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JP7365564B2 - engine system - Google Patents
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Description

本発明は、エンジンシステムに係わり、特に、エンジンと、主燃焼室と、主燃焼室に連通する連通孔が形成された副室と、インジェクタと、主燃焼室の混合気に点火する第1点火プラグと、副室内の混合気に点火する第2点火プラグと、第1点火プラグおよび第2点火プラグを制御する制御装置と、を備えるエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system, and more particularly, the present invention includes an engine, a main combustion chamber, an auxiliary chamber formed with a communication hole communicating with the main combustion chamber, an injector, and a first ignition starter that ignites the air-fuel mixture in the main combustion chamber. The present invention relates to an engine system including a plug, a second spark plug that ignites an air-fuel mixture in a pre-chamber, and a control device that controls the first spark plug and the second spark plug.

従来、エンジン(内燃機関)において、主燃焼室内に副室を設け、副室の連通孔から火炎を主燃焼室内に噴出させることで主燃焼室での燃焼伝搬を早めて、エンジンの熱効率を向上させるようにした技術が知られている。 Conventionally, in engines (internal combustion engines), an auxiliary chamber is provided within the main combustion chamber, and flame is ejected into the main combustion chamber from a communication hole in the auxiliary chamber, thereby speeding up the propagation of combustion in the main combustion chamber and improving the thermal efficiency of the engine. Techniques are known that allow this to occur.

たとえば、特許文献1には、主燃焼室に燃料を噴射する主インジェクタと、副室の上流側に設けられた副インジェクタと、副室内に設けられた点火プラグとを備え、副室内の点火プラグにより副室内の混合気に点火し、その副室内で燃焼した混合気の火炎を噴孔から主燃焼室に噴出させて、主燃焼室内の混合気を燃焼させるようにしたエンジンが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a main injector that injects fuel into a main combustion chamber, a sub-injector provided on the upstream side of a sub-chamber, and a spark plug provided in the sub-chamber. An engine is disclosed in which the air-fuel mixture in the pre-chamber is ignited by the engine, and the flame of the air-fuel mixture combusted in the pre-chamber is ejected from a nozzle hole into the main combustion chamber, thereby combusting the air-fuel mixture in the main combustion chamber. .

特開2014-227975号公報JP2014-227975A

しかしながら、本発明者らは、エンジンの研究開発過程において、たとえば、燃焼後の排気ガスを気筒内へ再循環させるEGRにおける排気ガスに含まれる凝縮水や、燃焼過程で生じる水分などが、エンジン水温によっては、熱効率を高めるために副室を利用する際に問題となるという知見を得た。すなわち、そのような凝縮水や水分が副室に残ったまま、たとえば外気温が低い状態で再始動時までの時間が長くなるなどして、エンジン水温が下がり、それに伴い、燃焼室の温度が下がると、副室内の水分が氷結して連通孔を塞いで、副室内で発生させた火炎が主燃焼室に噴出しにくくなり、あるいは、副室内の水分が副室内の点火プラグに付着して、放電できずに点火しにくくなるなどの現象が生じ、その結果、主燃焼室の燃焼伝搬を早めて熱効率を高めるといった本来の副室の作用が得られない場合がある、という問題を見いだしたのである。 However, in the process of engine research and development, the present inventors discovered that, for example, condensed water contained in exhaust gas in EGR, which recirculates exhaust gas after combustion into the cylinder, and moisture generated during the combustion process, In some cases, we have learned that using an auxiliary chamber to increase thermal efficiency may pose a problem. In other words, while such condensed water and moisture remain in the pre-chamber, for example, when the outside temperature is low, it takes a long time to restart the engine, the engine water temperature decreases, and the combustion chamber temperature decreases accordingly. If the temperature drops, the moisture in the pre-chamber will freeze and block the communication hole, making it difficult for the flame generated in the pre-chamber to blow out into the main combustion chamber, or the moisture in the pre-chamber will adhere to the spark plug in the pre-chamber. They discovered a problem in which phenomena such as failure to discharge and difficulty in ignition occur, and as a result, the original effect of the subchamber, which is to speed up the propagation of combustion in the main combustion chamber and increase thermal efficiency, may not be obtained. It is.

そこで、本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、エンジン水温が低い状態でも、副室を設けたエンジンにおいて主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができるエンジンシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides an engine system that can reliably combust the air-fuel mixture in the main combustion chamber in an engine provided with a pre-chamber even when the engine water temperature is low. The purpose is to provide

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンのシリンダ内を往復動するピストンと、エンジンのシリンダヘッドおよびピストンで形成される主燃焼室と、エンジンの主燃焼室に設けられ、主燃焼室に連通する連通孔が形成された副室と、エンジンに設けられ、主燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、エンジンに設けられ、主燃焼室に臨み主燃焼室の混合気に点火する第1点火プラグと、エンジンの副室内に設けられ、副室内の混合気に点火する第2点火プラグと、エンジンの冷却水の水温を検出する冷却水温検出器と、この冷却水温検出器からの出力信号を受け、第1点火プラグおよび第2点火プラグを制御する制御装置と、を備え、インジェクタは、シリンダの軸線上に設けられ、副室および第2点火プラグは、インジェクタに対してエンジンの吸気ポート側に設けられ、制御装置は、冷却水温検出器により検出されたエンジンの冷却水の水温が所定のしきい値以下であるか否かを判定する冷却水温判定手段を有し、制御装置は、冷却水温判定手段によりエンジンの冷却水温が所定のしきい値以下であると判定されたとき、第1点火プラグで点火させるように、第1点火プラグを制御するよう構成されている、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine, a piston that reciprocates within the cylinder of the engine, a main combustion chamber formed by the cylinder head and the piston of the engine, and a main combustion chamber provided in the main combustion chamber of the engine. an auxiliary chamber formed with a communication hole that communicates with the main combustion chamber; an injector that is installed in the engine and injects fuel into the main combustion chamber; a first spark plug that ignites the engine; a second spark plug that is installed in the subchamber of the engine and ignites the air-fuel mixture in the subchamber; a coolant temperature detector that detects the temperature of the engine coolant; a control device that receives an output signal from the injector and controls the first spark plug and the second spark plug, the injector is provided on the axis of the cylinder, and the subchamber and the second spark plug are connected to the injector. The control device includes a cooling water temperature determination means for determining whether the temperature of the engine cooling water detected by the cooling water temperature detector is below a predetermined threshold value. , the control device is configured to control the first spark plug so as to cause the first spark plug to ignite when the engine cooling water temperature is determined to be below a predetermined threshold by the cooling water temperature determining means. It is characterized by the fact that there is.

このように構成された本発明によれば、副室やその連通孔に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分により、副室内の燃焼や連通孔からの火炎の噴出が妨げられるようなエンジン冷却水温(所定温度以下/所定のしきい値以下)であっても、主燃焼室に臨み主燃焼室の混合気に点火する第1点火プラグで点火させるので、主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができる。すなわち、エンジン水温が低い状態でも、副室を設けたエンジンにおいて主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができる。
また、このように構成された本発明によれば、副室が排気ガスの熱を受けて過度に温度上昇することを抑制でき、その結果、副室内の混合気を安定して燃焼させることができる。
According to the present invention configured in this manner, the combustion in the pre-chamber and the ejection of flame from the communication hole are prevented by EGR condensed water adhering to the sub-chamber and its communication hole and moisture generated during combustion. Even if the engine cooling water temperature is below a predetermined temperature/below a predetermined threshold, the first spark plug facing the main combustion chamber ignites the air-fuel mixture in the main combustion chamber, which ignites the air-fuel mixture in the main combustion chamber. It can be burned reliably. That is, even when the engine water temperature is low, the air-fuel mixture in the main combustion chamber can be reliably combusted in the engine provided with the auxiliary chamber.
Further, according to the present invention configured in this way, it is possible to suppress the temperature of the pre-chamber from excessively increasing due to heat from the exhaust gas, and as a result, it is possible to stably burn the air-fuel mixture in the pre-chamber. can.

また、本発明において、好ましくは、制御装置は、エンジンの冷却水温が所定のしきい値を超えると判定されたとき、第2点火プラグで点火させるよう第2点火プラグを制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、副室やその連通孔に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分により、副室内の燃焼や連通孔からの火炎の噴出が妨げられるようなエンジン冷却水温を超えるとき(所定のしきい値を超える水温のとき)、主燃焼室および副室の温度も上昇しているので、第2点火プラグの点火による副室内の混合気の燃焼が可能になる。従って、第2点火プラグによる副室内の燃焼により、副室の連通孔から火炎を噴出させて、主燃焼室における燃焼伝搬を早めることができ、その結果、エンジンの熱効率を高めることができる。
Further, in the present invention, preferably, the control device is configured to control the second spark plug to cause the second spark plug to ignite when it is determined that the engine cooling water temperature exceeds a predetermined threshold. There is.
According to the present invention configured in this manner, the combustion in the pre-chamber and the ejection of flame from the communication hole are prevented by EGR condensed water adhering to the sub-chamber and its communication hole and moisture generated during combustion. When the engine cooling water temperature exceeds (when the water temperature exceeds a predetermined threshold), the temperatures of the main combustion chamber and the pre-chamber are also rising, so it is possible to burn the air-fuel mixture in the pre-chamber by igniting the second spark plug. become. Therefore, the combustion in the pre-chamber caused by the second spark plug causes flame to be ejected from the communication hole in the pre-chamber, making it possible to hasten the propagation of combustion in the main combustion chamber, thereby increasing the thermal efficiency of the engine.

また、本発明において、好ましくは、制御装置は、エンジンの冷却水温が所定のしきい値以下であると判定され、かつ、エンジンの始動時は第1点火プラグで点火させるよう第1点火プラグを制御するよう構成されている。
このように構成された本発明によれば、副室や連通孔に凝縮水や水分が付着している可能性があるエンジン始動時には第1点火プラグで点火させるので、副室内の第2点火プラグによる失火を防止しつつ、第1点火プラグにより主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができる。
Further, in the present invention, preferably, the control device controls the first spark plug to cause ignition by the first spark plug when the engine cooling water temperature is determined to be below a predetermined threshold value and when the engine is started. configured to control.
According to the present invention configured in this way, when starting the engine when there is a possibility that condensed water or moisture has adhered to the sub-chamber or the communication hole, the first spark plug is used to ignite the engine, so the second spark plug in the sub-chamber is ignited. The air-fuel mixture in the main combustion chamber can be reliably combusted by the first ignition plug while preventing misfires caused by this.

