(57)【要約】【課題】  熱効率を向上するために部分負荷域において吸気弁８を遅閉じ側に制御するようにしたエンジンの吸排気制御装置Ａにおいて、吸気充填効率の低下による低負荷域での燃焼性の悪化を排気スワールの活用により解消して、熱効率の向上などによる燃費の低減効果を最大限に引き出せるようにする。【解決手段】  エンジンが低負荷域にあるときに、吸排気のバルブタイミングをいずれも大幅に遅角側に制御し、吸気弁８の遅閉じと排気弁９の遅開きとによって高膨張比サイクルを実現して、熱効率を向上し且つ吸気損失を低減可能にするとともに、吸気弁８の遅開きと排気弁９の遅閉じとによって、吸気行程の初期に気筒３内に排気を吸い戻すようにする。気筒３毎２つの排気弁９のリフトカーブを異ならせて、一方の排気弁９が他方よりも遅く閉じるようにし、これにより気筒３内に強い排気スワール流が生成されている期間において、当該気筒３内に燃料を供給する。【選択図】      図４
2006161666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の作動時期を制御するようにしたエンジンの吸排気制御装置であって、
エンジンには気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁が設けられ、
エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸気弁及び排気弁の両方の開弁及び閉弁時期をそれぞれ全負荷域に比べて遅角側に変更するとともに、その吸気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期をいずれも気筒の排気上死点よりも遅角側とする動弁時期変更手段と、
エンジンが前記低負荷側にあるときに、前記排気上死点よりも遅角側で排気弁が開いている期間において気筒内に吸い戻される排気の流れにスワール成分を付与するスワール生成手段と、
前記排気上死点よりも遅角側で排気弁が開いている期間において前記燃料噴射弁により気筒内に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備えている
ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸排気制御装置において、
燃料噴射制御手段は、気筒の圧縮行程中盤以降においても燃料噴射弁により燃料を噴射させるものであることを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項３】
エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の作動時期を制御するようにしたエンジンの吸排気制御装置であって、
エンジンには気筒への吸気通路に燃料を噴射するように燃料噴射弁が設けられ、
エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸気弁及び排気弁の両方の開弁及び閉弁時期をそれぞれ全負荷域に比べて遅角側に変更するとともに、その吸気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期をいずれも気筒の排気上死点よりも遅角側とする動弁時期変更手段と、
エンジンが前記低負荷側にあるときに、前記排気上死点よりも遅角側で排気弁が開いている期間において気筒内に吸い戻される排気の流れにスワール成分を付与するスワール生成手段と、を備え、
前記低負荷側における吸気弁の開弁時期が排気弁の閉弁時期よりも進角側とされていることを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の吸排気制御装置において、
排気弁は１つの気筒に２つ設けられていて、
スワール生成手段は、前記２つの排気弁のうちの一方を他方よりも早く閉じるように構成されていることを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の吸排気制御装置において、
２つの排気弁をそれぞれ駆動する２つの排気カムのプロファイル乃至位相が互いに異なっており、
動弁時期変更手段は、前記２つの排気カムのクランク回転に対する位相を変更可能な位相可変機構と、エンジンの運転状態に応じて前記位相可変機構を制御する位相制御手段とを備える
ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項６】
請求項４又は５のいずれかに記載の吸排気制御装置において、
気筒への吸気通路に絞り弁が設けられ、
エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに前記絞り弁によって吸気を絞る絞り弁制御手段を備えている
ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項７】
