JP6848917B2 - Engine control - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンの制御装置に関する。 The present invention includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, an intake passage through which intake air introduced into the combustion chamber flows, and an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows, and contains gasoline. The present invention relates to an engine control device in which fuel is supplied to the combustion chamber and a mixture of the fuel and air is burned in the combustion chamber.
従来、エンジンの分野では、ノッキングが発生するのを防止するために種々の検討が行われている。ノッキングは、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高い条件下において、燃焼室の外周部等で局所的に燃料と空気との混合気が自着火して燃焼室内の圧力が急上昇する現象である。ノッキングが生じると、騒音が増大するとともにピストン等の損傷を招くおそれがある。そのため、ノッキングを防止することが求められている。 Conventionally, in the field of engines, various studies have been conducted to prevent knocking from occurring. Knocking is a phenomenon in which the air-fuel mixture locally ignites locally at the outer periphery of the combustion chamber or the like under the condition that the engine load is high and the temperature in the combustion chamber is high, and the pressure in the combustion chamber rises sharply. When knocking occurs, noise may increase and damage to the piston and the like may occur. Therefore, it is required to prevent knocking.
例えば、特許文献1には、エンジン本体にノッキングを検出するためのノックセンサを設け、ノックセンサでノッキングが検出されると、点火時期を遅角させるエンジンが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an engine in which a knock sensor for detecting knocking is provided in the engine body, and when knocking is detected by the knock sensor, the ignition timing is retarded.
点火時期を遅角させれば燃焼に伴って燃焼室内の温度が高くなる時期を圧縮上死点からより遅角側にすることができ、燃焼中の温度を低く抑えてノッキングを抑制することができる。しかし、点火時期を単純に遅角しただけでは、エンジントルクが低下する、つまり、燃費性能が悪化する。 By retarding the ignition timing, the time when the temperature in the combustion chamber rises with combustion can be set to the retard side from the compression top dead center, and the temperature during combustion can be kept low to suppress knocking. it can. However, if the ignition timing is simply retarded, the engine torque will decrease, that is, the fuel efficiency will deteriorate.
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ノッキングを防止しつつ燃費性能を良好にできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an engine control device capable of improving fuel efficiency while preventing knocking.
前記課題を解決するために、本願発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がEGRガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するEGR通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室内の混合気に所定の点火時期で点火を行う点火手段と、前記点火手段を制御する制御手段とを備え、前記気筒の幾何学的圧縮比は15以上に設定されており、前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するような点火時期を前記点火手段の基本点火時期として設定するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記EGRガス量の割合をEGR率として求めかつ当該EGR率から既定の目標EGR率を差し引いたEGR率ずれ量を算出し、算出したEGR率ずれ量が大きいほど前記基本点火時期から遅角側に大きくずれるように補正された補正後点火時期で前記点火手段に点火を行わせる、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention presents a cylinder in which a combustion chamber is formed, an intake passage through which intake air introduced into the combustion chamber flows, and an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows. And the EGR passage communicating the intake passage and the exhaust passage so that a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage returns to the intake passage as EGR gas , and the fuel containing gasoline burns. An ignition means that controls an engine in which a mixture of fuel and air supplied to a chamber and burns in the combustion chamber, and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber at a predetermined ignition timing, and the ignition means. The geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more, and the control means is such that the engine is operated in a high load region where the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. when, together with the air-fuel mixture is set to such ignition timing to start combustion at top dead center after a compression as a basic ignition timing of the ignition means, EGR rate ratio of the EGR gas amount to the total gas amount in the combustion chamber The EGR rate deviation amount is calculated by subtracting the predetermined target EGR rate from the EGR rate, and the larger the calculated EGR rate deviation amount is, the larger the deviation is corrected from the basic ignition timing to the retard side. A control device for an engine, characterized in that the ignition means is ignited at an ignition timing (claim 1).
この構成によれば、気筒の幾何学的圧縮比が15以上と高く、さらに、高負荷領域でエンジンが運転されていることで、燃焼室内の温度が非常に高くなるときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される。そのため、混合気の燃焼を圧縮上死点前で開始させて気筒内の温度・圧力が高くなる圧縮上死点で混合気を燃焼させる場合に比べて、燃焼室内の温度・圧力を低く抑えることができる。従って、幾何学的圧縮比を15以上として燃費性能を高めつつ、高負荷領域においてノッキングが発生するのを防止することができる。 According to this configuration, the geometric compression ratio of the cylinder is as high as 15 or more, and the engine is operated in a high load region, so that the air-fuel mixture is compressed when the temperature in the combustion chamber becomes very high. The ignition means is controlled so that combustion starts after top dead center. Therefore, the temperature and pressure in the combustion chamber should be kept low compared to the case where the combustion of the air-fuel mixture is started before the compression top dead center and the air-fuel mixture is burned at the compression top dead center where the temperature and pressure in the cylinder become high. Can be done. Therefore, it is possible to prevent knocking from occurring in a high load region while improving fuel efficiency by setting the geometric compression ratio to 15 or more.
しかも、この構成では、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、EGR率ずれ量(EGR率から目標EGR率を差し引いた値)が大きいほど点火時期が遅角側に補正される。そのため、点火時期の遅角量を少なく抑えて燃費性能の悪化を抑制しながら、ノッキングの発生をより確実に防止することができる。 Moreover, in this configuration, the EGR rate deviation amount (EGR rate deviation amount) under operating conditions in which the engine is operated in a high load region and the ignition means is controlled so that the air-fuel mixture starts combustion after the compression top dead center. The larger the value obtained by subtracting the target EGR rate from the EGR rate, the more the ignition timing is corrected to the retard side. Therefore, it is possible to more reliably prevent the occurrence of knocking while suppressing the amount of retardation of the ignition timing to be small and suppressing the deterioration of fuel efficiency performance.
具体的には、本願発明者らは、ノッキングを防止するために鋭意研究を行った結果、前記のような運転条件下では、EGR率が高い場合の方が低い場合よりもノッキングが生じやすいことを突き止めた。 Specifically, as a result of diligent research to prevent knocking, the inventors of the present application have found that under the above-mentioned operating conditions, knocking is more likely to occur when the EGR rate is high than when it is low. I found out.
詳細には、既燃ガスであるEGRガスは空気に比べて比熱が大きい。そのため、前記燃焼室内の全ガス量に対するEGRガス量の割合であるEGR率が高い方が混合気の燃焼速度は低くなる。従って、EGR率が高いときの方が低いときよりもノッキングが抑制されると推測された。実際に、混合気が圧縮上死点よりも前に開始する燃焼形態ではEGR率が高い方がノッキングは発生しにくい。ところが、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときには、EGR率が高い場合の方が低い場合よりもノッキングが生じやすいことが分かった。これは、次の理由によると考えられる。すなわち、圧縮上死点を過ぎると、ピストンの低下に伴って燃焼室内のガスは膨張して降温していく。しかし、前記のようにEGRガスはその比熱が大きい。そのため、EGR率が高くEGRガスの割合が多い方が、前記の降温量は少なく抑えられる。これより、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときは、EGR率が高くEGRガスの割合が多い方が圧縮上死点以降において燃焼室内がより高温に維持されることになり、ノッキングが発生しやすくなると考えられる。 Specifically, EGR gas , which is a burnt gas, has a higher specific heat than air. Therefore, the higher the EGR ratio, which is the ratio of the amount of EGR gas to the total amount of gas in the combustion chamber, the lower the combustion rate of the air-fuel mixture. Therefore, it was speculated that knocking was suppressed when the EGR rate was high than when it was low. In fact, in the combustion mode in which the air-fuel mixture starts before the compression top dead center, knocking is less likely to occur when the EGR rate is higher. However, it was found that when the combustion of the air-fuel mixture was started after the compression top dead center, knocking was more likely to occur when the EGR rate was high than when it was low. This is considered to be due to the following reasons. That is, after passing the compression top dead center, the gas in the combustion chamber expands and cools down as the piston lowers. However, as described above, the EGR gas has a large specific heat. Therefore, the higher the EGR rate and the higher the proportion of EGR gas , the smaller the amount of temperature decrease. From this, when the combustion of the air-fuel mixture is started after the compression top dead center, the higher the EGR rate and the larger the proportion of EGR gas , the higher the temperature of the combustion chamber is maintained after the compression top dead center. , It is considered that knocking is likely to occur.