また、本発明において、好ましくは、エンジンにおいて、第1点火プラグはエンジンの排気ポート側に設けられているFurther, in the present invention, preferably, in the engine, the first spark plug is provided on the exhaust port side of the engine.

本発明のエンジンシステムによれば、エンジン水温が低い状態でも、副室を設けたエンジンにおいて主燃焼室内の混合気を確実に燃焼させることができる。 According to the engine system of the present invention, even when the engine water temperature is low, the air-fuel mixture in the main combustion chamber can be reliably combusted in the engine provided with the auxiliary chamber.

本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to an embodiment of the present invention. 本実施形態によるエンジンシステムにおけるエンジンの気筒に形成された主燃焼室まわりの概略構成を示す断面図である。1 is a sectional view showing a schematic configuration around a main combustion chamber formed in a cylinder of an engine in an engine system according to the present embodiment. 本実施形態によるエンジンシステムにおけるエンジンの気筒に形成された主燃焼室まわりの概略構成をシリンダ軸線方向の上方から見た平面図である。1 is a plan view of a schematic configuration around a main combustion chamber formed in a cylinder of an engine in an engine system according to the present embodiment, viewed from above in the cylinder axis direction. 本実施形態によるプレチャンバープラグを示す図であり、図4(a)はプレチャンバープラグの副室および副点火プラグを側方から見た部分断面図であり、図4(b)は、プレチャンバープラグの副室をその軸線方向の下方から見た平面図である。4(a) is a partial cross-sectional view of the sub-chamber and sub-spark plug of the pre-chamber plug as seen from the side, and FIG. 4(b) is a diagram showing the pre-chamber plug according to the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the subchamber of the plug, viewed from below in the axial direction. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram of an engine control device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置によるエンジン負荷とエンジン回転数に応じて設定されるエンジン制御マップである。It is an engine control map set according to engine load and engine rotation speed by the engine control device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートであり、図6に示すエンジン制御マップにおける低中負荷領域におけるタイムチャートの一例を示す図である。7 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an example of the time chart in a low-medium load region in the engine control map shown in FIG. 6. FIG. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートであり、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷低回転領域におけるタイムチャートの一例を示す図である。7 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an example of the time chart in a high load low rotation region in the engine control map shown in FIG. 6. FIG. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートであり、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷高回転領域におけるタイムチャートの一例を示す図である。7 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing an example of the time chart in a high load, high rotation region in the engine control map shown in FIG. 6. FIG. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートであり、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷高回転領域においてエンジン負荷に応じた燃料噴射タイミングの変更を説明するためのタイムチャートの一例を示す図である。7 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention, in which the fuel injection timing is changed according to the engine load in the high-load, high-speed region in the engine control map shown in FIG. 6. It is a figure which shows an example of the time chart for demonstrating. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置によるエンジン制御マップに基づくエンジンの制御内容を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of engine control based on an engine control map by the engine control device according to the embodiment of the present invention. 図6に示す制御マップのエンジン始動時に実行されるエンジンの制御内容を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing the details of engine control executed when the engine is started according to the control map shown in FIG. 6; 図12に示すフローチャートに基づいて決定される、エンジン水温に応じて切り換えられる主点火プラグと副点火プラグの制御内容を示すタイムチャートである。13 is a time chart showing control details of the main spark plug and the auxiliary spark plug, which are switched according to the engine water temperature, determined based on the flowchart shown in FIG. 12. FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムについて説明する。 Hereinafter, an engine system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

まず、図1を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成を説明する。図1は、本発明の実施形態によるエンジンシステムの概略構成図である。 First, with reference to FIG. 1, a schematic configuration of an engine system according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、エンジンシステム1は、吸気と燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生する多気筒(本実施形態では4気筒)のエンジン(内燃機関)2と、このエンジン2に吸気を導入するための吸気通路4と、エンジン2からの排気ガスを排出するための排気通路6と、を備える。なお、本発明は4気筒のエンジンに限らず、6気筒など他のエンジンにも適用可能である。 As shown in FIG. 1, an engine system 1 includes a multi-cylinder (in this embodiment, four cylinders) engine (internal combustion engine) 2 that generates power for a vehicle by burning a mixture of intake air and fuel; The engine 2 includes an intake passage 4 for introducing intake air into the engine 2, and an exhaust passage 6 for discharging exhaust gas from the engine 2. Note that the present invention is applicable not only to four-cylinder engines but also to other engines such as six-cylinder engines.

エンジン2の各気筒には、吸気通路4に接続され、後述するシリンダヘッド54(図2参照)に形成された吸気ポート8と、この吸気ポート8に設けられた吸気バルブ10と、排気通路6に接続され、シリンダヘッド54に形成された排気ポート12と、この排気ポート12に設けられた排気バルブ14と、が設けられている。
吸気バルブ10には、吸気バルブ10のリフト量および開閉タイミングを電動で可変に制御する可変バルブリフト機構(Sequential Valve Timing)16が設けられている。
排気バルブ14にも同様に、排気バルブ14のリフト量および開閉タイミングを可変にする可変バルブリフト機構18が設けられている。
Each cylinder of the engine 2 includes an intake port 8 connected to the intake passage 4 and formed in a cylinder head 54 (see FIG. 2) described later, an intake valve 10 provided in the intake port 8, and an exhaust passage 6. An exhaust port 12 connected to the cylinder head 54 and an exhaust valve 14 provided in the exhaust port 12 are provided.
The intake valve 10 is provided with a variable valve lift mechanism (Sequential Valve Timing) 16 that electrically variably controls the lift amount and opening/closing timing of the intake valve 10.
Similarly, the exhaust valve 14 is also provided with a variable valve lift mechanism 18 that makes the lift amount and opening/closing timing of the exhaust valve 14 variable.

エンジン2は、クランクシャフト20によって気筒(シリンダ)22内を往復動するピストン24を備え、このピストン24と、シリンダヘッド54とにより、燃焼室(主燃焼室)26が形成される(図2参照)。
この主燃焼室26には、主燃焼室26内に燃焼を噴射するインジェクタ28と、後述するプレチャンバープラグ30と、主点火プラグ32とが、それぞれ、主燃焼室26内に臨むように設けられている。
The engine 2 includes a piston 24 that reciprocates within a cylinder 22 by a crankshaft 20, and a combustion chamber (main combustion chamber) 26 is formed by this piston 24 and a cylinder head 54 (see FIG. 2). ).
The main combustion chamber 26 is provided with an injector 28 that injects combustion into the main combustion chamber 26, a pre-chamber plug 30, which will be described later, and a main spark plug 32, each facing into the main combustion chamber 26. ing.

吸気通路4の上流側には、エアクリーナ34と、ドライバのアクセル開度に基づく要求燃料噴射量および後述するECU50からの命令信号に基づき、電動で作動し、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ(吸気絞り弁)36と、エンジン2に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク38とが設けられている。
排気通路6の下流側には、排気ガスを浄化する三元触媒40が設けられている。
また、排気通路6には、三元触媒40を通過した排気ガスの一部を吸気通路4に環流するEGR通路42が接続されている。このEGR通路42には、EGRクーラ44と、EGR通路42を流れる排気ガスの流量を制御するEGRバルブ46とが設けられている。
On the upstream side of the intake passage 4, there is an air cleaner 34 and a throttle valve that is electrically operated and adjusts the amount of intake air passing therethrough based on the required fuel injection amount based on the driver's accelerator opening and a command signal from the ECU 50, which will be described later. An intake throttle valve) 36 and a surge tank 38 for temporarily storing intake air to be supplied to the engine 2 are provided.
A three-way catalyst 40 for purifying exhaust gas is provided on the downstream side of the exhaust passage 6.
Further, the exhaust passage 6 is connected to an EGR passage 42 that circulates a portion of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 40 to the intake passage 4. The EGR passage 42 is provided with an EGR cooler 44 and an EGR valve 46 that controls the flow rate of exhaust gas flowing through the EGR passage 42.

また、エンジンシステム1は、エンジン2を制御するECU(Electronic Control Unit)50を有する。このECU50は、本発明における「エンジンの制御装置」に相当し、本実施形態では、後述する各種センサ(図示せず)の出力信号に基づいて、エンジン2の作動(燃料噴射タイミング、点火タイミング、空燃比など)を制御する。具体的には、以下で説明するインジェクタ28の燃料噴射時期や点火プラグ30、32の点火時期などの制御は、ECU50内の回路で実行される。 Further, the engine system 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 that controls the engine 2. This ECU 50 corresponds to an "engine control device" in the present invention, and in this embodiment, the operation of the engine 2 (fuel injection timing, ignition timing, air-fuel ratio, etc.). Specifically, control of the fuel injection timing of the injector 28 and the ignition timing of the spark plugs 30 and 32, which will be described below, is executed by a circuit within the ECU 50.

次に、図2および図3により、エンジン2の主燃焼室26まわりの概略構成を説明する。図2は、本実施形態によるエンジンの気筒に形成された主燃焼室まわりの概略構成を示す断面図であり、図3は、本実施形態によるエンジンの気筒に形成された主燃焼室まわりの概略構成をシリンダ軸線方向の上方から見た平面図である。なお、図2および図3では、多気筒のうち1つの気筒の主燃焼室まわりの概略構成を示す。他の気筒も同様に構成される。 Next, a schematic configuration around the main combustion chamber 26 of the engine 2 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration around the main combustion chamber formed in the cylinder of the engine according to the present embodiment, and FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure around the main combustion chamber formed in the cylinder of the engine according to the present embodiment FIG. 3 is a plan view of the configuration viewed from above in the cylinder axis direction. Note that FIGS. 2 and 3 show a schematic configuration around the main combustion chamber of one cylinder among multiple cylinders. The other cylinders are similarly configured.

まず、図2に示すように、エンジン2は、シリンダブロック52およびシリンダヘッド54を備えている。
シリンダブロック52には、気筒(シリンダ)22が形成されている。この気筒22内に設けられたピストン24には、クランクシャフト20に連結されたコンロッド21が接続され、これにより、ピストン24が気筒22内を往復動するようになっている。
First, as shown in FIG. 2, the engine 2 includes a cylinder block 52 and a cylinder head 54.
A cylinder 22 is formed in the cylinder block 52 . A connecting rod 21 connected to the crankshaft 20 is connected to a piston 24 provided within the cylinder 22, so that the piston 24 reciprocates within the cylinder 22.

