That is, the burned gas introduction valve 31b is opened by a predetermined amount at a predetermined time (the valve opening period includes a valve opening period when only the second rocker arm 164 is interlocked with the first rocker arm 162).
[0099]
FIG. 11 is an explanatory view showing the operation of five plungers provided inside the rocker arm set 160. 11A shows a state in which the first rocker arm 162 is separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, FIG. 11B shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked only with the second rocker arm 164, FIG. c) shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked with the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166.
[0100]
A first plunger hole 201 and a fourth plunger hole 204 are provided inside the first rocker arm 162. The first plunger hole 201 is a concave hole having a circular cross section that opens to the second rocker arm 164 side. A first hydraulic oil introduction passage 173 is led from a first hydraulic oil supply / discharge passage 172 to the bottom of the first plunger hole 201. A cylindrical first plunger 181 is fitted in the first plunger hole 201. The first plunger 181 slides smoothly in the first plunger hole 201 while sealing the hydraulic oil guided to the first hydraulic oil introduction path 173 on the outer peripheral surface thereof. The total length of the first plunger 181 is shorter than the depth of the first plunger hole 201.
[0101]
The fourth plunger hole 204 is a through hole that passes through the second rocker arm 164 side and the third rocker arm 166 side. A columnar fourth plunger 184 is fitted in the fourth plunger hole 204. The total length of the fourth plunger 184 is equal to the depth of the fourth plunger hole 204 (plate thickness of the first rocker arm 162). The fourth plunger 184 slides smoothly in the fourth plunger hole 204.
[0102]
A second plunger hole 202 and a fifth plunger hole 205 are provided inside the second rocker arm 164. The second plunger hole 202 is a concave hole having a circular cross section that opens to the first rocker arm 162 side, and has the same diameter as the first plunger hole 201. An air vent hole 206 is provided at the bottom of the second plunger hole 202, and the internal air pressure is kept at atmospheric pressure while releasing leaked oil. A second plunger 182 having a bottomed cylindrical shape and an outer diameter equal to that of the first plunger 181 is fitted in the second plunger hole 202. The second plunger 182 slides smoothly in the second plunger hole 202. The total length of the second plunger 182 is equal to the depth of the second plunger hole 202. The end of the second plunger 182 that contacts the first plunger 181 is formed in a spherical shape. A second plunger spring 187 is provided in the inner concave portion of the second plunger 182, and always biases the second plunger 182 toward the first plunger 181 side.
[0103]
The fifth plunger hole 205 is a concave hole having a circular cross section opened to the first rocker arm 162 side, and has the same diameter as the fourth plunger hole 204. An air vent hole 207 is provided at the bottom of the fifth plunger hole 205 to keep the internal atmospheric pressure at atmospheric pressure while allowing leaked oil to escape. A fifth plunger 185 having a bottomed cylindrical shape and an outer diameter equal to that of the fourth plunger 184 is fitted in the fifth plunger hole 205. The fifth plunger 185 slides smoothly in the fifth plunger hole 205. The total length of the fifth plunger 185 is shorter than the depth of the fifth plunger hole 205. The end of the fifth plunger 185 that contacts the fourth plunger 184 is formed in a spherical shape. A fifth plunger spring 189 is provided in the inner concave portion of the fifth plunger 185, and always biases the fifth plunger 185 toward the fourth plunger 184 side.
[0104]
A third plunger hole 203 is provided inside the third rocker arm 166. The third plunger hole 203 is a concave hole having a circular cross section that opens to the first rocker arm 162 side, and has the same diameter as the fourth plunger hole 204. A second hydraulic oil introduction passage 175 is led from the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 to the bottom of the third plunger hole 203. A third plunger 183 having a cylindrical shape and an outer diameter equal to that of the fourth plunger 184 is fitted in the third plunger hole 203. The third plunger 183 smoothly slides in the third plunger hole 203 while sealing the hydraulic oil guided to the second hydraulic oil introduction path 175 on the outer peripheral surface thereof. The total length of the third plunger 183 is equal to the depth of the third plunger hole 203. The end of the third plunger 183 that contacts the fourth plunger 184 is formed in a spherical shape.
[0105]
FIG. 11A shows a state in which the first rocker arm 162 is separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, and the hydraulic pressure is supplied to the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 (hereinafter referred to as hydraulic pressure ON). The hydraulic pressure is not supplied to the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 (hereinafter referred to as hydraulic pressure OFF). The first hydraulic oil introduction passage 173 guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is turned on, and the first plunger 181 is pressed to the right (in the direction of the arrow in the figure). The pressing force is larger than the urging force of the second plunger spring 187, and the first plunger 181 moves to the right together with the second plunger 182. Since the entire length of the second plunger 182 is equal to the depth of the second plunger hole 202, the contact point between the first plunger 181 and the second plunger 182 is in the mating surface between the first rocker arm 162 and the second rocker arm 164.