従って、前記のように、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、EGR率ずれ量が大きいほど点火時期を遅角側に補正すれば、EGR率が高くノッキングが生じやすいときには点火時期をより遅くすることでノッキングを確実に防止できるとともに、EGR率が低くノッキングが生じにくいときには点火時期が比較的進角側の時期とされることで点火時期の遅角に伴う燃費性能の悪化を抑制できる。 Therefore, as described above, the EGR rate deviation amount is under the operating conditions in which the engine is operated in the high load region and the ignition means is controlled so that the air-fuel mixture starts combustion after the compression top dead point. If the ignition timing is corrected to the retard side as the EGR rate is large, knocking can be reliably prevented by delaying the ignition timing when the EGR rate is high and knocking is likely to occur, and the ignition timing is when the EGR rate is low and knocking is unlikely to occur. However, it is possible to suppress the deterioration of fuel efficiency due to the retardation of the ignition timing by setting the timing to the advance side.
前記構成において、エンジンの制御装置は、前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第1検出手段と、前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第2検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記EGR率を算出するとともに、算出した前記EGR率から前記目標EGR率を差し引くことにより前記EGR率ずれ量を算出するのが好ましい(請求項2)。 In the above configuration, the engine control device has a first detecting means for detecting the amount of intake air introduced into the combustion chamber through the intake passage, and an exhaust oxygen concentration which is an oxygen concentration of exhaust gas flowing through the exhaust passage. The control means calculates the EGR rate based on the detected intake amount and the exhaust oxygen concentration when the engine is operated in the high load region. At the same time, it is preferable to calculate the EGR rate deviation amount by subtracting the target EGR rate from the calculated EGR rate (claim 2).
前記構成において、エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備えていてもよく、前記EGR通路は、前記吸気マニホールドの1か所に接続されていてもよい(請求項3)。 In the above configuration, the engine may include the plurality of cylinders, the plurality of ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber of each cylinder, and the intake manifold for distributing the intake air to each cylinder. well, the EGR passage may be connected in one place of the intake manifold (claim 3).
また、本発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がEGRガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するEGR通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室内の混合気に点火を行う点火手段と、前記混合気の燃焼中に当該混合気を冷却するための冷媒を前記燃焼室内に噴射する冷媒噴射手段と、前記点火手段と前記冷媒噴射手段とを制御する制御手段とを備え、前記気筒の幾何学的圧縮比は15以上に設定されており、前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように前記点火手段を制御するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記EGRガス量の割合をEGR率として求めかつ当該EGR率から既定の目標EGR率を差し引いたEGR率ずれ量を算出し、算出したEGR率ずれ量が大きいほど前記冷媒噴射手段による前記冷媒の噴射量を多くする、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する(請求項4)。 Further, in the present invention, the cylinder in which the combustion chamber is formed, the intake passage through which the intake air introduced into the combustion chamber flows, the exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the combustion chamber flows, and the exhaust passage are provided. An EGR passage that communicates the intake passage and the exhaust passage so that a part of the circulated exhaust gas returns to the intake passage as EGR gas is provided, and fuel containing gasoline is supplied to the combustion chamber. A device that controls an engine in which a mixture of fuel and air burns in the combustion chamber, in order to ignite the mixture in the combustion chamber and to cool the mixture during combustion of the mixture. The exhaust gas injection means for injecting the exhaust gas into the combustion chamber and the control means for controlling the ignition means and the refrigerant injection means are provided, and the geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more. The control means controls the ignition means so that the air-fuel mixture starts combustion after the compression top dead point when the engine is operated in a high load region where the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. the calculated percentage of the EGR gas amount to the total gas amount in the combustion chamber as the EGR rate and from the EGR rate default to calculate the EGR ratio deviation amount obtained by subtracting the target EGR rate, the larger the calculated EGR rate deviation amount refrigerant The engine control device is provided, which comprises increasing the injection amount of the refrigerant by the injection means (claim 4).
この構成においても、気筒の幾何学的圧縮比は15以上と高く且つ高負荷領域でエンジンが運転されていることで燃焼室内の温度が非常に高くなるときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される。そのため、幾何学的圧縮比を15以上として燃費性能を高めつつ、高負荷領域においてノッキングが発生するのを防止できる。また、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、EGR率ずれ量(EGR率から目標EGR率を差し引いた値)が大きいほど燃焼室内に噴射される冷媒の量が多くされて、EGR率ずれ量が大きいほど冷媒によって燃焼室内の温度がより大きく低減される。そのため、EGR率が高いときにノッキングの発生を確実に防止できるとともに、EGR率が低いときには冷媒による燃焼室内の温度低下を抑制できて燃費性能の悪化を抑制できる。 Even in this configuration, the geometric compression ratio of the cylinder is as high as 15 or more, and when the temperature in the combustion chamber becomes extremely high due to the engine being operated in the high load region, the air-fuel mixture is compressed after top dead center. The ignition means is controlled so as to start combustion at. Therefore, it is possible to prevent knocking from occurring in a high load region while improving fuel efficiency by setting the geometric compression ratio to 15 or more. In addition, under operating conditions in which the engine is operated in a high load region and the ignition means is controlled so that the air-fuel mixture starts combustion after the compression top dead center, the amount of EGR rate deviation (target from the EGR rate). and the amount of refrigerant minus the EGR rate) is injected into the more the combustion chamber larger multi rot, the temperature in the combustion chamber is reduced more greatly by the refrigerant as the EGR ratio deviation amount is large. Therefore, when the EGR rate is high, knocking can be reliably prevented, and when the EGR rate is low, the temperature drop in the combustion chamber due to the refrigerant can be suppressed, and the deterioration of fuel efficiency can be suppressed.
前記構成において、エンジンの制御装置は、前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第1検出手段と、前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第2検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記EGR率を算出するとともに、算出した前記EGR率から前記目標EGR率を差し引くことにより前記EGR率ずれ量を算出するのが好ましい(請求項5)。 In the above configuration, the engine control device has a first detecting means for detecting the amount of intake air introduced into the combustion chamber through the intake passage, and an exhaust oxygen concentration which is an oxygen concentration of exhaust gas flowing through the exhaust passage. The control means calculates the EGR rate based on the detected intake amount and the exhaust oxygen concentration when the engine is operated in the high load region. At the same time, it is preferable to calculate the EGR rate deviation amount by subtracting the target EGR rate from the calculated EGR rate (claim 5).
前記構成において、エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備えていてもよく、前記EGR通路は、前記吸気マニホールドの1か所に接続されていてもよい(請求項6)。 In the above configuration, the engine may include the plurality of cylinders, the plurality of ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber of each cylinder, and the intake manifold for distributing the intake air to each cylinder. well, the EGR passage may be connected in one place of the intake manifold (claim 6).
前記構成において、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、前記冷媒噴射手段によって前記冷媒を前記燃焼室に噴射させるとき、前記燃焼室内で生じた熱発生量が1燃焼サイクル中に前記燃焼室内で生じる全熱発生量の10%以上且つ50%以下となる時期に前記冷媒が噴射されるように前記冷媒噴射手段を制御するのが好ましい(請求項7)。 In the above configuration, in the control means, when the engine is operated in the high load region and the refrigerant is injected into the combustion chamber by the refrigerant injection means, the amount of heat generated in the combustion chamber is 1. It is preferable to control the refrigerant injection means so that the refrigerant is injected at a time when the total heat generated in the combustion chamber is 10% or more and 50% or less during the combustion cycle (claim 7).
この構成によれば、冷媒によって効果的にノッキングを抑制することができる。 According to this configuration, knocking can be effectively suppressed by the refrigerant.
前記構成において、前記高負荷領域でエンジンが運転されているときの目標EGR率は、例えば、20%以下とされる(請求項8)。 In the above configuration, the target EGR rate when the engine is operating in the high load region is, for example, 20% or less (Claim 8).