請求項４又は５のいずれかに記載の吸排気制御装置において、
気筒には吸気弁も２つ設けられ、
前記気筒の軸心に沿って見て、２つの排気弁のうち相対的に早く閉じられる一方の排気弁に対し対角に位置する方の吸気弁に対応して、この吸気弁の配設されている吸気通路を開閉可能な開閉弁が設けられ、
エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに前記開閉弁によって吸気通路を閉じる開閉弁制御手段を備えている
ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項８】
エンジンの吸排気弁の作動の位相を変更可能な位相可変機構を備え、該エンジンの運転状態に応じて前記位相可変機構により吸排気弁の作動位相を変更するようにしたエンジンの吸排気制御装置であって、
排気弁が１つの気筒に２つ設けられていて、
前記２つの排気弁のうちの一方が他方よりも早く閉じるように、該各排気弁をそれぞれ駆動する２つの排気カムのプロファイル乃至位相が互いに異なるものとされ、
エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸気弁の開弁及び閉弁時期がそれぞれ全負荷域に比べて遅角側になり、且つその開弁時期が気筒の排気上死点よりも遅角側になるとともに、前記２つの排気弁の開弁及び閉弁時期がそれぞれ全負荷域に比べて遅角側になり、且つ相対的に遅く閉じる方の排気弁の閉弁時期が気筒の排気上死点よりも遅角側になるように、前記位相可変機構を制御する位相制御手段を、備えている
ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの熱効率を向上するために部分負荷域において吸気弁を遅閉じ側に制御するようにした吸排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より一般に、ガソリンエンジンの熱効率を向上するために、吸気弁の閉じる時期を気筒の吸気下死点よりも大幅に遅角させて、気筒による吸気の実質的な圧縮比（以下、有効圧縮比という）を低下させ、これにより膨張比が圧縮比に対し相対的に高くなるようにした高膨張比サイクル（ミラーサイクル）は公知である。
【０００３】
すなわち、前記の高膨張比サイクルによれば、通常、気筒の幾何学的な圧縮比（＝膨張比）を高めに設定するとともに、前記のようにして有効圧縮比を下げることで、圧縮上死点付近での気筒内の過度の温度上昇を防止し、これによりノッキングを回避しつつ点火進角を可能として、高い熱効率を実現することができる。また、吸気弁の遅閉じによって気筒の吸気充填効率が低下することを利用して、その分、スロットル弁を大きく開くことができ、これにより低負荷乃至中負荷域における吸気損失の低減も図られる。
【０００４】
これに対し、排気弁の作動時期の制御によって気筒内の残留ガス（以下、内部ＥＧＲガスともいう）を増大させ、これにより当該気筒の吸気損失を低減するという技術も知られており、例えば特許文献１に開示される可変バルブタイミング制御装置では、エンジンが低負荷域にあるときに排気弁の閉弁時期を気筒の排気上死点よりも進角させ、吸気弁とのオーバーラップ期間をなくして、既燃ガスの一部を気筒内に閉じ込めるようにしている。
【０００５】
そうして気筒内に既燃ガスを閉じ込めると、このガス（内部ＥＧＲガス）が排気行程の終盤に圧縮されることによって気筒内の温度が上昇するので、比較的吸気量の少ない低負荷域であっても筒内温度が十分に高くなり、燃料の気化霧化が促進されて、燃焼性が向上するという効果も得られる。
【０００６】
さらに、同文献には、比較的吸気量の多い中負荷乃至高負荷域では、前記と反対に排気弁の閉弁時期を遅角側に制御して、排気の一部を気筒内に吸い戻すことにより、内部ＥＧＲガスを増やすことも開示されている（例えば請求項１２など）。
【０００７】
また、例えば特許文献２に開示される内燃機関の燃焼制御装置によれば、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備えて、ノンスロットル運転を行うようにした内燃機関（ミラーサイクルエンジン）において、前記特許文献１のものと同様に、比較的吸気量の少ない低負荷域において内部ＥＧＲガスの増大により吸気損失を低減するとともに、気筒の圧縮温度を高めて、燃料の気化霧化を促進するようにしている。
【０００８】
この装置の特徴は、吸気量の少ない低負荷域で気筒内に残留する不活性なガス（内部ＥＧＲガス）を増大させると、このガスによって新気（空気と燃料との混合気）が希釈される虞れがあるので、このことをできるだけ回避するために、気筒内に吸い戻す排気とその後に吸入する吸気とを上下方向（シリンダ軸心方向）に分離して、成層化させるようにしたことにある。
【０００９】