[0106]
On the other hand, since the second hydraulic oil introduction path 175 guided from the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 is turned off, the third plunger 183, the fourth plunger 184, and the fifth plunger 185 The plunger spring 189 is moved to the left (in the direction of the arrow in the figure) together by the urging force of the plunger spring 189. Since the entire length of the third plunger 183 is equal to the depth of the third plunger hole 203, the contact between the third plunger 183 and the fourth plunger 184 is in the mating surface between the first rocker arm 162 and the third rocker arm 166. Further, since the total length of the fourth plunger 184 is equal to the depth of the fourth plunger hole 204, the contact point between the fourth plunger 184 and the fifth plunger 185 is in the mating surface between the first rocker arm 162 and the second rocker arm 164.
[0107]
Thus, since the contact of each plunger exists in the mating surface of each rocker arm, the first rocker arm 162 is separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166. Therefore, the first rocker arm 162 is actuated by the first cam 152 in contact with the upper surface thereof, that is, the rocking stop around the rocker shaft 170 is stopped, and the burned gas introduction valve 31b is stopped in the closed state.
[0108]
FIG. 11B shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked only with the second rocker arm 164, and both the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 and the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 are turned off. ing. Since the first hydraulic oil introduction passage 173 guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is turned off, the first plunger 181 and the second plunger 182 are driven by the urging force of the second plunger spring 187. It has moved to the left (arrow direction in the figure). Since the entire length of the first plunger 181 is shorter than the depth of the first plunger hole 201, a part of the second plunger 182 enters the first plunger hole 201.
[0109]
On the other hand, since the second hydraulic oil introduction passage 175 guided from the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 is turned off, the third plunger 183, the fourth plunger 184, and the like, as in FIG. Is in the mating surface of the first rocker arm 162 and the third rocker arm 166, and the contact of the fourth plunger 184 and the fifth plunger 185 is in the mating surface of the first rocker arm 162 and the second rocker arm 164.
[0110]
Thus, when a part of the second plunger 182 enters the first plunger hole 201, the first rocker arm 162 is interlocked with the second rocker arm 164. Further, since the contact point between the third plunger 183 and the fourth plunger 184 is within the mating surface of the first rocker arm 162 and the third rocker arm 166, the first rocker arm 162 and the third rocker arm 166 are separated. ing. Accordingly, the first rocker arm 162 is operated by the second cam 154 that contacts the upper surface of the second rocker arm 164. That is, as the camshaft 151 rotates, the camshaft 151 swings downward by a predetermined amount at a predetermined crank angle to open and close the burned gas introduction valve 31b.
[0111]
FIG. 11C shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked with the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, and the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is turned off and the second hydraulic oil supply / discharge passage is shown. The passage 174 is hydraulically ON. Since the first hydraulic oil introduction passage 173 guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is turned off, a part of the second plunger 182 is formed in the first plunger hole as in FIG. 201.
[0112]
On the other hand, since the second hydraulic oil introduction path 175 guided from the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 is ON, the third plunger 183 is pressed to the right (in the direction of the arrow in the figure). The pressing force is larger than the urging force of the fifth plunger spring 189, and the third plunger 183 moves to the right together with the fourth plunger 184 and the fifth plunger 185. Since the total length of the fifth plunger 185 is shorter than the depth of the fifth plunger hole 205, a part of the fourth plunger 184 enters the fifth plunger hole 205, and a part of the third plunger 183 enters the fourth plunger hole 204. It has entered.
[0113]
Thus, a part of the second plunger 182 enters the first plunger hole 201 and a part of the third plunger 183 enters the fourth plunger hole 204, whereby the first rocker arm 162 and the third rocker arm 164 Interlocks with the rocker arm 166. Therefore, the first rocker arm 162 is actuated by the third cam 156 having the largest rotation radius that is in contact with the upper surface of the third rocker arm 166. That is, as the camshaft 151 rotates, the camshaft 151 swings downward by a predetermined amount at a predetermined crank angle to open and close the burned gas introduction valve 31b. The valve opening period is longer than that in the case of FIG.