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、ノッキングを防止しつつ燃費性能を良好にできる。 As described above, according to the engine control device of the present invention, it is possible to improve fuel efficiency while preventing knocking.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明のエンジンの制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気を排出するための排気通路30とを備える。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine system to which the control device of the engine of the present invention is applied. The engine system of the present embodiment includes a 4-stroke engine main body 1, an
エンジン本体1は、例えば、4つの気筒2が図1の紙面と直交する方向に直列に配置された直列4気筒エンジンである。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体1は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体1は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
The engine body 1 is, for example, an in-line 4-cylinder engine in which four
エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復動(上下動)可能に嵌装されたピストン5とを有する。
The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a
ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。燃焼室6はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド4の下面で構成される燃焼室6の天井面は吸気側および排気側の2つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン5の冠面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹ませたキャビティが形成されている。なお、ここでは、ピストン5の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒2の内側空間のうちピストン5の冠面と燃焼室6の天井面との間の空間を、燃焼室6という。
A
エンジン本体1の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積との比は、燃費性能が高くなるように、15以上20以下(例えば17程度)であってガソリンエンジンの幾何学的圧縮比としては高い値に設定されている。
The geometric compression ratio of the engine body 1, that is, the ratio of the volume of the
シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気を気筒2(燃焼室6)内に導入するための吸気ポート9と、気筒2内で生成された排気を排気通路30に導出するための排気ポート10とが形成されている。これら吸気ポート9と排気ポート10とは、気筒2毎にそれぞれ2つずつ形成されている。
The
シリンダヘッド4には、各吸気ポート9の気筒2側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁11と、各排気ポート10の気筒2側の開口をそれぞれ開閉する排気弁12とが設けられている。
The
シリンダヘッド4には、燃料を噴射するインジェクタ14が設けられている。インジェクタ14は、噴射口が形成された先端部が燃焼室6の天井面の中央付近に位置して燃焼室6の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ14は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン5の冠面に向かって、気筒2の中心軸を中心としたコーン状(詳しくはホローコーン状)に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角(噴霧角)は、例えば90°〜100°である。なお、インジェクタ14の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。
The
インジェクタ14は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室6内に噴射する。インジェクタ14の噴射圧は、エンジン負荷が高くノッキングが発生しやすい領域では、30MPa以上に高められ、インジェクタ14から高圧で燃料が噴射される。なお、この噴射圧は、最大で70MPa程度まで高められるのが好ましい。この場合は、エンジン前記の荷域において30MPa〜70Maの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。
The
シリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気を点火するための点火プラグ(点火手段)13が設けられている。点火プラグ13の先端には、火花を放電して混合気を点火し混合気に点火エネルギーを付与する電極が形成されている。点火プラグ13は、その先端が燃焼室6の天井面の中央付近に位置して燃焼室6の中央を臨むように配置されている。
The
吸気通路20には、上流側から順に、エアクリーナ21と、吸気通路20を開閉するためのスロットルバルブ22とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ22は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路20を遮断する。
The
排気通路30には、排気を浄化するための浄化装置31が設けられている。浄化装置31は、例えば、三元触媒を内蔵している。
The
排気通路30には、排気通路30を通過する排気ガスつまり既燃ガスの一部をEGRガスとして吸気通路20に還流するためのEGR装置40が設けられている。EGR装置40は、吸気通路20のうちスロットルバルブ22よりも下流側の部分と排気通路30のうち浄化装置31よりも上流側の部分とを連通するEGR通路41、および、EGR通路41を開閉するEGRバルブ42を有する。また、本実施形態では、EGR通路41に、これを通過するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ43が設けられており、EGRガスはEGRクーラ43にて冷却された後吸気通路20に還流される。
The
図2は、エンジン本体1の概略図である。この図2に示されるように、サージタンク23からは各気筒2に対してそれぞれ独立吸気通路24が延びている。吸気通路20内の吸気は、これら独立吸気通路24を介してサージタンク23から各気筒2に分配される。より詳細には、サージタンク23として機能する空間と独立吸気通路24とが内側に形成された吸気マニホールド200がエンジン本体1に連結されており、吸気はこの吸気マニホールド200内で各気筒2に分配される。
FIG. 2 is a schematic view of the engine body 1. As shown in FIG. 2, an
EGR通路41は、吸気通路20のうち独立吸気通路24よりも上流側の部分で吸気通路20に接続されている。本実施形態では、吸気マニホールド200の1か所に接続されている。これに伴い、EGRガスは吸気通路20(吸気マニホールド200)に導入された後に各気筒2に分配される。より詳細には、EGR通路41は、気筒配列方向についてサージタンク23の一方側の端部(図2の例では第4気筒側の端部)に接続されている。EGR通路41を通過したEGRガスは、各独立吸気通路24を介してサージタンク23から各気筒2に分配される。
The
(2)制御系統
(2−1)システム構成
図3は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段)100によって統括的に制御される。PCM100は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
(2) Control system (2-1) System configuration FIG. 3 is a block diagram showing an engine control system. The engine system of this embodiment is collectively controlled by a PCM (powertrain control module, control means) 100. As is well known, the
車両には各種センサが設けられており、PCM100はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック3には、エンジン回転数を検出するクランク角センサSN1が設けられている。また、吸気通路20には、これを通って各気筒2に吸入される空気量を検出するエアフローセンサSN2(第1検出手段)が設けられている。また、シリンダヘッド4には、燃焼室6内の圧力を検出する筒内圧センサSN3が設けられている。筒内圧センサSN3は、各気筒2にそれぞれ1つずつ設けられている。また、排気通路30には、排気通路30を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出するための排気O2センサSN4(第2検出手段)が設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN5が設けられている。
Various sensors are provided in the vehicle, and the
PCM100は、これらセンサSN1〜SN5等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、点火プラグ13、インジェクタ14、スロットルバルブ22、EGRバルブ42等のエンジンの各部を制御する。
The
(2−2)基本制御
図4は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とした制御マップである。
(2-2) Basic Control FIG. 4 is a control map in which the horizontal axis is the engine speed and the vertical axis is the engine load.