次に、図2および図3に示すように、シリンダヘッド54には、各気筒22毎に、各々独立した2つの吸気ポート8(8a、8b)、および、2つの排気ポート12が形成されている。これら吸気ポート8a、8bおよび排気ポート12には、図2および図3では図示を省略するが、上述した吸気バルブ10及び排気バルブ14が、それぞれ、主燃焼室26側の開口を開閉するように設けられている。 Next, as shown in FIGS. 2 and 3, two independent intake ports 8 (8a, 8b) and two exhaust ports 12 are formed in the cylinder head 54 for each cylinder 22. There is. Although not shown in FIGS. 2 and 3, the intake ports 8a, 8b and the exhaust port 12 are provided with the above-mentioned intake valve 10 and exhaust valve 14, respectively, to open and close the opening on the main combustion chamber 26 side. It is provided.

2つの吸気ポート8a、8bのうち、一方の吸気ポート8aに接続された吸気通路4aには、吸気通路4aの開度を調整するスワールコントロールバルブ56が設けられている。主燃焼室26には、このスワールコントロールバルブ56の開度に応じた強さのスワール流が生じる。このスワール流の強さが大きいほど、主燃焼室26内で周回する混合気のスワール流は、主燃焼室26およびピストン24の外周側に流れやすくなる。 An intake passage 4a connected to one of the two intake ports 8a and 8b is provided with a swirl control valve 56 that adjusts the opening degree of the intake passage 4a. A swirl flow is generated in the main combustion chamber 26 with a strength corresponding to the opening degree of the swirl control valve 56. The greater the strength of this swirl flow, the more easily the swirl flow of the air-fuel mixture circulating within the main combustion chamber 26 flows toward the outer periphery of the main combustion chamber 26 and the piston 24.

次に、図2に示すように、シリンダヘッド54には、インジェクタ28、プレチャンバープラグ30および主点火プラグ32が取り付けられている。
図2および図3に示すように、インジェクタ28は、シリンダ軸線上に設けられ、主燃焼室26を上方から見たとき、主燃焼室26の中央部に臨むよう設けられている。
Next, as shown in FIG. 2, an injector 28, a prechamber plug 30, and a main spark plug 32 are attached to the cylinder head 54.
As shown in FIGS. 2 and 3, the injector 28 is provided on the cylinder axis, and is provided so as to face the center of the main combustion chamber 26 when the main combustion chamber 26 is viewed from above.

また、プレチャンバープラグ30は、インジェクタ28に対して、吸気ポート8側に設けられており、図2に示すように、吸気ポート8側から斜め下方に延びて、主燃焼室26に臨むよう配置されている。
本実施形態では、図3に示すように、主燃焼室26に臨むプレチャンバープラグ30の先端部(図3で符号30で示す破線の部分)は、平面視で、2つの吸気ポート8a、8bの中間の位置に設けられている。なお、プレチャンバープラグ30の先端部には、後述するように、副室60および副点火プラグ62が設けられている。
Further, the pre-chamber plug 30 is provided on the intake port 8 side with respect to the injector 28, and is arranged so as to extend diagonally downward from the intake port 8 side and face the main combustion chamber 26, as shown in FIG. has been done.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the tip of the pre-chamber plug 30 facing the main combustion chamber 26 (the part indicated by the broken line 30 in FIG. 3) has two intake ports 8a and 8b in plan view. It is located at an intermediate position. Note that a sub-chamber 60 and a sub-spark plug 62 are provided at the tip of the pre-chamber plug 30, as will be described later.

本実施形態では、このように、副室60および副点火プラグ62が吸気ポート8側に設けて、副室60が排気ガスの熱を受け、副室60内の温度が過度に上昇することを抑制するようにしている。これにより、副室60内での燃焼伝搬が早くなり、それに伴い、連通孔66から主燃焼室26に噴出する火炎の勢いが強くなってしまうことが抑制される。 In this embodiment, the auxiliary chamber 60 and the auxiliary spark plug 62 are provided on the intake port 8 side in this way to prevent the auxiliary chamber 60 from receiving heat from the exhaust gas and the temperature inside the auxiliary chamber 60 from rising excessively. I'm trying to suppress it. This speeds up the propagation of combustion within the auxiliary chamber 60 and prevents the flame from ejecting from the communication hole 66 into the main combustion chamber 26 from becoming stronger.

また、本実施形態では、図2および図3で示すように、プレチャンバープラグ30の先端部は、主燃焼室26の外周側の領域(少なくとも吸排気ポート8、12の開口部より外周側の領域)より内方の中央領域に設けられている。 In addition, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the tip of the pre-chamber plug 30 is located in an area on the outer circumferential side of the main combustion chamber 26 (at least in an area on the outer circumferential side from the openings of the intake and exhaust ports 8 and 12). area) in the central area.

また、主点火プラグ32は、インジェクタ28に対して、排気ポート12側に設けられており、図2に示すように、主点火プラグ32は、排気ポート12側から斜め下方に延びて、主燃焼室26に臨むよう配置されている。
本実施形態では、図3に示すように、主燃焼室26に臨む主点火プラグ32の先端部は、平面視で、2つの排気ポート12の中間の位置に設けられている。また、なお、図3に破線で示す符号32の部分は、主点火プラグ32の先端部の中心電極32aおよび側方電極(アース)32b(図2参照)の位置を示している。
Further, the main spark plug 32 is provided on the exhaust port 12 side with respect to the injector 28, and as shown in FIG. 2, the main spark plug 32 extends diagonally downward from the exhaust port 12 side and It is arranged so as to face the room 26.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the tip of the main spark plug 32 facing the main combustion chamber 26 is provided at a position midway between the two exhaust ports 12 in plan view. Furthermore, a portion 32 indicated by a broken line in FIG. 3 indicates the positions of the center electrode 32a and the side electrode (ground) 32b (see FIG. 2) at the tip of the main spark plug 32.

次に、図4により、プレチャンバープラグ30を説明する。図4は、本実施形態によるプレチャンバープラグを示す図であり、図4(a)はプレチャンバープラグの副室および副点火プラグを側方から見た部分断面図であり、図4(b)は、プレチャンバープラグの副室をその軸線方向の下方から見た平面図である。
まず、図4(a)に示すように、プレチャンバープラグ30は、その先端部に、副室60が形成され、この副室60内に副点火プラグ62が設けられている。
副点火プラグ62は、主点火プラグ32と同様に、中心電極62aおよび側方電極(アース)62bを有している。
Next, the prechamber plug 30 will be explained with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the pre-chamber plug according to the present embodiment, and FIG. 4(a) is a partial cross-sectional view of the sub-chamber and sub-spark plug of the pre-chamber plug as seen from the side, and FIG. 4(b) FIG. 2 is a plan view of the subchamber of the prechamber plug viewed from below in the axial direction.
First, as shown in FIG. 4(a), the pre-chamber plug 30 has a sub-chamber 60 formed at its tip, and a sub-spark plug 62 is provided within the sub-chamber 60.
The auxiliary spark plug 62, like the main spark plug 32, has a center electrode 62a and a side electrode (ground) 62b.

副室60は、主燃焼室26内に設けられているが、主燃焼室26とは独立して副室60内の混合気を燃焼可能なものである。より具体的には、副室60内の混合気を副点火プラグ62で点火して、副室60内に火炎伝搬を生じさせる副燃焼室として機能するものである。 The auxiliary chamber 60 is provided within the main combustion chamber 26, but is capable of combusting the air-fuel mixture within the auxiliary chamber 60 independently of the main combustion chamber 26. More specifically, it functions as an auxiliary combustion chamber that ignites the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 with the auxiliary spark plug 62 to cause flame propagation within the auxiliary chamber 60 .

次に、図4(a)および図4(b)に示すように、副室60は、所定の径および厚み(本実施形態では半径5mm、厚み1mm)を有する半球状の副室形成部64により形成されている。この副室形成部64には、主燃焼室26に連通する複数の連通孔(噴孔)66が形成されている。 Next, as shown in FIGS. 4(a) and 4(b), the sub-chamber 60 is formed by a hemispherical sub-chamber forming part 64 having a predetermined diameter and thickness (in this embodiment, a radius of 5 mm and a thickness of 1 mm). It is formed by A plurality of communication holes (nozzle holes) 66 communicating with the main combustion chamber 26 are formed in the sub-chamber forming portion 64 .

これらの連通孔66は、第1に、主燃焼室26内の混合気を副室60内に流入させるために設けられ、第2に、その流入した混合気を副点火プラグ62により点火し、その副室60内で発生した燃焼伝搬を、火炎として主燃焼室26に噴出/放射させ、それにより、主燃焼室26内の混合気の燃焼伝搬を早めるために設けられている。
混合気は、基本的に、EGRバルブ46が閉じられている場合は、吸気ポート8からの新気とインジェクタ28から噴射される燃料との混合気であり、EGRバルブ46が開かれている場合は、吸気ポート8からの新気とEGR通路42からの排気ガスとインジェクタ28から噴射される燃料との混合気である。
These communication holes 66 are provided, firstly, to allow the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 to flow into the auxiliary chamber 60, and secondly, to ignite the air-fuel mixture that has flowed in by the auxiliary spark plug 62. It is provided to cause the combustion propagation generated in the subchamber 60 to be ejected/radiated into the main combustion chamber 26 as a flame, thereby speeding up the combustion propagation of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26.
The mixture is basically a mixture of fresh air from the intake port 8 and fuel injected from the injector 28 when the EGR valve 46 is closed, and when the EGR valve 46 is open. is a mixture of fresh air from the intake port 8, exhaust gas from the EGR passage 42, and fuel injected from the injector 28.