[0114]
The cam switching mechanism 150 described above is for the burned gas introduction valve 31b and the burned gas discharge valve 32b, but the cam switching mechanism 150a (see FIG. 5) is also used for the succeeding cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a. 10 is shown in parentheses). However, in the cam switching mechanism 150a, the second cam 154 and the third cam 156 have the same shape. As shown in FIG. 10, the rocker arm set 160a that abuts against these cams includes a first rocker arm 162a, a second rocker arm 164a, and a third rocker arm 166a. In the cam switching mechanism 150a, the first rocker arm 162a is disconnected from the second rocker arm 164a and the third rocker arm 166a and the succeeding cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a are stopped in the closed state, and the first rocker arm 162a is stopped. In conjunction with the second rocker arm 164a and the third rocker arm 166a, the rotation of the second cam 154 and the third cam 156 switches to a state in which the subsequent cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a are opened and closed.
[0115]
FIG. 12 is an explanatory view showing the operation of the three plungers provided inside the rocker arm set 160a. 12A shows a state in which the first rocker arm 162 is separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, and FIG. 12B shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked with the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166. Indicates.
[0116]
The plunger structure in the rocker arm set 160a is such that the structure around the third plunger 183, the fourth plunger 184, and the fifth plunger 185 is provided among the plunger structures in the rocker arm set 160, and its detailed structure. Since the description of is duplicated with the description of the rocker arm set 160, a description thereof will be omitted. However, it differs from the rocker arm set 160 in that the first hydraulic oil introduction path 173a is guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 to the left end of the third plunger 183. Further, the second hydraulic oil supply / discharge passage 174 may be omitted if the structure can be omitted.
[0117]
FIG. 12A shows a state in which the first rocker arm 162 is separated from the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, and the first hydraulic fluid supply / discharge passage 172 is turned off. Since the first hydraulic oil introduction passage 173a guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is turned off, the third plunger 183, the fourth plunger 184, and the fifth plunger 185 include the fifth plunger spring. They are moved together to the left (in the direction of the arrow in the figure) by the biasing force of 189. Therefore, the contact between the third plunger 183 and the fourth plunger 184 is in the mating surface between the first rocker arm 162a and the third rocker arm 166a, and the contact between the fourth plunger 184 and the fifth plunger 185 is between the first rocker arm 162a and the first rocker arm 162a. It is in the mating surface with the second rocker arm 164a.
[0118]
Thus, since the contact of each plunger exists in the mating surface of each rocker arm, the first rocker arm 162a is separated from the second rocker arm 164a and the third rocker arm 166a. For this reason, the first rocker arm 162a is actuated by the first cam 152 in contact with the upper surface thereof, that is, swinging around the rocker shaft 170 is stopped, and the burned gas introduction valve subsequent cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a are closed. Stop in the valve state.
[0119]
FIG. 12B shows a state in which the first rocker arm 162 is interlocked with the second rocker arm 164 and the third rocker arm 166, and the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is hydraulically ON. Since the first hydraulic oil introduction passage 173a guided from the first hydraulic oil supply / discharge passage 172 is in the hydraulic pressure ON state, the third plunger 183 is pressed to the right (in the direction of the arrow in the figure). The pressing force is larger than the urging force of the fifth plunger spring 189, and the third plunger 183 moves to the right together with the fourth plunger 184 and the fifth plunger 185. Therefore, a part of the fourth plunger 184 enters the fifth plunger hole 205, and a part of the third plunger 183 enters the fourth plunger hole 204.
[0120]
In this way, a part of the fourth plunger 184 enters the fifth plunger hole 205 and a part of the third plunger 183 enters the fourth plunger hole 204, whereby the first rocker arm 162 and the second rocker arm 164 Interlocks with 3 rocker arms 166. Accordingly, the first rocker arm 162 is operated by the second cam 154 and the third cam 156 (same shape) that are in contact with the upper surfaces of the second rocker arm 164a and the third rocker arm 166a. That is, as the camshaft 151 rotates, the camshaft 151 swings downward by a predetermined amount at a predetermined crank angle to open and close the burned gas introduction valve 31b.
[0121]
FIG. 13 shows the configuration of the drive and control system of this embodiment. The first control valve 176 and the second control valve 177 control the first hydraulic fluid and the second hydraulic fluid guided to the first hydraulic fluid supply / discharge passage 172 and the second hydraulic fluid supply / discharge passage 174 (hydraulic ON) / OFF) is a control valve. The cam switching mechanism 150 is provided in the burned gas introduction valve 31b and the burned gas discharge valve 32b, and the cam switching mechanism 150a is provided in the subsequent cylinder intake valve 31a and the preceding cylinder exhaust valve 32a.
[0122]
The ECU 40a is different from the ECU 40 of the first embodiment in that a cam switching control unit 190 is provided instead of the valve stop mechanism control unit 42 and the cam phase control unit 49.
[0123]
The cam switching control means 190 controls the first control valve 176 and the second control valve 177 in accordance with the special operation mode and the normal operation mode, or in accordance with the operation state, so that the cam switching mechanism 150 and the cam switching mechanism 150a are controlled. Is controlled as follows.