本実施形態では、エンジン回転数が基準回転数N1未満の領域では、点火アシストによる圧縮自着火燃焼(SPCCI燃焼、SPCCI:SPark Controlled Compression Ignition)が実施される。圧縮自着火燃焼では、まず、圧縮上死点(TDC)よりも前にインジェクタ14から燃焼室6内に燃料が噴射される。この燃料は圧縮上死点付近までに空気と混合する。燃焼室6に形成されたこの混合気に、圧縮上死点付近において点火プラグ13から放電が行われる。これにより、点火プラグ13周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ13周りから周囲に火炎が伝播していき、周囲の混合気が昇温されて自着火する。
In the present embodiment, in the region where the engine speed is less than the reference speed N1, compression self-ignition combustion (SPCCI combustion, SPCCI: Spark Control Compression Ignition) by ignition assist is carried out. In compression self-ignition combustion, first, fuel is injected from the
一方、エンジン回転数が基準回転数N1以上の領域では、混合気を所望の時期に自着火させることが困難になるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるSI燃焼(火花点火燃焼、SI:Spark Ignition)が実施される。SI燃焼は、混合気のほぼ全体を火炎伝播によって燃焼させる燃焼形態であり、圧縮上死点付近において点火プラグ13から放電が行われて、点火プラグ13周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ13周りから周囲に火炎が伝播していき、残りの混合気が火炎伝播によって強制的に燃焼する。SI燃焼においても、燃料は、圧縮上死点(TDC)よりも前にインジェクタ14から燃焼室6内に噴射される。
On the other hand, in the region where the engine speed is N1 or higher, it becomes difficult to self-ignite the air-fuel mixture at a desired time. Therefore, SI combustion (spark ignition combustion, SI: Spark) adopted in a normal gasoline engine Ignition) is carried out. SI combustion is a combustion form in which almost the entire air-fuel mixture is burned by flame propagation. Discharge is performed from the
全負荷(アクセル開度が全開とされる領域)では、要求されるエンジントルクに対応する多量の空気を燃焼室6に導入するためにEGRバルブ42は全閉とされる。一方、燃焼速度および燃焼温度を低下させてNOxの低減を図るべく、全負荷を除く領域の全域では、EGRバルブ42が開弁されて燃焼室6内にEGRガスが導入される。すなわち、EGRガスは既燃ガスであり空気に比べて比熱が大きいため、EGRガスを燃焼室6内に導入すれば混合気の燃焼速度を低下させて燃焼温度を低くでき、これによりNOxを低減できる。
At full load (region where the accelerator opening is fully open), the
PCM100は、エンジンの運転状態に基づいて、燃焼室6内の全ガス量に対する既燃ガス量(EGRガス量)の割合であるEGR率の目標値を設定し、このEGR率が実現されるようにEGRバルブ42の開度を変更する。本実施形態では、エンジン回転数とエンジン負荷とについてEGR率の目標値である目標EGR率が予め設定されてマップで記憶されており、PCM100は、このマップから目標EGR率を抽出する。本実施形態では、後述する高速高負荷領域A1の各運転ポイントの目標EGR率は20%以下の値に設定されている。
The PCM100 sets a target value of the EGR rate, which is the ratio of the amount of burned gas (the amount of EGR gas) to the total amount of gas in the
吸気弁11の開閉時期は、少なくとも後述する高速高負荷領域A1を含みエンジン負荷が高い領域では、有効圧縮比が幾何学的圧縮比との差が2以下となるように設定されている。
The opening / closing timing of the
このように、幾何学的圧縮比および有効圧縮比が高い値に設定されていることで、エンジン負荷が高く且つエンジン回転数が高い領域では、圧縮端温度・圧力が非常に高くなる。そのため、この領域で燃焼を圧縮上死点前に開始させると、ノッキングが生じたり燃焼時の筒内圧が過度に高くなる。そこで、PCM100は、エンジン負荷が高く且つエンジン回転数が高い領域では、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように制御する。具体的には、PCM100は、エンジン回転数が基準回転数N1以上でSI燃焼が行われる領域のうちエンジン負荷が基準負荷Tq1以上の領域において、点火時期を混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始する時期に設定する。
By setting the geometric compression ratio and the effective compression ratio to high values in this way, the compression end temperature and pressure become extremely high in the region where the engine load is high and the engine speed is high. Therefore, if combustion is started before the compression top dead center in this region, knocking occurs or the in-cylinder pressure during combustion becomes excessively high. Therefore, the
(2−3)ノック回避用点火制御
次に、エンジン回転数が基準回転数N1以上且つエンジン負荷が基準負荷Tq1以上で全負荷を除く高速高負荷領域A1にて実施されるノック回避用点火制御について説明する。
(2-3) Knock avoidance ignition control Next, knock avoidance ignition control is performed in the high-speed high load region A1 where the engine speed is the reference speed N1 or more and the engine load is the reference load Tq1 or more and the full load is excluded. Will be described.
(ノック回避用点火制御の概要)
高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときは、前記のように、圧縮端温度・圧力が非常に高くなることで、ノッキングが発生しやすい。点火時期を遅角側の時期とすれば、燃焼を緩慢にしてノッキングの発生を防止できる。しかし、点火時期を遅角側の時期にすると要求されているエンジントルクを得られない(燃費性能が悪化する)。
(Overview of ignition control for knock avoidance)
When the engine is operating in the high-speed high-load region A1, knocking is likely to occur because the compression end temperature and pressure become extremely high as described above. If the ignition timing is set to the retard side, combustion can be slowed down and knocking can be prevented. However, if the ignition timing is set to the retard side, the required engine torque cannot be obtained (fuel efficiency deteriorates).
高速高負荷領域A1においてより高いエンジントルクを得ることができ且つノッキングの発生を防止できる点火時期について調べた結果、本願発明者らは、ノック強度とEGR率とに高い相関があることを突き止めた。ノック強度とは、筒内圧波形に含まれる所定の周波数以上の波形の振幅の最大値である。なお、本実施形態および請求項において、ノッキングが発生するというのは、ノッキングが厳密に発生するということに限らず、ノック強度がエンジンの信頼性の観点から許容される許容値よりも高いということも含む。 As a result of investigating the ignition timing that can obtain a higher engine torque and prevent the occurrence of knocking in the high-speed and high-load region A1, the inventors of the present application have found that there is a high correlation between the knock strength and the EGR rate. .. The knock intensity is the maximum value of the amplitude of the waveform contained in the in-cylinder pressure waveform and having a predetermined frequency or higher. In the present embodiment and the claims, the occurrence of knocking does not mean that knocking occurs strictly, but that the knock strength is higher than the permissible value from the viewpoint of engine reliability. Also includes.
具体的には、前記のように、EGR率が高い方が混合気の燃焼温度は低くなる。そのため、EGR率が高いときの方が低いときよりもノッキングを抑制できるのと推測された。実際に、混合気が圧縮上死点よりも前に開始する燃焼形態ではEGR率が高い方がノッキングは発生しにくい。ところが、図5に示すように、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときには、EGR率が高い場合の方が低い場合よりもノック強度が高くなりノッキングが生じやすいことが分かった。図5は、着火時期(燃焼開始時期)を変化させたときのノック強度を示したグラフであって、図のX1はEGR率が10%程度のときのノック強度、図のX2はEGR率が0%のときのノック強度である。 Specifically, as described above, the higher the EGR rate, the lower the combustion temperature of the air-fuel mixture. Therefore, it was speculated that knocking could be suppressed when the EGR rate was high than when it was low. In fact, in the combustion mode in which the air-fuel mixture starts before the compression top dead center, knocking is less likely to occur when the EGR rate is higher. However, as shown in FIG. 5, it was found that when the combustion of the air-fuel mixture was started after the compression top dead center, the knock strength was higher when the EGR rate was high than when it was low, and knocking was more likely to occur. .. FIG. 5 is a graph showing the knock strength when the ignition timing (combustion start timing) is changed. X1 in the figure shows the knock strength when the EGR rate is about 10%, and X2 in the figure shows the EGR rate. Knock strength at 0%.
前記現象が生じるのは、次の理由によると考えられる。すなわち、圧縮上死点を過ぎると、ピストン5の低下に伴って燃焼室6内のガスは膨張して降温する。しかし、比熱の大きいEGRガスが多量に燃焼室6内に存在していると、降温量が少なく抑えられて燃焼室6内の温度は高く維持される。これより、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときは、EGR率が高い方がノッキングが発生しやすくなる、また、ノック強度が高くなると考えられる。特に、燃焼の開始時期が圧縮上死点後10°CA程度〜20°CA程度においてEGR率が高い方が燃焼室6内の温度は高くなりやすい。
It is considered that the above phenomenon occurs due to the following reasons. That is, when the compression top dead center is passed, the gas in the
ここで、各気筒2に導入されるEGRガスの量は均一ではなく、各気筒2のEGRガス量ひいてはEGR率は気筒間でばらつく。特に、本実施形態では、前記のように、EGR通路41がサージタンク23の気筒配列方向の一方端に接続されていることで、EGR率(EGRガス量)の気筒間のばらつきは大きくなる。具体的には、気筒配列方向の一方側の気筒2の方が他方側の気筒2よりもEGR率(EGRガス量)は大きくなりやすい。そのため、ノッキングの発生を防止可能な範囲で最も進角側の点火時期、つまり、ノッキングを発生させることなく高いエンジントルクを得ることのできる点火時期は、各気筒2で異なる。
Here, the amount of EGR gas introduced into each
そこで、本実施形態では、各気筒2のEGR率の比率を学習し、これに基づいて、高速高負荷領域A1の各運転ポイントについて、気筒2毎にその基本的な点火時期である基本点火時期を設定する。高速高負荷領域A1において、各気筒2で、それぞれ設定された前記の基本点火時期で点火を行えば、基本的に、ノッキングを発生させることなく高いエンジントルクを得ることが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, the ratio of the EGR rate of each
ただし、車両の加速等に伴ってエンジンの運転ポイントが変化したときは、EGRガスの遅れに伴って実際のEGR率がその運転ポイントで実現されるべき値つまり目標EGR率からずれる場合がある。そして、この場合は、点火時期を前記の基本点火時期としても、ノッキングが生じるおそれ、または、エンジントルクが目標値よりも低くなるおそれがある。 However, when the driving point of the engine changes due to the acceleration of the vehicle or the like, the actual EGR rate may deviate from the value to be realized at the driving point, that is, the target EGR rate due to the delay of the EGR gas. In this case, even if the ignition timing is set as the basic ignition timing, knocking may occur or the engine torque may be lower than the target value.