そのために、前記特許文献２の燃焼制御装置では、電磁駆動式のメリットを活かして、まず、前記の如く遅閉じにする排気弁の閉弁時期よりもさらに遅角側で吸気弁を開くようにして、両者のオーバーラップ期間をなくすとともに、気筒毎２つの排気弁のうちの一方は開かないようにして、他方の排気ポートのみから吸い戻される排気の流れによって気筒内にスワール流（以下、排気スワール流ともいう）を生成し、これにより、当該気筒内にできるだけ上下方向の流れを生じさせないようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３５５４６２号公報
【特許文献２】特開２０００−０４５８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述した公知の高膨張比サイクルでは、吸気弁の遅閉じによって吸気の一部を気筒の圧縮行程で吸気通路に戻すようにしており、これに伴い吸気流動のエネルギーも失われてしまうことから、それでなくても吸気流動の弱いエンジン低負荷域においては、この吸気流動による燃料と空気との混合促進が殆ど期待できなくなり、良好な混合気形成が難しくなる。このため、本来、高膨張比サイクルによる熱効率向上や吸気損失低減の効果が大きいはずの低負荷域において燃焼性が悪化してしまい、その効果がかなり目減りしてしまうという実状がある。
【００１１】
これに対し、前記前者の従来例（特許文献１）のように、気筒内に残留する高温のガス（内部ＥＧＲガス）を増大させれば、これにより燃料の気化霧化を促進することはできるが、それだけでは良好な混合気形成は望めない。
【００１２】
また、前記後者の従来例（特許文献２）のように気筒内に排気を吸い戻してスワール流を生成するようにすれば、これにより気筒内の流動を強化することはできるが、この従来例のものは、そうして生成した排気スワール流とその後に吸入する新気とを上下に分離するために、排気弁の閉じた後で吸気弁を開くようにしているので、こうして吸気弁が開いた後で気筒内に吸入される新気中の空気と燃料との混合を排気スワール流によって十分に促進することはできないと考えられる。
【００１３】
さらに、前記後者の従来例のものは、そもそも電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備えてノンスロットル運転を行うようにした内燃機関を前提としており、それが故に容易に排気スワール流を生成できるものではあるが、このような電磁駆動式の動弁系は未だ実用化の目途がたっておらず、現状では非常にコスト高になると考えられており、到底、現実的なものとは言い難い。
【００１４】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の作動時期を制御する場合に、少なくとも低負荷域において吸気弁の遅閉じなどにより熱効率の向上や吸気損失の低減を図りつつ、これに伴う燃焼性の悪化を排気スワールの活用により解消し、前記熱効率向上などによる燃費の低減効果を最大限に引き出せるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明は、部分負荷域の少なくとも低負荷側において、吸排気弁の作動時期をいずれも遅角側に制御し、吸気弁の遅閉じと排気弁の遅開きとによって高膨張比サイクルを実現しながら、吸気弁の遅開きと排気弁の遅閉じとによって気筒内に吸い戻す排気の流れにスワール成分を付与し、且つ、こうして排気スワール流を生成する期間において気筒内に燃料を供給するようにした。
【００１６】
具体的に、請求項１の発明では、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の作動時期を制御するようにしたエンジンの吸排気制御装置を対象として、このエンジンに、気筒内に燃料を直接、噴射するように燃料噴射弁が設けられている場合に、このエンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸気弁及び排気弁の両方の開弁及び閉弁時期をそれぞれ全負荷域に比べて遅角側に変更するとともに、その吸気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期をそれぞれ気筒の排気上死点よりも遅角側とする動弁時期変更手段と、エンジンが前記低負荷側にあるときに、前記排気上死点よりも遅角側で排気弁が開いている期間に気筒内に吸い戻される排気の流れにスワール成分を付与するスワール生成手段と、そうして排気弁が開いていて排気が吸い戻されている期間において、前記燃料噴射弁により気筒内に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備える構成とする。
【００１７】
前記の構成により、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときには、動弁時期変更手段によって吸気弁及び排気弁の両方の開弁及び閉弁時期がそれぞれ全負荷域に比べて遅角側に変更される。この吸排気弁の作動時期遅角により、まず、吸気弁の遅閉じによって有効圧縮比が低下するとともに、排気弁の遅開きによって有効膨張比が高くなり、所謂高膨張比サイクルとなってエンジンの熱効率が高くなり、且つ吸気損失を低減することができるようになる。