[0124]
Among special operation modes, low load and low speed areas:
・ First hydraulic pressure-OFF, second hydraulic pressure-OFF
The leading cylinder exhaust valve 32a and the trailing cylinder intake valve 31a are stopped (FIG. 12 (a)).
・ Burn gas discharge valve 32b, burnt gas introduction valve 31b
Operating state by the second cam 154 (low speed cam) (FIG. 11B)
Among special operation modes, high-load and high-speed areas:
・ First hydraulic pressure -OFF, second hydraulic pressure -ON
The leading cylinder exhaust valve 32a and the trailing cylinder intake valve 31a are stopped (FIG. 12 (a)).
・ Burn gas discharge valve 32b, burnt gas introduction valve 31b
Operation state by the third cam 156 (high-speed cam) (FIG. 11C)
Normal operation mode:
・ First hydraulic pressure -ON, second hydraulic pressure -OFF
・ The leading cylinder exhaust valve 32a and the trailing cylinder intake valve 31a
Operating state by the second cam 154 and the third cam 156 (FIG. 12B)
The burned gas discharge valve 32b and the burned gas introduction valve 31b are stopped (FIG. 11 (a)).
[0125]
Next, the operation of the apparatus of the present embodiment will be described, but description of portions overlapping with those of the first embodiment will be omitted. FIG. 14 is an explanatory view showing in detail the intake / exhaust stroke portion of the present embodiment. FIG. 14A shows the case of a relatively low-load low-rotation region (region A1 in FIG. 4) in the operation state in which the special operation mode is performed, and FIG. This is the case of the region (region A2 in FIG. 4). Other notation methods are based on FIG.
[0126]
In the upper part of FIG. 14 (a), the burned gas discharge valve opening period 230 (shown by hatching) in which the burned gas discharge valve 32b of the preceding cylinders 2A and 2D is opened, and the preceding cylinder intake valve 31 are opened. And a valve opening period 231 of the preceding cylinder intake valve. The lower stage shows a valve opening period 232 of the succeeding cylinder exhaust valve in which the succeeding cylinder exhaust valve 32 of the succeeding cylinders 2B and 2C is opened, and a valve opening period 233 of the burned gas introduction valve (indicated by hatching). Also, immediately after the burned gas discharge valve opening period 230 and the burned gas introduction valve opening period 233, the burned gas discharge valve opening period 250 and the burned gas introduction valve opening period 253, which will be described later, are provided. (All are in the special operation mode and relatively high rotation and high load) are shown by a two-dot chain line for reference. Such switching of the valve opening / closing timing is performed by the cam switching mechanisms 150 and 150a and the cam switching control means 190. The opening period 231 of the leading cylinder intake valve is set from about 10 ° CA before TDC to about 55 ° CA after BDC (total of about 245 ° CA). This is a general setting value for a conventional engine. On the other hand, the open period 233 of the burned gas introduction valve is set from about TDC to BDC (total of about 180 ° CA). Further, the valve opening period 232 of the subsequent cylinder exhaust valve is set from about 45 ° CA before BDC to about 10 ° CA after TDC (total about 235 ° CA).
[0127]
That is, the interval (about 0 ° CA) between the trailing cylinder intake stroke bottom dead center 247 and the burned gas introduction valve closing timing 248 is equal to the preceding cylinder intake stroke bottom dead center 242 and the preceding cylinder intake valve closing timing 243. Is set to be shorter than the interval (about 55 ° CA). The burned gas introduction valve opening period 233 is shorter than the preceding cylinder intake valve opening period 231 and the subsequent cylinder exhaust valve opening period 232. Thus, in the succeeding cylinders 2B and 2C, the open period 233 of the burnt gas introduction valve is set short, and the closing timing 248 of the burnt gas introduction valve is set early and close to BDC. There is no or short period during which the burned gas introduction valve 31b is open even when the piston 3 has risen past the BDC. For this reason, the effective compression ratio increases and approaches the geometric compression ratio. As the effective compression ratio increases, the in-cylinder temperatures of the succeeding cylinders 2B and 2C are likely to rise, and the compression ignitability is increased.
[0128]
The open period 230 of the burned gas discharge valve is set from about 45 ° CA before BDC to about 20 ° CA before TDC (total of about 205 ° CA). Therefore, the closing timing 241 of the burned gas discharge valve is set to be about 20 ° CA advance from the closing timing 248 of the burned gas introduction valve (corresponding to TDC in the preceding cylinders 2A and 2D). This is earlier than a general set value (about 50 ° CA after TDC) of a conventional engine. By closing the burned gas discharge valve 32b early, the internal EGR of the preceding cylinders 2A, 2D increases, and the burned gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B, 2C rises.