本実施形態においては、これらの連通孔66は、図4(b)に示す下方から見た平面視において、副室形成部64の頂点Aを通る軸線まわりに120°間隔に3つ設けられ、それぞれの直径はφ1.2mmである。また、連通孔66は、いずれも、図4(a)に示すように、側面視で、副室形成部64の頂点Aから45°の位置に45°の方向に延びるよう形成され、これにより、連通孔66からは、その軸線に対して45°の角度で火炎が噴出するようになっている。 In this embodiment, three of these communication holes 66 are provided at 120° intervals around the axis passing through the apex A of the sub-chamber forming portion 64 in a plan view from below as shown in FIG. 4(b). The diameter of each is 1.2 mm. Further, as shown in FIG. 4(a), the communication holes 66 are each formed to extend in a 45° direction at a position of 45° from the apex A of the sub-chamber forming portion 64 when viewed from the side. , flame is ejected from the communication hole 66 at an angle of 45° with respect to its axis.

なお、後述するように、連通孔66の数、径および位置は、これらの数値に限らず、たとえば、下方から見た平面視において、180°間隔に2つ設け、直径はφ1.0mmであってもよい。このように、連通孔66の孔数を少なくし、および/または、直径を小さくすると、連通孔66から主燃焼室26に噴出する火炎を強くすることが出来る。また、このように噴出する火炎を強くすると、その分、主燃焼室26内の燃焼伝搬が早くなるので、主燃焼室26内の混合気を、よりリーンな混合気にして、エンジン2の熱効率を高めることができる。 As will be described later, the number, diameter, and position of the communication holes 66 are not limited to these values. For example, two communication holes 66 may be provided at 180° intervals and have a diameter of 1.0 mm when viewed from below. It's okay. In this way, by reducing the number and/or diameter of the communication holes 66, the flame ejected from the communication holes 66 into the main combustion chamber 26 can be made stronger. In addition, when the ejected flame is strengthened in this way, the combustion propagation within the main combustion chamber 26 becomes faster, so the air-fuel mixture within the main combustion chamber 26 is made leaner and the thermal efficiency of the engine 2 is improved. can be increased.

また、連通孔66の数および径は、後述するエンジン制御マップにおいてエンジン回転数のしきい値を設定する際に、予め、変更可能である。言い換えると、連通孔66の数および径を変更すると、エンジン制御マップにおけるエンジン回転数の適切なしきい値を変更することができる。 Further, the number and diameter of the communication holes 66 can be changed in advance when setting a threshold value of the engine rotation speed in an engine control map to be described later. In other words, by changing the number and diameter of the communication holes 66, it is possible to change the appropriate threshold value of the engine rotation speed in the engine control map.

次に、図5により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御ブロックを説明する。図5は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の制御ブロック図である。
図5に示すように、エンジンシステム1を制御するECU50(図1参照)は、図示しないマイクロコンピュータ、メモリ、I/F回路などを有し、イグニッション信号SW1、および、各種センサSW2~SW10からの出力信号に基づいて、後述するように、エンジン2の燃料噴射タイミング、点火タイミング、空燃比、スワール流の強さなどを制御する。なお、SW2~SW10の各センサは、公知のものであり、図1、図2などにおいて図示を省略している。
Next, a control block of the engine control device according to the embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 5 is a control block diagram of the engine control device according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the ECU 50 (see FIG. 1) that controls the engine system 1 includes a microcomputer, memory, I/F circuit, etc. (not shown), and receives an ignition signal SW1 and signals from various sensors SW2 to SW10. Based on the output signal, the fuel injection timing, ignition timing, air-fuel ratio, swirl strength, etc. of the engine 2 are controlled as described later. Note that the sensors SW2 to SW10 are well-known and are not shown in FIGS. 1, 2, etc.

具体的には、ECU50には、エンジン始動の指令を意味するイグニッション出力信号(SW1)、吸気通路4に設けられたエアフローセンサSW2からの吸気量に関する出力信号、吸気通路4に設けられた吸気温度センサSW3からの吸気温度に関する出力信号、吸気通路4に設けられた吸気圧センサSW4からの吸気圧に関する出力信号、シリンダヘッド54に設けられた冷却水温度センサSW5からの冷却水温度に関する出力信号、クランク軸20に設けられたクランク角センサSW6からのクランク角に関する出力信号、アクセル開度センサSW7からのアクセルペダルの開度に関する出力信号、吸気カムシャフト(図示せず)に設けられた吸気カム角センサSW8からの吸気側のカム角に関する出力信号、排気カムシャフト(図示せず)に設けられた排気カム角センサSW9からの排気側のカム角に関する出力信号、および、シリンダヘッド54に設けられた燃圧センサSW10からの主燃焼室26内の燃焼圧力に関する出力信号がそれぞれ入力される。 Specifically, the ECU 50 receives an ignition output signal (SW1) indicating a command to start the engine, an output signal regarding the intake air amount from the air flow sensor SW2 provided in the intake passage 4, and an intake air temperature provided in the intake passage 4. An output signal related to the intake air temperature from the sensor SW3, an output signal related to the intake pressure from the intake pressure sensor SW4 provided in the intake passage 4, an output signal related to the coolant temperature from the coolant temperature sensor SW5 provided in the cylinder head 54, An output signal related to the crank angle from the crank angle sensor SW6 provided on the crankshaft 20, an output signal related to the accelerator pedal opening from the accelerator opening sensor SW7, an intake cam angle provided on the intake camshaft (not shown) An output signal related to the intake side cam angle from sensor SW8, an output signal related to the exhaust side cam angle from exhaust cam angle sensor SW9 provided on the exhaust camshaft (not shown), and an output signal related to the exhaust side cam angle provided on the cylinder head 54. Output signals related to the combustion pressure within the main combustion chamber 26 from the fuel pressure sensor SW10 are respectively input.

ここで、アクセルペダルの開度に関する出力信号は、ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する数値を出力する信号であり、この信号は、ECU50において、ドライバの要求トルクを決定すると共に、そのドライバの要求トルクに基づいてエンジン2のエンジン負荷(目標出力トルク/目標エンジントルク)、および、エンジンの各作動領域(図6の制御マップに示す、「エンジン低中負荷領域」、「エンジン低回転高負荷領域」、および、「所定回転数以上におけるエンジン高負荷領域」)を決定するために使用される。 Here, the output signal regarding the opening degree of the accelerator pedal is a signal that outputs a numerical value corresponding to the amount by which the driver has depressed the accelerator pedal, and this signal is used in the ECU 50 to determine the driver's requested torque and to The engine load of engine 2 (target output torque/target engine torque) is determined based on the required torque of ``load range'' and ``engine high load range above a predetermined rotation speed'').

ECU50は、これらの出力信号に基づいて、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御する。
また、ECU50は、主点火プラグ32およびプレチャンバープラグ30内の副点火プラグ(PCP点火プラグ)30による点火タイミングを制御する。
また、ECU50は、主に、吸気側の可変バルブリフト機構(吸気電動S-VT)16、および、スロットルバルブ36を制御することにより、主燃焼室26への吸入空気量を制御すると共に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を制御することより、主燃焼室26内の空燃比を制御する。本実施形態では、主に、燃料噴射タイミングを制御することにより空燃比を制御する。なお、この空燃比の制御に伴い、たとえば、NOx低減のため、排気側の可変バルブリフト機構(排気電動S-VT)18、および、EGRバルブ46も制御される。
さらに、ECU50は、スワールコントロールバルブ56によりスワール流の強さを制御する。
The ECU 50 controls fuel injection timing by the injector 28 based on these output signals.
The ECU 50 also controls the ignition timing of the main spark plug 32 and the sub-spark plug (PCP spark plug) 30 in the pre-chamber plug 30.
Further, the ECU 50 mainly controls the intake air amount to the main combustion chamber 26 by controlling the intake side variable valve lift mechanism (intake electric S-VT) 16 and the throttle valve 36, and also controls the intake air amount to the main combustion chamber 26. By controlling the fuel injection timing and fuel injection amount by 28, the air-fuel ratio in the main combustion chamber 26 is controlled. In this embodiment, the air-fuel ratio is mainly controlled by controlling the fuel injection timing. In addition, along with this air-fuel ratio control, the exhaust side variable valve lift mechanism (exhaust electric S-VT) 18 and the EGR valve 46 are also controlled, for example, to reduce NOx.
Further, the ECU 50 controls the strength of the swirl flow using a swirl control valve 56.

次に、図6により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置で用いられる、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて設定されるエンジン制御マップを説明する。図6は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置によるエンジン負荷とエンジン回転数に応じて設定されるエンジン制御マップである。
このエンジン制御マップは、ECU50のメモリ内に記憶され、ECU50は、この制御マップに基づいてエンジン2を制御する。
ここで、図6において、縦軸のエンジン負荷は目標エンジントルクであり、横軸はエンジン回転数である。ECU50は、アクセル開度センサSW7からの出力信号に基づいて算出された目標エンジントルク、および、クランク角センサSW6からの出力信号に基づいて算出されたエンジン2の回転数(rpm)に基づき、この制御マップを参照しながらエンジン2を制御する。
以下、このECU50が参照する制御マップにおけるエンジン制御の設定内容およびECU50によるエンジン2の制御方法を具体的に説明する。
Next, an engine control map that is used in the engine control device according to the embodiment of the present invention and is set according to the engine load and engine speed will be explained with reference to FIG. FIG. 6 is an engine control map set according to the engine load and engine rotation speed by the engine control device according to the embodiment of the present invention.
This engine control map is stored in the memory of ECU 50, and ECU 50 controls engine 2 based on this control map.
Here, in FIG. 6, the engine load on the vertical axis is the target engine torque, and the horizontal axis is the engine rotation speed. The ECU 50 calculates this target engine torque based on the target engine torque calculated based on the output signal from the accelerator opening sensor SW7 and the rotation speed (rpm) of the engine 2 calculated based on the output signal from the crank angle sensor SW6. The engine 2 is controlled while referring to the control map.
Hereinafter, the engine control settings in the control map referred to by the ECU 50 and the method of controlling the engine 2 by the ECU 50 will be specifically described.

まず、図6に示すように、本実施形態のエンジン制御マップでは、エンジン始動時には、主点火プラグ32のみで点火するように設定している。
より具体的には、ECU50にイグニッション出力信号SW1が入力され、エンジン始動時と判定されると、ECU50が、主点火プラグ32により主燃焼室26内の混合気に点火するよう設定されている。エンジン始動時の主燃焼室26内の混合気は、理論空燃比(λ=1)である。このとき、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62では、副室60内を点火しない。
First, as shown in FIG. 6, the engine control map of this embodiment is set so that only the main spark plug 32 ignites when starting the engine.
More specifically, when the ignition output signal SW1 is input to the ECU 50 and it is determined that the engine is to be started, the ECU 50 is set to ignite the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 using the main ignition plug 32. The air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 when the engine is started has a stoichiometric air-fuel ratio (λ=1). At this time, the sub-spark plug 62 of the pre-chamber plug 30 does not ignite the inside of the sub-chamber 60.