そこで、本実施形態では、実際のEGR率と目標EGR率とがずれているときは、EGR率が高いときの方が低いときよりも点火時期が遅角側となるように基本点火時期を補正する。 Therefore, in the present embodiment, when the actual EGR rate and the target EGR rate deviate from each other, the basic ignition timing is corrected so that the ignition timing is on the retard side when the EGR rate is high and when it is low. To do.
(基本点火時期の設定)
図6のフローチャートを用いて、基本点火時期の設定の詳細を説明する。
(Setting of basic ignition timing)
The details of setting the basic ignition timing will be described with reference to the flowchart of FIG.
PCM100は、ステップS1において、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量、排気酸素濃度等を読み込む。 The PCM100 reads various engine information in step S1. For example, the engine speed, accelerator opening, intake amount, exhaust oxygen concentration, etc. are read.
ステップS1の後はステップS2に進む。ステップS2では、PCM100は、吸気量と、吸気に含まれる二酸化炭素の量から、各気筒2のEGR率の平均値(以下、平均EGR率という)を算出する。前記の二酸化炭素の量は、吸気量と排気酸素濃度等から求められる。
After step S1, the process proceeds to step S2. In step S2, the
ステップS2の後は、ステップS3に進む。ステップS3では、PCM100は、エンジン回転数から、各気筒2の燃焼行程で生じるエンジントルクをそれぞれ算出する。
After step S2, the process proceeds to step S3. In step S3, the
ステップS3の後は、ステップS4に進む。ステップS4では、PCM100は、ステップS2で算出した平均EGR率、ステップS3で算出した各気筒2のエンジントルク、吸気量に基づいて各気筒2のEGR率をそれぞれ推定する。例えば、エンジントルクが大きい方がEGR率は小さいと推定する。
After step S3, the process proceeds to step S4. In step S4, the
ステップS4の後は、ステップS5に進む。ステップS5では、ステップS4で推定した各気筒のEGR率から、各気筒2に分配されるEGRガス量の比率つまり各気筒のEGR率の比率(以下、EGR率の気筒間比率という)を算出する。ここで、各気筒2に分配されるEGRガス量の比率は、エンジン回転数およびエンジン負荷によらず一定であり、ステップS1〜S5は、エンジンの始動後等において1回行われればよい。
After step S4, the process proceeds to step S5. In step S5, the ratio of the amount of EGR gas distributed to each
ステップS5の後は、ステップS6に進む。ステップS6では、PCM100は、予め設定されて記憶している高速高負荷領域A1の各運転ポイントの初期点火時期を、ステップS5で算出したEGR率の気筒間比率を用いて補正して、各気筒2の基本点火時期を算出する。このとき、PCM100は、EGR率の比率が大きく分配されるEGRガス量の比率が大きい気筒2の方が小さい気筒2よりも、すなわち、EGR率が大きい気筒2の方が小さい気筒2よりも、基本点火時期が遅角側の時期となるように基本点火時期を設定する。
After step S5, the process proceeds to step S6. In step S6, the
本実施形態では、PCM100には、エンジン回転数とエンジン負荷とについて予め設定された初期点火時期のマップが記憶されている。ステップS6では、PCM100は、このマップのうち高速高負荷領域A1の初期点火時期の各値をそれぞれEGR率の気筒間比率を用いて補正して、各気筒について、エンジン回転数とエンジン負荷とに対する基本点火時期のマップを作成する。
In the present embodiment, the
このようにして、本実施形態では、EGR率の気筒間ばらつきに対応するEGR率の気筒間比率が学習されて、高速高負荷領域A1における各気筒2の基本点火時期が、EGR率が大きい気筒2の方が小さい気筒2よりも遅角側となるようにそれぞれ設定される。
In this way, in the present embodiment, the inter-cylinder ratio of the EGR rate corresponding to the variation between the cylinders of the EGR rate is learned, and the basic ignition timing of each
(基本点火時期の補正)
図7のフローチャートを用いて、基本点火時期の補正の詳細を説明する。
(Correction of basic ignition timing)
The details of the correction of the basic ignition timing will be described with reference to the flowchart of FIG. 7.
PCM100は、ステップS10において、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量、排気酸素濃度等を読み込む。また、PCM100は、別途エンジン回転数等に基づいて設定した目標EGR率を読み込む。
The PCM100 reads various engine information in step S10. For example, the engine speed, accelerator opening, intake amount, exhaust oxygen concentration, etc. are read. Further, the
ステップS10の後はステップS11に進む。ステップS11では、PCM100は、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているか否かを判定する。この判定がNOであって高速高負荷領域A1でエンジンが運転されていないときは、ステップS16に進む。ステップS16では、PCM100は、前記の初期点火時期のマップから現在のエンジン回転数およびエンジン負荷に対応する初期点火時期を抽出し、この初期点火時期に点火プラグ13によって点火を行わせる。
After step S10, the process proceeds to step S11. In step S11, the
一方、ステップS11の判定がYESであって高速高負荷領域A1でエンジンが運転されている場合は、ステップS12に進む。ステップS12では、PCM100は、排気酸素濃度や吸気量等に基づいて平均EGR率を算出する。
On the other hand, if the determination in step S11 is YES and the engine is operating in the high-speed high-load region A1, the process proceeds to step S12. In step S12, the
ステップS12の後はステップS13に進む。ステップS13では、PCM100は、平均EGR率から目標EGR率を差し引いてこれらの差(以下、EGR率ずれ量という)を算出する。
After step S12, the process proceeds to step S13. In step S13, the
ステップS13の後は、ステップS14に進む。ステップS14では、PCM100は、ステップS13で算出したEGR率ずれ量に基づいて各気筒2の基本点火時期をそれぞれ補正して、各気筒2について補正後点火時期を算出する。このとき、EGR率ずれ量が大きいときの方が小さいときよりも補正後点火時期が遅角側となるように基本点火時期を補正する。
After step S13, the process proceeds to step S14. In step S14, the
具体的には、EGR率ずれ量が0より大きく、平均EGR率が目標EGR率よりも大きいときは、各気筒2の基本点火時期よりも遅角側の時期を補正後点火時期とする。そして、この遅角量(基本点火時期に対する補正後点火時期の遅角量)をEGR率ずれ量が大きいほど大きくする。例えば、PCM100は、予め設定されてPCM100に記憶されているEGR率ずれ量と前記の遅角量とのマップから、ステップS13で算出されたEGR率ずれ量に対応する遅角量を抽出して、各気筒の基本点火時期からこの遅角量だけ遅角させた時期を補正後点火時期に設定する。
Specifically, when the EGR rate deviation amount is larger than 0 and the average EGR rate is larger than the target EGR rate, the time on the retard side of the basic ignition timing of each
また、EGR率ずれ量が0より小さく、平均EGR率が目標EGR率よりも小さいときは、各気筒の基本点火時期よりも進角側の時期を補正後点火時期とする。そして、この進角量(基本点火時期に対する補正後点火時期の進角量)をEGR率ずれ量の絶対値が大きいほど大きくする。例えば、PCM100は、予め設定されてPCM100に記憶されているEGR率ずれ量の絶対値と前記の進角量とのマップから、ステップS13で算出されたEGR率ずれ量に対応する進角量を抽出して、各気筒の基本点火時期からこの進角量だけ進角させた時期を補正後点火時期に設定する。
When the EGR rate deviation amount is smaller than 0 and the average EGR rate is smaller than the target EGR rate, the timing on the advance side of the basic ignition timing of each cylinder is set as the corrected ignition timing. Then, this advance amount (advance amount of the corrected ignition timing with respect to the basic ignition timing) is increased as the absolute value of the EGR rate deviation amount is larger. For example, the
ステップS14の後は、ステップS15に進む。PCM100は、ステップS15において、点火プラグ13にステップS15で設定した補正後点火時期に点火を行わせて、処理を終了する(ステップS10に戻る)。
After step S14, the process proceeds to step S15. In step S15, the
(3)作用等
以上のように、本実施形態では、気筒の幾何学的圧縮比が15以上と高い値に設定されたガソリンエンジンにおいて、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火プラグ13を制御する。そのため、燃焼室6内の温度・圧力が過剰に高くなることおよびノッキングが発生するのを抑制できる。
(3) Action, etc. As described above, in the present embodiment, in the gasoline engine in which the geometric compression ratio of the cylinder is set to a high value of 15 or more, when the engine is operated in the high-speed and high-load region A1. , The
さらに、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときに、EGR率が高い気筒2の方が低い気筒2よりも点火時期が遅くされる。そのため、各気筒2の点火時期をそれぞれEGR率に応じた適切な点火時期、すなわち、エンジントルクを高くしつつノッキングを回避できる点火時期にできる。従って、ノッキングを抑制しつつ燃費性能を高めることができる。