[0129]
Since the valve opening period 232 of the subsequent cylinder exhaust valve is set from about 45 ° CA before BDC to about 10 ° CA after TDC (total of about 235 ° CA), the subsequent cylinder exhaust valve 32 is dead due to the subsequent cylinder exhaust stroke. At point 244, the valve is open. On the other hand, the opening timing 246 of the burned gas introduction valve is set so as to be approximately the top dead center 245 of the subsequent cylinder intake stroke. That is, the opening timing 246 of the burned gas introduction valve is set to the succeeding cylinder intake stroke top dead center 245 while the succeeding cylinder exhaust valve 32 is opened to the succeeding cylinder exhaust stroke top dead center 244. . For this reason, since the valve overlap in the vicinity of the top dead center 244 of the subsequent cylinder exhaust stroke is shortened, the burned gas introduced into the subsequent cylinders 2B and 2C is directly discharged to the exhaust passage 20 through the subsequent cylinder exhaust valve 32. In other words, so-called blow-through is prevented, and the effective compression rate of the succeeding cylinders 2B and 2C can be increased.
[0130]
As described above, the effective compression ratio of the succeeding cylinders 2B and 2C is increased, and the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is increased by increasing the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C. To improve compression ignitability. By doing in this way, the operation area | region which can perform the combustion by compression ignition is expanded to the area | region of a low load.
[0131]
FIG. 14B is an explanatory diagram in the case of a relatively high load and high speed region (region A2 in FIG. 4). In the upper stage, the burned gas discharge valve opening period 250 (shown by a mesh) in which the burned gas discharge valves 32b of the preceding cylinders 2A and 2D are opened, and the opening period 231 of the preceding cylinder intake valve (see FIG. ) And common). The lower stage includes a valve opening period 232 for the subsequent cylinder exhaust valve (common to FIG. 14A) and a valve opening period 253 for the burned gas introduction valve for opening the burnt gas introduction valve 31b (shown by a mesh). Show. Further, immediately after the burned gas discharge valve opening period 250 and the burned gas introduction valve opening period 253, the burned gas discharge valve opening period 230 and the burned gas introduction valve of FIG. A two-dot chain line indicates the valve opening period 233 as a reference.
[0132]
The open period 253 of the burned gas introduction valve is set from about 10 ° CA before TDC to about 55 ° CA after BDC. That is, the burned gas introduction valve is opened 10 ° CA early and closed 55 ° later with respect to the open period 233 of the burned gas introduction valve in the low load low rotation region. Accordingly, the effective compression ratio of the subsequent cylinders 2B and 2C is smaller than that in the case of FIG. 14A, and the in-cylinder temperature of the subsequent cylinders 2B and 2C is decreased.
[0133]
The open period 250 of the burned gas discharge valve is set from about 45 ° CA before BDC to about 10 ° CA after TDC. That is, it is about 30 ° CA longer than the open period 230 of the burned gas discharge valve in FIG. For this reason, the internal EGR of the preceding cylinders 2A and 2D is smaller than that in the case of FIG. 14A, and the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C is lowered.
[0134]
As described above, the effective compression ratio of the succeeding cylinders 2B and 2C is reduced, and the in-cylinder temperature of the succeeding cylinders 2B and 2C is lowered by lowering the burnt gas temperature introduced into the succeeding cylinders 2B and 2C. The occurrence of abnormal combustion such as knocking is prevented. By doing in this way, the operation area | region which can perform the combustion by compression ignition is expanded to the area | region of a higher load.
[0135]
Note that the patterns shown in FIGS. 14A and 14B do not limit each valve opening period and valve opening timing, and may be appropriately changed within the scope of the claims. For example, the closing timing 248 of the burned gas introduction valve in FIG. 14A may be set to be slightly delayed from the bottom dead center 247 of the subsequent cylinder intake stroke. Other specific set values may be set to suitable values according to the required characteristics of the engine.
[0136]
In the present embodiment, the structure is such that there are a mixture of three types of cam switching, two types of cam switching, and no cam switching according to the location of the intake / exhaust valve and the respective functions. However, the combination is not limited to this, and for example, three types of cams may be switched by making three types of cams and the rocker arm set 160 correspond to all valves. The valve opening period 231 of the preceding cylinder intake valve and the valve opening period 232 of the subsequent cylinder exhaust valve, which are unchanged in the second embodiment, may be changed by cam switching.
[0137]
The present invention is not limited to the first and second embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims. For example, the means for changing the opening / closing timing of each valve as required is not limited to a mechanism for changing the phase of the camshaft as in the first embodiment or a mechanism for switching the cam as in the second embodiment. There is no limitation as long as the setting shown in the claims can be obtained.