次に、図6に示すように、本実施形態のエンジン制御マップでは、所定のエンジン負荷T1未満である低~中負荷のエンジン負荷領域(以下、「低中負荷領域」という)において、主燃焼室26内の混合気を理論空燃比(λ=1)と設定すると共に、プレチャンバープラグ30の副室60に流入する混合気の空燃比を理論空燃比と設定している。また、この領域では、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62のみの点火と設定している。 Next, as shown in FIG. 6, in the engine control map of this embodiment, the main combustion The air-fuel mixture in the chamber 26 is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ=1), and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the subchamber 60 of the pre-chamber plug 30 is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Further, in this region, only the auxiliary spark plug 62 of the pre-chamber plug 30 is set to ignite.

ECU50は、このような制御マップに基づき、エンジン2の作動時において、アクセル開度センサSW7の出力信号により決定される目標エンジントルクにより、エンジン2がこの低中負荷領域で作動しているか否かを判定する(図11参照)。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、点火時に、主燃焼室26内およびプレチャンバープラグ30の副室60内の空燃比が理論空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、副点火プラグ62により副室60内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
Based on such a control map, when the engine 2 is operating, the ECU 50 determines whether or not the engine 2 is operating in this low-medium load region based on the target engine torque determined by the output signal of the accelerator opening sensor SW7. (See FIG. 11).
If it is determined that the range is within this range, in this embodiment, the ECU 50 mainly controls the fuel injection timing by the injector 28 to control the inside of the main combustion chamber 26 and the auxiliary chamber 60 of the pre-chamber plug 30 at the time of ignition. control so that the air-fuel ratio within is the stoichiometric air-fuel ratio. Further, the ECU 50 controls the timing of igniting the air-fuel mixture in the sub chamber 60 using the sub ignition plug 62. Specific fuel injection timing and ignition timing will be described later.

次に、図6に示すように、所定のエンジン負荷T1以上である高負荷のエンジン負荷領域、かつ、所定のエンジン回転数Re1未満の回転数領域(以下、「高負荷低回転領域」という)においては、主点火プラグ32のみの点火と設定している。本実施形態では、この領域での主燃焼室26内の混合気を、理論空燃比(λ=1)と設定している。この領域では、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62では、副室60内で点火しない。 Next, as shown in FIG. 6, there is a high engine load region that is equal to or higher than a predetermined engine load T1 and a rotation speed region that is less than a predetermined engine rotation speed Re1 (hereinafter referred to as a "high load low rotation region"). In this example, only the main spark plug 32 is set to ignite. In this embodiment, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 in this region is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ=1). In this region, the sub-spark plug 62 of the pre-chamber plug 30 does not ignite within the sub-chamber 60 .

ECU50は、このような制御マップに基づき、エンジン2の作動時において、アクセル開度センサSW7の出力信号により決定される目標エンジントルク、および、クランク角センサSW6により得られたエンジン2の回転数(rpm)により、エンジン2がこの高負荷高回転領域で作動しているか否かを判定する(図11参照)。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、点火時に、主燃焼室26内の空燃比が理論空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、主点火プラグ32により主燃焼室26内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
Based on such a control map, the ECU 50 determines the target engine torque determined by the output signal of the accelerator opening sensor SW7 and the rotation speed ( rpm), it is determined whether the engine 2 is operating in this high-load, high-speed region (see FIG. 11).
If it is determined that the range is within this range, in this embodiment, the ECU 50 mainly controls the fuel injection timing by the injector 28 so that the air-fuel ratio in the main combustion chamber 26 becomes the stoichiometric air-fuel ratio at the time of ignition. control like this. Further, the ECU 50 controls the timing of igniting the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 using the main ignition plug 32. Specific fuel injection timing and ignition timing will be described later.

次に、図6に示すように、所定のエンジン負荷T1以上である高負荷のエンジン負荷領域、かつ、所定のエンジン回転数Re1以上の高回転数領域(以下、「高負荷高回転領域」という)においては、主燃焼室26の混合気を、理論空燃比よりリーンな混合気(λ>1)と設定すると共に、プレチャンバープラグ30の副室60に流入する混合気の空燃比を、理論空燃比よりリーンな空燃比(λ>1)と設定している。また、この高負荷高回転領域では、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62のみで点火するよう設定している。 Next, as shown in FIG. 6, there is a high engine load region that is equal to or higher than a predetermined engine load T1 and a high engine speed region that is equal to or higher than a predetermined engine speed Re1 (hereinafter referred to as a "high load high rotation region"). ), the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (λ>1), and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the auxiliary chamber 60 of the pre-chamber plug 30 is set to a leaner air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio (λ>1). The air-fuel ratio is set to be leaner than the air-fuel ratio (λ>1). Further, in this high load, high rotation range, only the sub-spark plug 62 of the pre-chamber plug 30 is set to ignite.

ECU50は、このような制御マップに基づき、エンジン2の作動時において、アクセル開度センサSW7の出力信号により決定される目標エンジントルクにより、エンジン2がこの高負荷高回転領域で作動しているか否かを判定する(図11参照)。
この領域であると判定された場合、ECU50は、本実施形態では、主に、インジェクタ28による燃料噴射タイミングを制御することにより、主燃焼室26内およびプレチャンバープラグ30の副室60内の空燃比が、理論空燃比よりリーンな空燃比となるよう制御する。また、ECU50は、副点火プラグ62により副室60内の混合気に点火するタイミングを制御する。具体的な燃料噴射タイミングおよび点火タイミングは後述する。
Based on such a control map, when the engine 2 is operating, the ECU 50 determines whether or not the engine 2 is operating in this high-load, high-speed range based on the target engine torque determined by the output signal of the accelerator opening sensor SW7. (See FIG. 11).
If it is determined that the region is within this range, in this embodiment, the ECU 50 mainly controls the fuel injection timing by the injector 28 to control the air in the main combustion chamber 26 and the auxiliary chamber 60 of the pre-chamber plug 30. The fuel ratio is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Further, the ECU 50 controls the timing of igniting the air-fuel mixture in the sub chamber 60 using the sub ignition plug 62. Specific fuel injection timing and ignition timing will be described later.

ここで、本実施形態では、図6に示す制御マップにおいて、低中負荷領域と高負荷低回転領域との境界、および、低中負荷領域と高負荷高回転領域との境界となる所定のエンジン負荷(目標エンジントルク)T1は、最大のエンジン負荷を100%としたときの70%(T1=70%)に設定している。なお、変形例として、エンジンの仕様等に応じて、70%以外の数値を設定してもよい。 Here, in the present embodiment, in the control map shown in FIG. The load (target engine torque) T1 is set to 70% (T1=70%) when the maximum engine load is 100%. Note that as a modification, a value other than 70% may be set depending on the engine specifications and the like.

また、本実施形態では、図6に示す制御マップにおいて、高負荷低回転領域と高負荷高回転領域との境界となる所定のエンジン回転数Re1を3000rpmに設定している。なお、変形例として、この境界となるエンジン回転数を、上述した副室60の連通孔66の数および径などに応じて、たとえば、1000rpmに設定してもよい。 Further, in the present embodiment, in the control map shown in FIG. 6, a predetermined engine rotation speed Re1, which is the boundary between the high load low rotation area and the high load high rotation area, is set to 3000 rpm. In addition, as a modification, the engine rotational speed serving as this boundary may be set to 1000 rpm, for example, depending on the number and diameter of the communication holes 66 of the subchamber 60 described above.

次に、図7~図10により、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングを説明する。図7~図10は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートの一例であり、図7は、図6に示すエンジン制御マップにおける低中負荷領域における基本的なタイムチャートの例を示す図であり、図8は、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷低回転領域における基本的なタイムチャートの一例を示す図であり、図9は、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷高回転領域におけるタイムチャートの一例を示す図であり、図10は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置により制御される燃料噴射タイミングおよび点火タイミングのタイムチャートであり、図6に示すエンジン制御マップにおける高負荷高回転領域においてエンジン負荷に応じた燃料噴射タイミングの変更を説明するためのタイムチャートの一例を示す図である。 Next, fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 7 to 10. 7 to 10 are examples of time charts of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of a basic time chart in the high load low rotation region in the engine control map shown in FIG. 6, and FIG. 10 is a diagram showing an example of a time chart in a high-load, high-speed region in the engine control map shown in FIG. 6, and FIG. 10 shows timings of fuel injection timing and ignition timing controlled by the engine control device according to the embodiment of the present invention. 7 is a chart showing an example of a time chart for explaining a change in fuel injection timing according to engine load in a high load, high rotation region in the engine control map shown in FIG. 6. FIG.

まず、図7に示すように、本実施形態では、低中負荷領域において、吸気行程の中期(クランク角=-300°~-240°)の所定の時期で一括燃料噴射を行う。なお、このような燃料噴射時期は、吸気行程中期に限らず、吸気行程初期の所定のタイミングから吸気行程中期の所定のタイミングまでの間や、吸気行程中期の所定のタイミングから吸気行程後期の所定のタイミングまでの間など、吸気行程において燃料と空気をミキシングして、その混合気を理論空燃比とし、圧縮行程において、副室60内に理論空燃比の混合気を流入させることができるような時期であればよい。 First, as shown in FIG. 7, in this embodiment, batch fuel injection is performed at a predetermined timing in the middle of the intake stroke (crank angle=-300° to -240°) in the low-medium load region. Note that such fuel injection timing is not limited to the middle of the intake stroke, but can also be from a predetermined timing at the beginning of the intake stroke to a predetermined timing at the middle of the intake stroke, or from a predetermined timing at the middle of the intake stroke to a predetermined timing at the end of the intake stroke. During the period up to the timing of , fuel and air are mixed in the intake stroke to make the air-fuel mixture at the stoichiometric air-fuel ratio, and in the compression stroke, the air-fuel mixture at the stoichiometric air-fuel ratio can be caused to flow into the pre-chamber 60. It's fine if it's the right time.