Further, when the engine is operated in the high-speed and high-load region A1, the ignition timing of the
また、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときに、EGR率が目標EGR率からずれた場合において、各気筒2の点火時期がEGR率が高いときの方が低いときよりも遅くされる。そのため、EGR率が目標EGR率からずれても、各気筒2の点火時期を、EGR率に応じた適切な点火時期、すなわち、エンジントルクを高くしつつノッキングを回避できる点火時期にできる。従って、ノッキングを抑制しつつ燃費性能を高めることができる。
Further, when the engine is operating in the high-speed and high-load region A1 and the EGR rate deviates from the target EGR rate, the ignition timing of each
(4)第2実施形態
前記実施形態では、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときに、EGR率が高いときの方が低いときよりも点火時期を遅角側の時期とすることで、エンジントルクを確保しつつ(燃費性能を高めつつ)ノッキングを防止するようにした。この構成に代えて、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときに、EGR率によって点火時期を変更する制御は実施せず、ノック回避のための制御として、混合気の燃焼中に混合気を冷却するための冷媒を燃焼室6内に噴射する冷媒噴射制御を実施し、この冷媒の量をEGR率によって変更することでエンジントルクを確保しつつ(燃費性能を高めつつ)ノッキングを防止するように構成してもよい。この構成に係る第2実施形態について次に説明する。
(4) Second Embodiment In the above embodiment, when the engine is operating in the high-speed high-load region A1, the ignition timing is set to the retard side when the EGR rate is high and when it is low. So, I tried to prevent knocking while ensuring engine torque (improving fuel efficiency). Instead of this configuration, when the engine is operating in the high-speed, high-load region A1, the control to change the ignition timing according to the EGR rate is not performed, and as a control to avoid knocking, the mixture is mixed during combustion of the air-fuel mixture. Knocking is prevented while ensuring engine torque (improving fuel efficiency) by implementing refrigerant injection control that injects a refrigerant for cooling the air into the
第2実施形態では、前記冷媒として燃料が用いられて、これを燃焼室6内に噴射する冷媒噴射手段としてインジェクタ14が用いられる。これより、第2実施形態のエンジンの全体構成および制御系のシステム構成は、前述の(1)で説明した第1実施形態のエンジンの全体構成および(2−1)で説明した制御系のシステム構成と同じとされる。また、第2実施形態においても、(2−2)で説明した基本制御が実施される。
In the second embodiment, fuel is used as the refrigerant, and the
一方、第2実施形態では、第1実施形態に係る、EGR率の気筒間比率に基づいて各気筒の基本点火時期を設定する制御、および、基本点火時期の補正制御は実施されない。そして、第2実施形態では、前記のように、冷媒噴射制御が実施される。 On the other hand, in the second embodiment, the control for setting the basic ignition timing of each cylinder based on the inter-cylinder ratio of the EGR rate and the correction control for the basic ignition timing according to the first embodiment are not implemented. Then, in the second embodiment, the refrigerant injection control is carried out as described above.
図8は、高速高負荷領域A1でエンジンが運転されているときの燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。図8の実線に示すように、例えば、この領域A1では、冷媒噴射制御が実施されない通常時は、吸気行程の後期に1回だけ燃料噴射Q1が実施される。そして、圧縮上死点の近傍において(図8の例では圧縮上死点で)点火プラグ13により混合気に点火が行われる。燃料噴射Q1は、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射であり、この噴射量は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。
FIG. 8 is a diagram showing an example of fuel injection timing, ignition timing, and heat generation rate when the engine is operating in the high-speed high-load region A1. As shown by the solid line in FIG. 8, for example, in this region A1, the fuel injection Q1 is executed only once in the latter half of the intake stroke in the normal time when the refrigerant injection control is not executed. Then, the air-fuel mixture is ignited by the
これに対して、冷媒噴射制御が実施されたときは、図8の破線に示すように、メイン噴射Q1に係る燃料の燃焼が開始した後に、追加噴射Q2が実施される。なお、この燃焼は、高温酸化反応のことであり、追加噴射Q2は高温酸化反応が開始した後に実施される。 On the other hand, when the refrigerant injection control is executed, as shown by the broken line in FIG. 8, the additional injection Q2 is executed after the combustion of the fuel related to the main injection Q1 is started. This combustion is a high-temperature oxidation reaction, and the additional injection Q2 is carried out after the high-temperature oxidation reaction has started.
燃焼中の混合気に対して燃料が噴射されると、混合気の温度が低下してノッキングの発生は抑制される。特に、本実施形態では、高圧で燃料が噴射されることでノッキングの発生が効果的に抑制される。具体的には、ノッキングは、燃焼室6内において局所的に混合気が高温となることで発生する。これに対して、本実施形態では、混合気に高圧で燃料が噴射されるため、混合気を撹拌することができ局所的な高温場を消滅させることができる。
When fuel is injected into the combustion air-fuel mixture, the temperature of the air-fuel mixture drops and the occurrence of knocking is suppressed. In particular, in the present embodiment, the occurrence of knocking is effectively suppressed by injecting fuel at a high pressure. Specifically, knocking occurs when the air-fuel mixture locally becomes hot in the
また、本願発明者らは、この追加噴射Q2を、メイン噴射Q1によって生じる全熱発生量のうちの10%以上且つ50%以下の量の熱発生が生じたときに実施すると、最も効果的にノッキングの発生を抑制することができることを突き止めた。これより、追加噴射Q2の実施時期は、基本的に、メイン噴射Q1によって生じる全熱発生量のうちの10%以上且つ50%以下の量の熱発生が生じているとき(以下、適宜、最適追加噴射時期という)とされる。例えば、メイン噴射Q1によって生じる全熱発生量のうちの20%程度の量の熱発生が生じたときに、追加噴射Q2が実施される。具体的には、熱発生の割合が前記のようになるタイミングが予め実験等により求められてPCM100に記憶されており、PCM100は、この予め設定されたタイミングで追加噴射Q2を実施する。
Further, the inventors of the present application most effectively carry out this additional injection Q2 when 10% or more and 50% or less of the total heat generation amount generated by the main injection Q1 is generated. It was found that the occurrence of knocking can be suppressed. From this, the implementation time of the additional injection Q2 is basically when 10% or more and 50% or less of the total heat generation amount generated by the main injection Q1 is generated (hereinafter, appropriately, optimally). It is said to be the additional injection time). For example, the additional injection Q2 is performed when about 20% of the total heat generation amount generated by the main injection Q1 is generated. Specifically, the timing at which the heat generation rate becomes as described above is obtained in advance by an experiment or the like and stored in the
追加噴射Q2の噴射量(追加噴射Q2によって燃焼室6に噴射される燃料の量)は、メイン噴射Q1の量に比べて十分に少なく設定されている。本実施形態では、追加噴射Q2の量は、メイン噴射Q1の噴射量と追加噴射Q2の噴射量とを合わせた量つまり1燃焼サイクルで燃焼室6に噴射される燃料の総量の10%以下の量に設定されている。例えば、追加噴射Q2の噴射量は、燃料の総量の5%程度に設定されている。
The injection amount of the additional injection Q2 (the amount of fuel injected into the
図9は、冷媒噴射制御の流れを示したフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the flow of refrigerant injection control.