[0138]
The present invention is not limited to a four-cylinder engine, and may be applied to a six-cylinder or more engine in which a pair of cylinders composed of a preceding cylinder and a succeeding cylinder is suitably combined in three or more pairs.
[0139]
【The invention's effect】
As described above, in the control device of the present invention, the burned gas discharged from the preceding cylinder, which is the cylinder on the exhaust stroke side, is directly taken in between the pair of cylinders where the exhaust stroke and the intake stroke overlap at least in the low load and low rotation range. The gas flow path is configured in a two-cylinder connection state in which the exhaust gas discharged from the subsequent cylinder is introduced into the subsequent cylinder, which is the stroke side cylinder, via the inter-cylinder gas path, and is guided to the exhaust path. When the cylinder is connected, combustion is performed by forced ignition with a lean air-fuel ratio that is a predetermined amount larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the preceding cylinder, and in the succeeding cylinder, the lean air-fuel ratio introduced from the preceding cylinder is reduced. Combustion control means for controlling the combustion of each cylinder so as to supply fuel to the burned gas and perform combustion by compression ignition, and at least the two-cylinder connected state In addition, a preceding cylinder intake valve that introduces fresh air into the preceding cylinder and a burned gas introduction valve that introduces burned gas into the succeeding cylinder from the inter-cylinder gas passage are provided so that the two cylinders are connected. Among the regions, at least in a predetermined region on the low load side, the interval between the intake stroke bottom dead center of the subsequent cylinder and the closing timing of the burned gas introduction valve is set to the intake stroke bottom dead center of the preceding cylinder and the preceding stroke. It is characterized by being set to be shorter than the interval between the cylinder intake valve and the valve closing timing, so it is possible to ensure exhaust purification performance with only a three-way catalyst, while reducing lean combustion and pumping loss, etc. By obtaining a fuel efficiency improvement effect and expanding a driving range where the contribution is high, a greater fuel efficiency improvement effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an entire engine including an apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an engine body and the like.
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation region.
FIG. 5 is a diagram showing an exhaust stroke, an intake stroke, a fuel injection timing, an ignition timing, and the like of each cylinder.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing substantial fresh air and gas flow paths during low load and low rotation.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a substantial fresh air and gas flow path when in an operation region on a high load, high and low rotation side.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the opening / closing timing of the intake / exhaust valve in the special operation mode of the first embodiment. FIG. 8A shows a relatively low load and low rotation, and FIG. The case of high load rotation is shown.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing opening and closing timings of intake and exhaust valves in a normal operation mode.
FIG. 10 is a partial perspective view showing a cam switching mechanism of a second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating plunger operation for three types of cam switching mechanisms in the second embodiment.
FIG. 12 is a plunger operation explanatory view for two types of cam switching mechanisms in the second embodiment.
FIG. 13 is a block diagram of a control system of a second embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the opening / closing timing of the intake / exhaust valve in the special operation mode of the second embodiment, where (a) shows a relatively low load and low rotation, and (b) shows a relatively high value. The case of high load rotation is shown.
[Explanation of symbols]
1 Engine body
2A, 2D 1st and 4th cylinders (preceding cylinder)
2B, 2C 2nd and 3rd cylinders (following cylinders)
9 Fuel injection valve
11 Intake port
11, 11a, 11b Intake port
12, 12a, 12b Exhaust port
15 Intake passage
20 Exhaust passage
22 Gas passage between cylinders
31 Leading cylinder intake valve
31a Subsequent cylinder intake valve
31b Burned gas introduction valve
32 Successive cylinder exhaust valve
32a Lead cylinder exhaust valve
32b Burned gas discharge valve
33a, 34a Cam phase variable mechanism
40, 40a ECU
42 Valve stop mechanism control means
44 Combustion control means
49 Cam phase control means
150 Cam switching mechanism
160 Rocker arm set
190 Cam switching control means

Claims (8)

各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、
上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、
少なくとも上記2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とが閉弁しており、
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
In a multi-cylinder spark ignition engine in which each cylinder performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference,