また、図7に示すように、この低中負荷領域では、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62による副室60内の混合気への点火(以下、「PCP点火」という)を、圧縮上死点より前の圧縮行程後期に行う。 In addition, as shown in FIG. 7, in this low-medium load region, the ignition of the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 by the auxiliary ignition plug 62 of the pre-chamber plug 30 (hereinafter referred to as "PCP ignition") is This is done in the latter half of the compression stroke, before the point.

このように本実施形態では、基本的に吸気行程の中期で一括燃料噴射を行うことにより、吸気行程の後期において燃料と空気のミキシングを行い、混合気を均質にすることで、気筒22内に、λ=1の理論空燃比を有する混合気を形成し、その後、圧縮行程において、プレチャンバープラグ30の副室60内に、理論空燃比となっている混合気を流入させるようにしている。そして、設定した点火時期になると、副室60内に流入した混合気を副点火プラグ62により点火し、その副室60内で発生した火炎伝搬を、火炎として主燃焼室26に噴出/放射させ、それにより、主燃焼室26内の混合気の火炎伝搬を早めるようにしている。 In this way, in this embodiment, the fuel is basically injected at once in the middle of the intake stroke, and the fuel and air are mixed in the latter half of the intake stroke to make the air-fuel mixture homogeneous. , an air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio of λ=1 is formed, and then, in the compression stroke, the air-fuel mixture having the stoichiometric air-fuel ratio is caused to flow into the subchamber 60 of the pre-chamber plug 30. When the set ignition timing is reached, the air-fuel mixture that has entered the sub-chamber 60 is ignited by the sub-ignition plug 62, and the flame propagation generated within the sub-chamber 60 is ejected/radiated into the main combustion chamber 26 as flame. , thereby speeding up the flame propagation of the air-fuel mixture within the main combustion chamber 26.

次に、図8に示すように、本実施形態では、高負荷低回転領域において、吸気行程中期の所定の時期で燃料を噴射し、さらに、点火時期直前の少なくとも圧縮行程後半の所定の時期で燃料を噴射する。本実施形態では、この燃料噴射時期は、点火時期直前の圧縮行程の後半の範囲内に設定している。本実施形態における、このような燃料噴射時期は、点火時期直前の上死点付近におけるプリイグニッションが生じることが想定されるクランク角である。 Next, as shown in FIG. 8, in this embodiment, fuel is injected at a predetermined time in the middle of the intake stroke in the high load and low rotation region, and further at a predetermined time in the latter half of the compression stroke immediately before the ignition timing. Inject fuel. In this embodiment, this fuel injection timing is set within the latter half of the compression stroke immediately before the ignition timing. In this embodiment, such fuel injection timing is a crank angle at which it is assumed that pre-ignition occurs near top dead center immediately before the ignition timing.

また、図8に示すように、この高負荷低回転領域では、主点火プラグ32による主燃焼室26内の混合気への点火(以下、「主プラグ点火」という)を、圧縮上死点前後に行う。 In addition, as shown in FIG. 8, in this high-load, low-speed region, the main spark plug 32 ignites the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 (hereinafter referred to as "main plug ignition") around compression top dead center. to be done.

このように本実施形態では、圧縮行程の後期の後半の時期、すなわち、点火時期の直前のプリイグニッションの発生が想定されるクランク角において燃料を噴射するようにして、その燃料噴射により主燃焼室26の温度上昇を抑制して、プリイグニッションが発生するのを抑制するようにしている。
また、本実施形態では、点火時期直前の圧縮行程で分割噴射しているので、圧縮行程で噴射された燃料と主燃焼室26内の空気がミキシングされる時間が確保しにくくなり、その分、副室60に流入する混合気がリーンになりすぎて失火しやすいので、主点火プラグ32で点火することにより、主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させるようにしている。
In this way, in this embodiment, the fuel is injected at the latter half of the compression stroke, that is, at the crank angle at which pre-ignition is assumed to occur just before the ignition timing, and the fuel injection causes the main combustion chamber to be injected. By suppressing the temperature rise of 26, the occurrence of pre-ignition is suppressed.
In addition, in this embodiment, since split injection is performed in the compression stroke immediately before the ignition timing, it becomes difficult to secure time for mixing the fuel injected in the compression stroke and the air in the main combustion chamber 26, and accordingly, Since the air-fuel mixture flowing into the auxiliary chamber 60 becomes too lean and tends to misfire, the main ignition plug 32 is used to ignite the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 to ensure combustion.

次に、図9に示すように、本実施形態では、高負荷高回転領域において、吸気行程中期の所定の時期で燃料を噴射し、さらに、圧縮行程中期(-120°~-60°)の所定の時期で燃料を噴射する。なお、このような燃料噴射時期は、吸気行程中期および/または圧縮行程中期に限らず、点火時に、副室60内に燃焼可能な程度のリーンの空燃比の混合気が流入するような時期であればよい。 Next, as shown in FIG. 9, in this embodiment, in the high-load, high-speed region, fuel is injected at a predetermined timing in the middle of the intake stroke, and then in the middle of the compression stroke (-120° to -60°). Inject fuel at predetermined times. Note that such fuel injection timing is not limited to the middle of the intake stroke and/or the middle of the compression stroke, but is also a timing at which a mixture with a lean air-fuel ratio that can be combusted flows into the pre-chamber 60 at the time of ignition. Good to have.

また、図9に示すように、この高負荷高回転領域では、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62による副室60内の混合気への点火を、圧縮行程の後期に行う。 Further, as shown in FIG. 9, in this high-load, high-speed region, the auxiliary spark plug 62 of the pre-chamber plug 30 ignites the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 in the latter half of the compression stroke.

このように本実施形態では、分割噴射を行い、全噴射量の一部の燃料を圧縮行程で主燃焼室26に噴射するので、吸気行程における燃料噴射量を減らした分、点火時期に至るまでの間にミキシングされる主燃焼室26内の混合気をリーンにすることができ、そのようなリーンとなっている混合気を、副室60に流入させることができる。この場合、圧縮行程で噴射した燃料は、ミキシング時間が短い分、生成される混合気が少なくなり、副室60に入る混合気が少なくなる。これによっても、副室60内の混合気をリーン(λ>1)にすることができる。そして、副点火プラグ62により、副室60内の混合気に点火すると、混合気が理論空燃比である場合に対して混合気がリーンである分、副室60内の燃焼した混合気の火炎伝搬が遅くなる。そして、この副室60内の火炎伝搬が遅くなった分、副室60の連通孔66から噴出される火炎の勢いも弱まる。このようにして、本実施形態では、高負荷高回転領域では、主燃焼室26内における燃焼伝搬を遅くするようにしている。 In this way, in this embodiment, split injection is performed and a part of the total injection amount is injected into the main combustion chamber 26 during the compression stroke, so the amount of fuel injection in the intake stroke is reduced, and the fuel injection amount is reduced until the ignition timing. The air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 that is mixed during this time can be made lean, and such a lean air-fuel mixture can be allowed to flow into the auxiliary chamber 60. In this case, the fuel injected during the compression stroke produces less air-fuel mixture due to the short mixing time, and thus less air-fuel mixture enters the subchamber 60. This also makes it possible to make the air-fuel mixture in the subchamber 60 lean (λ>1). When the auxiliary spark plug 62 ignites the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60, the flame of the combusted air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 is caused by the fact that the air-fuel mixture is lean compared to when the air-fuel mixture is at the stoichiometric air-fuel ratio. Propagation slows down. As the flame propagation within the sub-chamber 60 becomes slower, the force of the flame ejected from the communication hole 66 of the sub-chamber 60 also weakens. In this way, in this embodiment, combustion propagation within the main combustion chamber 26 is slowed down in the high-load, high-speed region.

言い換えると、この高負荷高回転領域においては、副室60内の混合気をリーンにすることによって、副室60から勢いよく火炎が噴出することを抑制している。これにより、本実施形態では、主燃焼室26における燃焼伝搬が異常に早くなり、主燃焼室26の空間(気柱)に高周波数の気柱共鳴(1.5kHz、3~4kHz、6~7kHz付近など)が励振されるような異常燃焼を抑制するようにしている。 In other words, in this high-load, high-speed region, by making the air-fuel mixture in the sub-chamber 60 lean, flames are prevented from ejecting vigorously from the sub-chamber 60. As a result, in this embodiment, combustion propagation in the main combustion chamber 26 becomes abnormally fast, and high-frequency air column resonance (1.5 kHz, 3 to 4 kHz, 6 to 7 kHz) occurs in the space (air column) of the main combustion chamber 26. The system is designed to suppress abnormal combustion that would cause vibrations in the surrounding areas.

次に、図10に示すように、高負荷高回転領域では、エンジン負荷(目標エンジントルク)に応じて燃料噴射タイミングを変更するようにしている。より具体的には、本実施形態では、吸気行程における燃料噴射タイミングは変更しないが、圧縮行程における燃料噴射タイミングを、エンジン負荷が高くなるほど遅角するようにしている。より具体的には、本実施形態では、エンジン負荷が、低中負荷領域との境界であるエンジン負荷T1=70%のとき、図10においてF1で示すような燃料噴射タイミングで燃料を噴射し、その後、エンジン負荷が高くなるほど、図10においてF2で示すような燃料噴射タイミングまで遅角する。このように本実施形態では、高負荷高回転領域において、エンジン負荷が高くなるほど、燃料噴射タイミングを、圧縮行程中期から圧縮行程後期へと遅角するようにしている。 Next, as shown in FIG. 10, in the high-load, high-speed region, the fuel injection timing is changed according to the engine load (target engine torque). More specifically, in this embodiment, the fuel injection timing in the intake stroke is not changed, but the fuel injection timing in the compression stroke is retarded as the engine load increases. More specifically, in this embodiment, when the engine load is T1 = 70%, which is the boundary between the low and medium load region, fuel is injected at the fuel injection timing as shown by F1 in FIG. Thereafter, as the engine load increases, the fuel injection timing is retarded to the point indicated by F2 in FIG. In this manner, in the present embodiment, in the high-load, high-speed region, as the engine load increases, the fuel injection timing is retarded from the middle of the compression stroke to the latter half of the compression stroke.