まず、ステップS30にて、PCM100は、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量等を読み込む。
First, in step S30, the
次に、ステップS31にて、PCM100は、第1実施形態と同様の手順で求めた平均EGR率が、第1実施形態と同様の手順で求めた目標EGR率より大きいか否かを判定する。この判定がNOであって平均EGR率が目標EGR以下のときは、そのまま処理を終了する(ステップS31に戻る)。一方、この判定がYESであって平均EGR率が目標EGR率より大きいときは、ステップS32に進む。
Next, in step S31, the
ステップS32では、PCM100は、平均EGR率から目標EGR率を差し引いてEGR率ずれ量を算出する。
In step S32, the
ステップS32の後はステップS33に進む。ステップS33では、PCM100は、EGR率ずれ量に基づいて追加噴射Q2の噴射量を決定する。このとき、EGR率ずれ量が大きいほど、つまり、平均EGR率が大きいほど、追加噴射Q2の噴射量を多くする。
After step S32, the process proceeds to step S33. In step S33, the
ステップS33の後はステップS34に進む。ステップS34では、PCM100は、追加噴射Q2を実施する。このとき、PCM100は、追加噴射Q2の噴射量をステップS33で決定した噴射量にする。ステップS34の後は処理を終了する(ステップS31に戻る)。
After step S33, the process proceeds to step S34. In step S34, the
ここで、第2実施形態では、各気筒2について追加噴射Q2の噴射量は同一とされ、各気筒2の燃焼室6内にステップS33で決定した量の燃料がそれぞれ追加噴射Q2によって噴射される。
Here, in the second embodiment, the injection amount of the additional injection Q2 is the same for each
(第2実施形態の作用等)
前記のように、第2実施形態では、平均EGR率が目標EGR率よりも大きいときに、追加噴射Q2を実施する。従って、実際のEGR率が、目標値つまり予め適正な値として設定されたEGR率よりも高く、ノッキングが発生しやすいときに、追加噴射Q2が実施される。そのため、ノッキングの発生をより確実に防止できる。
(Operation of the second embodiment, etc.)
As described above, in the second embodiment, the additional injection Q2 is performed when the average EGR rate is larger than the target EGR rate. Therefore, the additional injection Q2 is performed when the actual EGR rate is higher than the target value, that is, the EGR rate set as an appropriate value in advance, and knocking is likely to occur. Therefore, the occurrence of knocking can be prevented more reliably.
そして、第2実施形態では、追加噴射Q2を実施する場合において、追加噴射Q2の噴射量が平均EGR率つまり実際のEGR率が高いときの方が低いときよりも多くされる。そのため、実際のEGR率が高くノッキングが発生しやすい(ノック強度が高くなりやすい)ときに、多量の燃料を噴射して混合気の温度を低下させてノッキングをより確実に防止できる。また、実際のEGR率が比較的低くノッキングが発生しにくい(ノック強度が低く抑えられやすい)ときに、追加噴射Q2の噴射量を少なく抑えて追加噴射Q2による燃焼室6内の温度低下ひいてはエンジントルクの低下および燃費性能の大幅な悪化を抑制することができる。
Then, in the second embodiment, when the additional injection Q2 is carried out, the injection amount of the additional injection Q2 is larger when the average EGR rate, that is, the actual EGR rate is high than when it is low. Therefore, when the actual EGR rate is high and knocking is likely to occur (knock strength is likely to be high), a large amount of fuel is injected to lower the temperature of the air-fuel mixture to more reliably prevent knocking. Further, when the actual EGR rate is relatively low and knocking is unlikely to occur (knock strength is low and easily suppressed), the injection amount of the additional injection Q2 is suppressed to a small value, and the temperature in the
(5)第3実施形態
前記第2実施形態では、平均EGR率と目標EGR率との差に応じて追加噴射Q2の噴射量を決定し、各気筒2の燃焼室6内に同一量の燃料を追加噴射Q2によって噴射する場合について説明した。これに代えて、第1実施形態と同様に、EGR率の気筒間比率を算出し、このEGR率の気筒間比率と平均EGR率とに基づいて各気筒2の実際のEGR率を推定し、各気筒2の追加噴射Q2の噴射量を、それぞれ個別に、各気筒2の実際のEGR率と目標EGR率との差に応じて決定してもよい。そして、このときには、各気筒2の実際のEGR率が大きいときの方が低いときよりも各気筒の追加噴射Q2の噴射量を多くする。
(5) Third Embodiment In the second embodiment, the injection amount of the additional injection Q2 is determined according to the difference between the average EGR rate and the target EGR rate, and the same amount of fuel is charged in the
この構成によれば、各気筒2に、それぞれ実際のEGR率に応じた適切な量の燃料を追加噴射Q2によって噴射することができ、より一層確実にノッキングを防止できるとともに燃費性能の悪化をより一層確実に抑制できる。
According to this configuration, an appropriate amount of fuel according to the actual EGR rate can be injected into each
(第3実施形態の変形例)
また、前記構成に代えて、別途設けたノック強度を推定する手段によってノック強度を推定し、この推定値に基づいて追加噴射Q2の噴射量の基本値を決定し、この基本値とEGR率の気筒間比率(各気筒に分配されるEGRガス量の比率)とから、各気筒の追加噴射Q2の噴射量をそれぞれ個別に決定してもよい。ただし、このときにも、EGR率が大きい気筒2の方が追加噴射Q2の噴射量が多くなるようにする。
(Modified example of the third embodiment)
Further, instead of the above configuration, the knock intensity is estimated by a means for estimating the knock intensity separately provided, and the basic value of the injection amount of the additional injection Q2 is determined based on this estimated value, and the basic value and the EGR rate are determined. The injection amount of the additional injection Q2 of each cylinder may be individually determined from the inter-cylinder ratio (ratio of the amount of EGR gas distributed to each cylinder). However, even at this time, the injection amount of the additional injection Q2 is made larger in the
(6)変形例
前記第2、第3実施形態では、ノック回避のための制御として、メイン噴射Q1の後に燃焼室6に燃料を噴射する追加噴射Q2を実施する場合について説明したが、燃料の代わりに、混合気の温度を低減可能な他の冷媒を燃焼室6内に供給する構成としてもよい。この冷媒としては、水や排気ガスの一部が挙げられる。ただし、燃料を噴射する構成とすれば、インジェクタ14を利用してノック回避のための制御を実施することができるため、他の冷媒を噴射するための装置を別途設ける必要がなく、構造を簡素化できる。
(6) Modification Example In the second and third embodiments, a case where additional injection Q2 for injecting fuel into the
また、前記第2実施形態では、追加噴射Q2の噴射量(追加噴射によって燃焼室6に供給される燃料の量)を1サイクル中に燃焼室6に供給される燃料の総量の10%以下とした場合について説明したが、追加噴射Q2の噴射量は10%より大きくしてもよい。
Further, in the second embodiment, the injection amount of the additional injection Q2 (the amount of fuel supplied to the
ただし、追加噴射Q2の噴射量が多くなると、この燃料の気化に伴って燃焼室6内の温度が大幅に低下するおそれがある。また、燃料と空気との混合が不十分となりスモークが生じやすい。そのため、追加噴射Q2によって燃焼室6に供給される燃料の量は、前記のように設定されるのが好ましい。
However, if the injection amount of the additional injection Q2 is increased, the temperature in the
また、前記実施形態では、EGR率の気筒間比率(各気筒に分配されるEGRガス量の比率)を、各気筒の燃焼行程で生じるエンジントルクおよび吸気量等に基づいて算出した場合について説明した。これに代えて、各気筒に導入される吸気の酸素濃度あるいは二酸化炭素濃度をそれぞれ個別に測定して、この測定値に基づいて前記EGR率の気筒間比率を算出してもよい。例えば、各気筒に連通する独立吸気通路24にそれぞれ前記濃度を検出可能なセンサを設ける。
Further, in the above-described embodiment, a case where the inter-cylinder ratio of the EGR ratio (ratio of the amount of EGR gas distributed to each cylinder) is calculated based on the engine torque, the intake amount, etc. generated in the combustion stroke of each cylinder has been described. .. Instead of this, the oxygen concentration or carbon dioxide concentration of the intake air introduced into each cylinder may be measured individually, and the inter-cylinder ratio of the EGR rate may be calculated based on this measured value. For example, a sensor capable of detecting the concentration is provided in the
前記実施形態では、エンジン回転数が基準回転数N1未満の領域ではSPCCI燃焼を実施し、エンジン回転数が基準回転数N1以上の領域ではSI燃焼を実施し、エンジン回転数が基準回転数N1以上且つエンジン負荷が基準負荷Tq1以上で全負荷を除く高速高負荷領域A1でのみノック回避用点火制御を実施した場合について説明したが、エンジン回転数が基準回転数N1未満において少なくともエンジン負荷が高い領域においてSI燃焼を実施する場合等では、この領域においてもノック回避用点火制御を実施してもよい。また、全負荷領域においても、ノック回避用点火制御を実施してもよい。すなわち、エンジン負荷が基準負荷Tq1以上の高負荷領域Aの全体でノック回避用点火制御を実施してもよい。 In the above embodiment, SPCCI combustion is performed in a region where the engine speed is less than the reference speed N1, SI combustion is performed in a region where the engine speed is N1 or more, and the engine speed is N1 or more. Moreover, the case where the ignition control for knock avoidance is performed only in the high-speed high load region A1 in which the engine load is the reference load Tq1 or more and the full load is excluded has been described. In the case where SI combustion is carried out in, knock avoidance ignition control may be carried out also in this region. Further, the ignition control for knock avoidance may be performed even in the full load region. That is, the knock avoidance ignition control may be performed in the entire high load region A in which the engine load is equal to or higher than the reference load Tq1.