At least in the low load and low rotation range, between the pair of cylinders where the exhaust stroke and the intake stroke overlap, the burned gas discharged from the preceding cylinder which is the cylinder on the exhaust stroke side is directly between the cylinders in the subsequent cylinder which is the cylinder on the intake stroke side The gas flow path is configured in a two-cylinder connection state in which exhaust gas introduced through the gas passage and exhausted from the subsequent cylinder is guided to the exhaust passage,
When the two cylinders are connected, combustion is performed by forced ignition in a state where the preceding cylinder has a lean air-fuel ratio that is a predetermined amount larger than the theoretical air-fuel ratio, and in the subsequent cylinder, the lean air introduced from the preceding cylinder is performed. Combustion control means for controlling the combustion of each cylinder so as to supply a quantity of fuel substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio to the burned gas of the fuel ratio and to cause combustion by compression ignition ;
A preceding cylinder intake valve that introduces fresh air into the preceding cylinder, a preceding cylinder exhaust valve that discharges exhaust gas from the preceding cylinder to the exhaust passage, and an existing cylinder that introduces burned gas into the subsequent cylinder from the inter-cylinder gas passage. A fuel gas introduction valve and a subsequent cylinder intake valve for introducing fresh air into the subsequent cylinder,
At least when the two cylinders are connected, new air is introduced into the preceding cylinder by opening the preceding cylinder intake valve , and the burnt gas introduction valve is opened to open the space between the cylinders. While burned gas is introduced from the gas passage to the subsequent cylinder, the preceding cylinder exhaust valve and the subsequent cylinder intake valve are closed,
Among the operating regions in which the two cylinders are connected, at least in a predetermined region on the low load side, the interval between the intake stroke bottom dead center of the succeeding cylinder and the closing timing of the burnt gas introduction valve is the same as that of the preceding cylinder. A control device for a spark ignition type engine, characterized in that it is set to be shorter than an interval between an intake stroke bottom dead center and a closing timing of the preceding cylinder intake valve.
少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記後続気筒排気弁を、上記後続気筒の排気行程上死点までは開弁しつつ、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記後続気筒の吸気行程上死点となるように設定されている
ことを特徴とする請求項1記載の火花点火式エンジンの制御装置。
A succeeding cylinder exhaust valve that exhausts exhaust gas from the succeeding cylinder when at least the two cylinders are connected;
The burned gas introduction valve is opened while the succeeding cylinder exhaust valve is opened to the top dead center of the exhaust stroke of the succeeding cylinder in at least a predetermined region on the low load side in the operation region in which the two cylinders are connected. 2. The spark ignition engine control apparatus according to claim 1, wherein the valve opening timing is set to be the top dead center of the intake stroke of the subsequent cylinder.
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御装置。  Of the operating range in which the two cylinders are connected, in the predetermined region on the high load side, the closing timing of the burned gas introduction valve is set to be behind the timing when the closed gas in the predetermined region on the low load side. 3. The spark ignition engine control device according to claim 1, wherein the control device is a spark ignition engine. 上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、高負荷高回転側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期が、低負荷低回転側の所定領域にあるときの該時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御装置。  Of the operating region in which the two cylinders are connected, in a predetermined region on the high load high rotation side, the timing for closing the burned gas introduction valve is higher than that in the predetermined region on the low load low rotation side. 3. The spark ignition engine control device according to claim 1, wherein the control device is set to a delay side. 少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、
上記2気筒接続状態となる運転領域において、上記既燃ガス排出弁の閉弁時期が、上記既燃ガス導入弁の閉弁時期よりも進み側に設定されるとともに、
上記既燃ガス排出弁の開弁期間と上記既燃ガス導入弁の開弁期間とをそれぞれ個別に一定の所定値としつつ、
少なくともエンジン負荷に応じて、上記既燃ガス排出弁の開弁時期と上記既燃ガス導入弁の開弁時期とが、その時期差を一定に保ちながら前後に変動するように設定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置。
A burned gas discharge valve for discharging the burned gas of the preceding cylinder into the inter-cylinder gas passage when at least the two cylinders are connected;
In the operation region in which the two-cylinder connection state is established, the closing timing of the burned gas discharge valve is set to a more advanced side than the closing timing of the burned gas introduction valve,
While the opening period of the burned gas discharge valve and the opening period of the burned gas introduction valve are each individually set to a predetermined value,
The opening timing of the burned gas discharge valve and the opening timing of the burned gas introduction valve are set so as to fluctuate back and forth while keeping the timing difference constant according to at least the engine load. The control device for a spark ignition type engine according to any one of claims 1 to 4.