また、この高負荷高回転領域では、副室60内の混合気への点火の時期を、上述した燃料噴射タイミングのエンジン負荷に応じた遅角と同様に、エンジン負荷が高くなるほど、圧縮上死点前後の時期に向けて遅角する。 In addition, in this high-load, high-speed region, the timing of ignition of the air-fuel mixture in the pre-chamber 60 is retarded according to the engine load in the same manner as the above-mentioned fuel injection timing. It is delayed towards the period around the point.

また、この高負荷高回転領域では、主燃焼室26内のスワール流が強くなるよう、図3に示すスワールコントロールバルブ56を制御する。
本実施形態では、主燃焼室26内のスワール流が強いほど、混合気が主燃焼室26およびピストン24の外周側に流れ、主燃焼室26およびピストン24の中央領域には流れにくくなることを利用している。ここで、本実施形態では、プレチャンバープラグ30の副室60は、上述したように、平面視で、主燃焼室26の中央領域に設けられている(図3参照)。従って、本実施形態では、主燃焼室26内のスワール流が強くなるようにすることで、混合気が中央領域には流れにくくなり、その分、中央領域に設けた副室60内に流入する混合気をリーンにするようにしている。
Further, in this high-load, high-speed region, the swirl control valve 56 shown in FIG. 3 is controlled so that the swirl flow within the main combustion chamber 26 becomes stronger.
In this embodiment, the stronger the swirl flow in the main combustion chamber 26, the more the air-fuel mixture flows toward the outer periphery of the main combustion chamber 26 and the piston 24, and becomes less likely to flow into the central region of the main combustion chamber 26 and the piston 24. We are using. Here, in this embodiment, as described above, the subchamber 60 of the prechamber plug 30 is provided in the central region of the main combustion chamber 26 in plan view (see FIG. 3). Therefore, in this embodiment, by making the swirl flow in the main combustion chamber 26 stronger, the air-fuel mixture becomes difficult to flow into the central region, and accordingly flows into the subchamber 60 provided in the central region. I try to keep the mixture lean.

次に、図11により、図6に示すエンジン制御マップに基づくECU50によるエンジン2の制御内容を説明する。図11は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置によるエンジン制御マップに基づくエンジンの制御内容を示すフローチャートである。なお、図11において、Sは各ステップを示す。 Next, with reference to FIG. 11, the details of control of the engine 2 by the ECU 50 based on the engine control map shown in FIG. 6 will be explained. FIG. 11 is a flowchart showing details of engine control based on an engine control map by the engine control device according to the embodiment of the present invention. Note that in FIG. 11, S indicates each step.

まず、図11に示すように、ECU50は、S1において、アクセル開度センサSW7からの出力信号、および、クランク角センサSW6の出力信号を読み込む。
次に、S2において、アクセル開度センサSW7からの出力信号に基づいて、目標エンジントルクT1を算出し、次に、S3において、クランク角センサSW6からの出力信号に基づいて、エンジン回転数を算出する。
次に、S4において、S2で算出された目標エンジントルクが所定値未満か否かを判定する。本実施形態では、このS4における目標エンジントルクの所定値は、上述したように、70%に設定されている。
First, as shown in FIG. 11, in S1, the ECU 50 reads the output signal from the accelerator opening sensor SW7 and the output signal from the crank angle sensor SW6.
Next, in S2, the target engine torque T1 is calculated based on the output signal from the accelerator opening sensor SW7, and then, in S3, the engine rotation speed is calculated based on the output signal from the crank angle sensor SW6. do.
Next, in S4, it is determined whether the target engine torque calculated in S2 is less than a predetermined value. In this embodiment, the predetermined value of the target engine torque in S4 is set to 70%, as described above.

S4において、目標エンジントルクが所定値(70%)未満であった場合(S4でYES)は、上述した低中負荷領域であると判定し、S5に進み、上述したように、λ=1の混合気でPCP点火を行う。
一方、S4において、目標エンジントルクが所定値(70%)以上であった場合(S4でNO)は、S6に進み、S3で算出されたエンジン回転数が所定値未満か否かを判定する。本実施形態では、このS5におけるエンジン回転数の所定値は、上述したように、3000rpmに設定されている。
In S4, if the target engine torque is less than the predetermined value (70%) (YES in S4), it is determined that the target engine torque is in the above-mentioned low-medium load region, and the process proceeds to S5. Perform PCP ignition with the mixture.
On the other hand, if the target engine torque is equal to or higher than the predetermined value (70%) in S4 (NO in S4), the process proceeds to S6, and it is determined whether the engine speed calculated in S3 is less than the predetermined value. In this embodiment, the predetermined value of the engine rotation speed in S5 is set to 3000 rpm, as described above.

S6において、目標エンジントルクが所定値(70%)未満であった場合(S6でYES)は、上述した高負荷低回転領域であると判定し、S7に進み、上述したように主点火プラグ32により主燃焼室26の混合気に点火する。
一方、S6において、目標エンジントルクが所定値(70%)以上であった場合(S6でNO)は、上述した高負荷高回転領域であると判定し、S8に進み、上述したように、λ>1の混合気でPCP点火を行う。
In S6, if the target engine torque is less than the predetermined value (70%) (YES in S6), it is determined that the target engine torque is in the above-mentioned high load low rotation region, and the process proceeds to S7, in which the main spark plug 32 is The air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 is ignited.
On the other hand, in S6, if the target engine torque is equal to or higher than the predetermined value (70%) (NO in S6), it is determined that the target engine torque is in the above-mentioned high-load, high-speed region, and the process proceeds to S8, in which λ Perform PCP ignition with a mixture of >1.

次に、図12および図13により、エンジン始動時に実行されるエンジンの制御内容を説明する。図12は、図6に示す制御マップのエンジン始動時に実行されるエンジンの制御内容を示すフローチャートであり、図13は、図12に示すフローチャートに基づいて決定される、エンジン水温に応じて切り換えられる主点火プラグと副点火プラグの制御内容を示すタイムチャートである。
まず、図12に示すように、S1において、イグニッション信号SW1がECU50に入力されると、S2に進み、冷却水温度センサSW5からの出力信号、および、クランク角センサSW6の出力信号を読み込む。
Next, with reference to FIGS. 12 and 13, details of engine control executed at engine startup will be described. FIG. 12 is a flowchart showing the engine control contents executed at the time of engine startup according to the control map shown in FIG. 5 is a time chart showing control details of the main spark plug and the sub spark plug.
First, as shown in FIG. 12, in S1, when the ignition signal SW1 is input to the ECU 50, the process proceeds to S2, where the output signal from the coolant temperature sensor SW5 and the output signal from the crank angle sensor SW6 are read.

次に、S3に進み、S2で読み込んだ冷却水温度センサSW5からの出力信号に基づいて、エンジン水温が所定温度以下か否かを判定する。本実施形態において、エンジン水温の所定温度(しきい値)は10℃である。
S3において、エンジン水温が所定温度以下であると判定されると(S3でYES)、S4に進み、S2で読み込んだクランク角センサSW6の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数から、エンジン始動時か否かを判定する。
S4において、エンジン始動時であると判定されると(S4でYES)、上述したように、主点火プラグ32のみで点火する。
Next, the process proceeds to S3, and it is determined whether the engine water temperature is below a predetermined temperature based on the output signal from the coolant temperature sensor SW5 read in S2. In this embodiment, the predetermined temperature (threshold value) of the engine water temperature is 10°C.
In S3, if it is determined that the engine water temperature is below the predetermined temperature (YES in S3), the process proceeds to S4 and starts the engine from the engine rotation speed calculated based on the output signal of the crank angle sensor SW6 read in S2. Determine whether it is time.
If it is determined in S4 that the engine is to be started (YES in S4), ignition is performed using only the main spark plug 32, as described above.

一方、S3において、エンジン水温が所定温度を超えると判定された場合(S3でNO)には、エンジン2が、プレチャンバープラグ30の副室60や連通孔66に氷結や水分の付着がなくなる程度に十分に暖気されているとして、上述した低中負荷領域におけるPCP点火(λ=1)を行う。
また、S4において、エンジン始動時ではないと判定された場合(S4でYES)、エンジン2の始動が完了したものとして、上述した低中負荷領域におけるPCP点火(λ=1)を行う。
On the other hand, if it is determined in S3 that the engine water temperature exceeds the predetermined temperature (NO in S3), the engine 2 is operated to such an extent that there is no freezing or moisture adhering to the auxiliary chamber 60 or the communication hole 66 of the pre-chamber plug 30. Assuming that the engine is sufficiently warmed up, PCP ignition (λ=1) is performed in the low-medium load range described above.
Further, in S4, if it is determined that it is not the time to start the engine (YES in S4), it is assumed that the starting of the engine 2 has been completed, and the PCP ignition (λ=1) in the above-mentioned low-medium load region is performed.

次に、図13に示すように、主点火プラグ32による主燃焼室26の混合気への点火(図13において、主点火OFF→ON)により、エンジン回転数が立ち上がる。このとき、冷却水温度が所定温度(10℃)以下である場合には、エンジン2の始動が完了し、エンジン2が通常に作動をしていても、主点火プラグ32による点火が継続される(主点火ON)。その後、エンジン水温が上昇し、10℃を超えると、上述した低中負荷領域におけるPCP点火(λ=1)に切り換えられる。 Next, as shown in FIG. 13, the main spark plug 32 ignites the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 (in FIG. 13, the main ignition turns from OFF to ON), causing the engine speed to rise. At this time, if the coolant temperature is below the predetermined temperature (10° C.), the engine 2 starts to complete, and the main spark plug 32 continues to ignite even if the engine 2 is operating normally. (Main ignition ON). Thereafter, when the engine water temperature rises and exceeds 10° C., the PCP ignition (λ=1) in the above-mentioned low-medium load region is switched.

このように本実施形態では、副室60やその連通孔66に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分が、副室60内の燃焼や連通孔66からの火炎の噴出を妨げないような所定のエンジン冷却水温を10℃を超える温度と設定している。従って、本実施形態では、エンジン冷却水温が10℃を超えるとき、副点火プラグ62により副室60内の混合気を燃焼させて、連通孔66から火炎を噴出させることにより、主燃焼室26における燃焼伝搬を早めて、エンジン2の熱効率を高めるようにしている。なお、本実施形態では、エンジン冷却水温のしきい値を10℃と設定しているが、エンジンの仕様等により、適宜、変更可能である。 In this way, in this embodiment, EGR condensed water adhering to the auxiliary chamber 60 and its communication hole 66 and moisture generated during combustion are prevented from interfering with combustion in the auxiliary chamber 60 and flame ejection from the communication hole 66. The predetermined engine cooling water temperature is set at a temperature exceeding 10°C. Therefore, in this embodiment, when the engine cooling water temperature exceeds 10° C., the auxiliary spark plug 62 combusts the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 and the flame is ejected from the communication hole 66. The combustion propagation is accelerated to increase the thermal efficiency of the engine 2. Note that in this embodiment, the threshold value of the engine cooling water temperature is set at 10° C., but it can be changed as appropriate depending on the specifications of the engine and the like.