1 エンジン本体
2 気筒
6 燃焼室
13 点火プラグ(点火手段)
41 EGR通路
14 インジェクタ(冷媒噴射手段)
100 PCM(制御手段)
1
41
100 PCM (control means)
Claims (8)
前記燃焼室内の混合気に所定の点火時期で点火を行う点火手段と、
前記点火手段を制御する制御手段とを備え、
前記気筒の幾何学的圧縮比は15以上に設定されており、
前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するような点火時期を前記点火手段の基本点火時期として設定するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記EGRガス量の割合をEGR率として求めかつ当該EGR率から既定の目標EGR率を差し引いたEGR率ずれ量を算出し、算出したEGR率ずれ量が大きいほど前記基本点火時期から遅角側に大きくずれるように補正された補正後点火時期で前記点火手段に点火を行わせる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A cylinder in which a combustion chamber is formed, and an intake manifold which intake air flows to be introduced into the combustion chamber, an exhaust passage exhaust gas discharged from the combustion chamber flows, the exhaust gas flowing through the exhaust passage one An EGR passage that communicates the intake passage and the exhaust passage so that the unit returns to the intake passage as EGR gas is provided, and fuel containing gasoline is supplied to the combustion chamber to provide a mixture of the fuel and air. Is a device that controls the engine that burns in the combustion chamber.
An ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber at a predetermined ignition timing,
A control means for controlling the ignition means is provided.
The geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more.
Wherein, when the engine load is an engine with a high load region over a predetermined reference load is in operation, the base of said ignition means the ignition timing as the mixture starts to burn at compression top dead center or later The EGR is set as the ignition timing, the ratio of the EGR gas amount to the total gas amount in the combustion chamber is obtained as the EGR rate, and the EGR rate deviation amount obtained by subtracting the predetermined target EGR rate from the EGR rate is calculated and calculated. An engine control device, characterized in that the ignition means is ignited at a corrected ignition timing that is corrected so that the larger the rate deviation amount is, the larger the deviation is from the basic ignition timing to the retard side.
前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第1検出手段と、
前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第2検出手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記EGR率を算出するとともに、算出した前記EGR率から前記目標EGR率を差し引くことにより前記EGR率ずれ量を算出する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
A first detection means for detecting the amount of intake air introduced into the combustion chamber through the intake passage, and
Further provided with a second detecting means for detecting the exhaust oxygen concentration, which is the oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust passage.
The control means calculates the EGR rate based on the detected intake amount and the exhaust oxygen concentration when the engine is operating in the high load region, and the target EGR rate is calculated from the calculated EGR rate. An engine control device, characterized in that the EGR rate deviation amount is calculated by subtracting.
エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備え、
前記EGR通路は、前記吸気マニホールドの1か所に接続されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1 or 2.
The engine includes a plurality of the cylinders, a plurality of the ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber of each cylinder, and an intake manifold for distributing the intake air to each cylinder.
The EGR passage is the is connected to one portion of the intake manifold, that the control device for an engine according to claim.
前記燃焼室内の混合気に点火を行う点火手段と、
前記混合気の燃焼中に当該混合気を冷却するための冷媒を前記燃焼室内に噴射する冷媒噴射手段と、
前記点火手段と前記冷媒噴射手段とを制御する制御手段とを備え、
前記気筒の幾何学的圧縮比は15以上に設定されており、
前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように前記点火手段を制御するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記EGRガス量の割合をEGR率として求めかつ当該EGR率から既定の目標EGR率を差し引いたEGR率ずれ量を算出し、算出したEGR率ずれ量が大きいほど前記冷媒噴射手段による前記冷媒の噴射量を多くする、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A cylinder in which a combustion chamber is formed, and an intake manifold which intake air flows to be introduced into the combustion chamber, an exhaust passage exhaust gas discharged from the combustion chamber flows, the exhaust gas flowing through the exhaust passage one An EGR passage that communicates the intake passage and the exhaust passage so that the unit returns to the intake passage as EGR gas is provided, and fuel containing gasoline is supplied to the combustion chamber to provide a mixture of the fuel and air. Is a device that controls the engine that burns in the combustion chamber.
An ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber and
Refrigerant injection means for injecting a refrigerant for cooling the air-fuel mixture into the combustion chamber during combustion of the air-fuel mixture, and
A control means for controlling the ignition means and the refrigerant injection means is provided.
The geometric compression ratio of the cylinder is set to 15 or more.
The control means controls the ignition means so that the air-fuel mixture starts combustion after the compression top dead center when the engine is operated in a high load region where the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. wherein the ratio of the EGR gas amount to the total gas amount in the combustion chamber is determined and calculated EGR rate deviation amount obtained by subtracting the predetermined target EGR rate from the EGR rate as the EGR rate, the higher the calculated EGR rate deviation amount is large An engine control device characterized in that the injection amount of the refrigerant by the refrigerant injection means is increased.
前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第1検出手段と、
前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第2検出手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記EGR率を算出するとともに、算出した前記EGR率から前記目標EGR率を差し引くことにより前記EGR率ずれ量を算出する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 4,
A first detection means for detecting the amount of intake air introduced into the combustion chamber through the intake passage, and
Further provided with a second detecting means for detecting the exhaust oxygen concentration, which is the oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust passage.
The control means calculates the EGR rate based on the detected intake amount and the exhaust oxygen concentration when the engine is operating in the high load region, and the target EGR rate is calculated from the calculated EGR rate. An engine control device, characterized in that the EGR rate deviation amount is calculated by subtracting.
エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備え、
前記EGR通路は、前記吸気マニホールドの1か所に接続されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 4 or 5.
The engine includes a plurality of the cylinders, a plurality of the ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber of each cylinder, and an intake manifold for distributing the intake air to each cylinder.
The EGR passage is the is connected to one portion of the intake manifold, that the control device for an engine according to claim.
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、前記冷媒噴射手段によって前記冷媒を前記燃焼室に噴射させるとき、前記燃焼室内で生じた熱発生量が1燃焼サイクル中に前記燃焼室内で生じる全熱発生量の10%以上且つ50%以下となる時期に前記冷媒が噴射されるように前記冷媒噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 4 to 6.
In the control means, when the engine is operated in the high load region and the refrigerant is injected into the combustion chamber by the refrigerant injection means, the amount of heat generated in the combustion chamber is generated during one combustion cycle. An engine control device for controlling the refrigerant injection means so that the refrigerant is injected at a time when the total heat generation amount generated in the combustion chamber is 10% or more and 50% or less.
前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記目標EGR率は20%以下とされる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 7.
An engine control device, characterized in that the target EGR rate is 20% or less when the engine is operated in the high load region.
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