各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっている多気筒の火花点火式エンジンにおいて、
少なくとも低負荷低回転域で、排気行程と吸気行程が重なる一対の気筒間において排気行程側の気筒である先行気筒から排出される既燃ガスがそのまま吸気行程側の気筒である後続気筒に気筒間ガス通路を介して導入され、この後続気筒から排出される排ガスが排気通路に導かれるような2気筒接続状態にガス流通経路を構成するとともに、
上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒では理論空燃比よりも所定量大きいリーン空燃比とした状態で強制点火により燃焼を行わせ、上記後続気筒では、先行気筒から導入されたリーン空燃比の既燃ガスに実質的に理論空燃比となるような量の燃料を供給するとともに圧縮着火により燃焼を行わせるように各気筒の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
上記先行気筒に新気を導入する先行気筒吸気弁と、当該先行気筒から上記排気通路に排ガスを排出する先行気筒排気弁と、上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスを導入する既燃ガス導入弁と、上記後続気筒に新気を導入する後続気筒吸気弁とを備え、
少なくとも上記2気筒接続状態にあるときには、上記先行気筒吸気弁が開弁することで上記先行気筒に新気が導入されるとともに、上記既燃ガス導入弁が開弁することで上記気筒間ガス通路から上記後続気筒に既燃ガスが導入される一方、上記先行気筒排気弁と上記後続気筒吸気弁とが閉弁しており、
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が上記先行気筒吸気弁の開弁期間よりも短く、かつ上記後続気筒の吸気行程下死点と上記既燃ガス導入弁の閉弁時期との間隔が、上記先行気筒の吸気行程下死点と上記先行気筒吸気弁の閉弁時期との間隔よりも短くなるように設定されていることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
In a multi-cylinder spark ignition engine in which each cylinder performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference,
At least in the low load and low rotation range, between the pair of cylinders where the exhaust stroke and the intake stroke overlap, the burned gas discharged from the preceding cylinder which is the cylinder on the exhaust stroke side is directly between the cylinders in the subsequent cylinder which is the cylinder on the intake stroke side The gas flow path is configured in a two-cylinder connection state in which exhaust gas introduced through the gas passage and exhausted from the subsequent cylinder is guided to the exhaust passage,
When the two cylinders are connected, combustion is performed by forced ignition in a state where the preceding cylinder has a lean air-fuel ratio that is a predetermined amount larger than the theoretical air-fuel ratio, and in the subsequent cylinder, the lean air introduced from the preceding cylinder is performed. Combustion control means for controlling the combustion of each cylinder so as to supply a quantity of fuel substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio to the burned gas of the fuel ratio and to cause combustion by compression ignition ;
A preceding cylinder intake valve that introduces fresh air into the preceding cylinder, a preceding cylinder exhaust valve that discharges exhaust gas from the preceding cylinder to the exhaust passage, and an existing cylinder that introduces burned gas into the subsequent cylinder from the inter-cylinder gas passage. A fuel gas introduction valve and a subsequent cylinder intake valve for introducing fresh air into the subsequent cylinder,
At least when the two cylinders are connected, new air is introduced into the preceding cylinder by opening the preceding cylinder intake valve , and the burnt gas introduction valve is opened to open the space between the cylinders. While burned gas is introduced from the gas passage to the subsequent cylinder, the preceding cylinder exhaust valve and the subsequent cylinder intake valve are closed,
Of the operation region where the above-mentioned two-cylinder connected condition in a predetermined area of at least the low-load side, shorter than the open period of the upper Symbol preceding cylinders intake valve open period of said burnt gas introduction valve, and the following cylinder The interval between the intake stroke bottom dead center and the burned gas introduction valve closing timing is shorter than the interval between the intake stroke bottom dead center of the preceding cylinder and the closing timing of the preceding cylinder intake valve. A control device for a spark ignition engine characterized by being set.
少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記後続気筒の排ガスを排出する後続気筒排気弁が設けられ、
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁期間が、上記後続気筒排気弁の開弁期間よりも短くなるように設定されていることを特徴とする請求項6記載の火花点火式エンジンの制御装置。
A succeeding cylinder exhaust valve that exhausts exhaust gas from the succeeding cylinder when at least the two cylinders are connected;
Of the operating region in which the two cylinders are connected, at least in a predetermined region on the low load side, the open period of the burned gas introduction valve is set to be shorter than the open period of the subsequent cylinder exhaust valve. The control device for a spark ignition engine according to claim 6.
少なくとも上記2気筒接続状態にあるときに、上記先行気筒の既燃ガスを上記気筒間ガス通路に排出する既燃ガス排出弁が設けられ、  A burned gas discharge valve for discharging burned gas of the preceding cylinder to the inter-cylinder gas passage when at least the two cylinders are connected;
上記2気筒接続状態となる運転領域のうち、少なくとも低負荷側の所定領域において、上記既燃ガス導入弁の開弁時期が、上記既燃ガス排出弁の開弁時期よりも遅れ側に設定されていることを特徴とする請求項6に記載の火花点火式エンジンの制御装置。  In at least a predetermined region on the low load side of the operation region in which the two cylinders are connected, the opening timing of the burned gas introduction valve is set to be delayed from the opening timing of the burned gas discharge valve. The spark ignition engine control device according to claim 6, wherein the control device is a spark ignition engine.
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