次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の主な作用効果を説明する。
まず、本発明の実施形態によるエンジンシステム1のエンジン2の制御装置(ECU)50は、エンジンの冷却水温が所定温度以下(本実施形態では10℃)のときは、主点火プラグ32で点火させるので、副室60やその連通孔66に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分が、副室60内の燃焼や連通孔66からの火炎の噴出を妨げるようなエンジン冷却水温(本実施形態では10℃以下)であっても、主燃焼室26に臨み主燃焼室26の混合気に点火する主点火プラグ32で点火させるので、主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させることができる。すなわち、エンジン水温が低い状態でも、副室60を設けたエンジン2において主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させることができる。
Next, the main effects of the engine control device according to the embodiment of the present invention will be explained.
First, the control unit (ECU) 50 of the engine 2 of the engine system 1 according to the embodiment of the present invention causes the main spark plug 32 to ignite the engine when the engine cooling water temperature is below a predetermined temperature (10° C. in this embodiment). Therefore, the engine cooling water temperature is such that the EGR condensed water adhering to the subchamber 60 and its communication hole 66 and the moisture generated during combustion prevent combustion in the subchamber 60 and flame ejection from the communication hole 66 (in this implementation). Even if the temperature is below 10°C), the main ignition plug 32 facing the main combustion chamber 26 and igniting the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 ignites it, so the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 can be reliably combusted. I can do it. That is, even when the engine water temperature is low, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 can be reliably combusted in the engine 2 provided with the auxiliary chamber 60.

一方、本実施形態では、エンジンシステム1のエンジン2の制御装置50は、エンジン2の冷却水温が所定温度を超える水温のときは、プレチャンバープラグ30の副点火プラグ62で点火させるので、副室60やその連通孔66に付着したEGRの凝縮水や燃焼時に発生する水分が、副室60内の燃焼や連通孔からの火炎の噴出を妨げないようなエンジン冷却水温(本実施形態では10℃を超える水温)のとき、主燃焼室26および副室60の温度も上昇しているので、副点火プラグ62の点火による副室60内の混合気の燃焼が可能になる。従って、副点火プラグ62による副室60内の燃焼により、副室60の連通孔66から火炎を噴出させて、主燃焼室26内における燃焼伝搬を早めることができ、その結果、エンジン2の熱効率を高めることができる。 On the other hand, in this embodiment, when the cooling water temperature of the engine 2 exceeds a predetermined temperature, the control device 50 of the engine 2 of the engine system 1 causes ignition by the sub-spark plug 62 of the pre-chamber plug 30. The engine cooling water temperature is set so that EGR condensed water adhering to 60 and its communication hole 66 and moisture generated during combustion do not interfere with combustion in the subchamber 60 and flame ejection from the communication hole (in this embodiment, 10°C). Since the temperatures of the main combustion chamber 26 and the auxiliary chamber 60 are also rising, the air-fuel mixture in the auxiliary chamber 60 can be ignited by the ignition of the auxiliary spark plug 62. Therefore, combustion in the auxiliary chamber 60 by the auxiliary spark plug 62 causes flame to be ejected from the communication hole 66 of the auxiliary chamber 60, and combustion propagation within the main combustion chamber 26 can be accelerated, resulting in the thermal efficiency of the engine 2. can be increased.

また、本実施形態では、エンジンシステム1のエンジン2の制御装置50は、副室60や連通孔66に凝縮水や水分が付着している可能性があるエンジン始動時には主点火プラグ32で点火させるので、副室60内の副点火プラグ62による失火を防止しつつ、主点火プラグ32により主燃焼室26内の混合気を確実に燃焼させることができる。 Further, in this embodiment, the control device 50 of the engine 2 of the engine system 1 causes the main spark plug 32 to ignite the engine when starting the engine when there is a possibility that condensed water or moisture may be attached to the subchamber 60 or the communication hole 66. Therefore, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 26 can be reliably combusted by the main ignition plug 32 while preventing misfire caused by the auxiliary ignition plug 62 in the auxiliary chamber 60.

また、本実施形態によれば、エンジン2において、主点火プラグ32は排気ポート12側に設けられ、副室60および副点火プラグ62は吸気ポート8側に設けられている。従って、副室60が排気ガスの熱を受け、副室60内の温度が過度に上昇することを抑制することができ、これにより、副室60内での燃焼伝搬が早くなり、それに伴い、連通孔66から主燃焼室26に噴出する火炎の勢いが強くなってしまうことを抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, in the engine 2, the main spark plug 32 is provided on the exhaust port 12 side, and the auxiliary chamber 60 and the auxiliary spark plug 62 are provided on the intake port 8 side. Therefore, it is possible to prevent the sub-chamber 60 from receiving the heat of the exhaust gas and the temperature within the sub-chamber 60 from increasing excessively, thereby speeding up the propagation of combustion within the sub-chamber 60 and, accordingly, It is possible to suppress the momentum of the flame ejected from the communication hole 66 into the main combustion chamber 26 from becoming strong.

1 エンジンシステム
2 エンジン
8 吸気ポート
10 吸気バルブ
12 排気ポート
14 排気バルブ
16、18 可変バルブリフト機構
22 気筒(シリンダ)
24 ピストン
26 主燃焼室
30 プレチャンバープラグ(第2点火プラグ)
32 主点火プラグ(第1点火プラグ)
50 ECU(エンジンの制御装置)
52 シリンダブロック
54 シリンダヘッド
56 スワールコントロールバルブ
60 プレチャンバープラグ(PCP)の副室
62 副点火プラグ(第2点火プラグ)
66 連通孔/噴孔
1 Engine system 2 Engine 8 Intake port 10 Intake valve 12 Exhaust port 14 Exhaust valves 16, 18 Variable valve lift mechanism 22 Cylinder
24 Piston 26 Main combustion chamber 30 Pre-chamber plug (second spark plug)
32 Main spark plug (first spark plug)
50 ECU (engine control unit)
52 Cylinder block 54 Cylinder head 56 Swirl control valve 60 Sub-chamber 62 of pre-chamber plug (PCP) Sub-spark plug (second spark plug)
66 Communication hole/nozzle hole

Claims (4)

エンジンと、
このエンジンのシリンダ内を往復動するピストンと、
上記エンジンのシリンダヘッドおよび上記ピストンで形成される主燃焼室と、
上記エンジンの主燃焼室に設けられ、上記主燃焼室に連通する連通孔が形成された副室と、
上記エンジンに設けられ、上記主燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、
上記エンジンに設けられ、上記主燃焼室に臨み上記主燃焼室の混合気に点火する第1点火プラグと、
上記エンジンの副室内に設けられ、上記副室内の混合気に点火する第2点火プラグと、
上記エンジンの冷却水の水温を検出する冷却水温検出器と、
この冷却水温検出器からの出力信号を受け、上記第1点火プラグおよび上記第2点火プラグを制御する制御装置と、を備え、
上記インジェクタは、上記シリンダの軸線上に設けられ、
上記副室および上記第2点火プラグは、上記インジェクタに対して上記エンジンの吸気ポート側に設けられ、
上記制御装置は、上記冷却水温検出器により検出された上記エンジンの冷却水の水温が所定のしきい値以下であるか否かを判定する冷却水温判定手段を有し、
上記制御装置は、上記冷却水温判定手段により上記エンジンの冷却水温が所定のしきい値以下であると判定されたとき、上記第1点火プラグで点火させるように上記第1点火プラグを制御するよう構成されている、ことを特徴とするエンジンシステム。
engine and
A piston that reciprocates within the cylinder of this engine,
a main combustion chamber formed by the cylinder head of the engine and the piston ;
a sub-chamber provided in the main combustion chamber of the engine and having a communication hole communicating with the main combustion chamber;
an injector provided in the engine and injecting fuel into the main combustion chamber;
a first spark plug provided in the engine, facing the main combustion chamber and igniting the air-fuel mixture in the main combustion chamber;
a second spark plug that is provided in the subchamber of the engine and ignites the air-fuel mixture in the subchamber;
a cooling water temperature detector that detects the temperature of the cooling water of the engine;
a control device that receives an output signal from the cooling water temperature detector and controls the first spark plug and the second spark plug;
The injector is provided on the axis of the cylinder,
The subchamber and the second spark plug are provided on the intake port side of the engine with respect to the injector,
The control device has a cooling water temperature determining means for determining whether the temperature of the engine cooling water detected by the cooling water temperature detector is below a predetermined threshold;
The control device controls the first spark plug to cause ignition by the first spark plug when the coolant temperature of the engine is determined to be below a predetermined threshold by the coolant temperature determining means. An engine system comprising:
上記制御装置は、上記エンジンの冷却水温が上記所定のしきい値を超えると判定されたとき、上記第2点火プラグで点火させるよう上記第2点火プラグを制御するよう構成されている、請求項1に記載のエンジンシステム。 The control device is configured to control the second spark plug to cause the second spark plug to ignite when it is determined that the cooling water temperature of the engine exceeds the predetermined threshold. 1. The engine system according to 1. 上記制御装置は、上記エンジンの冷却水温が上記所定のしきい値以下であると判定され、かつ、上記エンジンの始動時は上記第1点火プラグで点火させるよう上記第1点火プラグを制御するよう構成されている、請求項1または請求項2に記載のエンジンシステム。 The control device is configured to control the first spark plug so that it is determined that the cooling water temperature of the engine is equal to or lower than the predetermined threshold value, and causes the first spark plug to ignite when starting the engine. The engine system according to claim 1 or claim 2, wherein the engine system comprises: 上記エンジンにおいて、上記第1点火プラグは上記エンジンの排気ポート側に設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエンジンシステム。 4. The engine system according to claim 1, wherein in the engine , the first spark plug is provided on an exhaust port side of the engine.
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