【００１８】
また、前記吸排気弁の作動時期遅角によって排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも大幅に遅角側になるとともに、吸気弁の開弁時期も気筒の排気上死点後まで遅角されることで、気筒の吸気行程において前記排気弁の開いている期間に気筒内に吸い戻される排気の流れが比較的強くなる。そして、その排気の流れにスワール生成手段によってスワール成分が付与されることで、気筒内に比較的強い排気スワール流が生成される。
【００１９】
そのように排気が吸い戻されて、気筒内に排気スワール流が生成されている期間において燃料噴射制御手段により燃料噴射弁を作動させて、燃料を気筒内に直接、噴射すれば、この燃料を前記排気スワール流によって分散させて、新気との混合を十分に促進するすることができる。また、気筒内に高温の排気（内部ＥＧＲガス）が吸い戻されることによって、燃料の気化霧化も促進される。
【００２０】
こうして、本来、吸気量が少なくて吸気流動の弱い低負荷域であっても良好な混合気形成を実現して、その燃焼性を確保することができ、これにより、前記高膨張比サイクルによる熱効率向上や吸気損失低減などの効果を最大限に引き出すことができるようになるので、内部ＥＧＲガスの増大による吸気損失の低減効果も加えて、エンジンの燃費を十分に低減することができる。
【００２１】
前記構成の吸排気制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、気筒の圧縮行程中盤以降においても燃料噴射弁により燃料を噴射させるものとするのが好ましい（請求項２の発明）。こうすれば、圧縮行程中盤以降に気筒内に直接、噴射した燃料を点火プラグ周りに成層化させて、気筒内全体で見れば理論空燃比乃至それよりもリーンな状態で安定した燃焼（弱成層燃焼）を実現できる。このことによっても燃費の低減が図られる。
【００２２】
次に、請求項３の発明では、エンジンに、気筒への吸気通路に燃料を噴射するように燃料噴射弁が設けられている場合に、前記請求項１の発明と同様の動弁時期変更手段と、スワール生成手段とを備えるとともに、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、前記動弁時期変更手段によって吸気弁の開弁時期を排気弁の閉弁時期よりも進角側になるように、即ち排気上死点後の吸気行程において吸気弁及び排気弁の開いている期間がオーバーラップするようにしたものである。
【００２３】
こうすることで、前記請求項１の発明と同じく、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、動弁時期変更手段によって吸排気弁の作動時期が遅角側とされて、所謂高膨張比サイクルとなることにより、エンジンの熱効率が高くなり且つ吸気損失も低減できるようになる。また、気筒内に吸い戻される排気の流れにスワール生成手段によってスワール成分が付与される。
【００２４】
そうして気筒内に排気スワール流が生成されている期間において、吸気弁が開かれて、新気（空気と燃料との混合気）が気筒内に吸入されると、この新気の流れと前記排気スワール流とが直接的に干渉して、その新気中の空気及び燃料の混合が効果的に促進されるとともに、高温の排気（内部ＥＧＲガス）によって燃料の気化霧化も効果的に促進されることになり、それらの相乗的な作用によって良好な混合気形成が実現する。
【００２５】
こうして、前記請求項１の発明と同様に、エンジンの低負荷域においても良好な混合気形成によって燃焼性を確保し、前記高膨張比サイクルによる熱効率向上や吸気損失低減などの効果を最大限に引き出すことができ、さらに内部ＥＧＲガスの増大による吸気損失の低減効果も加えて、エンジンの燃費を十分に低減することができる。
【００２６】
尚、前記のように吸気弁及び排気弁の開いている期間をオーバーラップさせるときには、排気による新気の希釈が懸念されるが、この点については、吸気弁の開弁時期を気筒の排気上死点から適度に遅角側に設定して、オーバーラップ期間があまり長くならないようにすれば、排気による新気の希釈を抑制しながら、排気スワール流による空気と燃料の混合を促進することができる。
【００２７】
前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の吸排気制御装置において、排気弁が１つの気筒に２つ設けられている場合には、スワール生成手段は、前記２つの排気弁のうちの一方を他方よりも早く閉じるものとすればよい（請求項４の発明）。こうすれば、相対的に遅くまで開いている方の排気ポートのみから吸い戻される排気によって、気筒内に強い排気スワール流を生成することができる。
【００２８】
より具体的には、例えば、前記２つの排気弁をそれぞれ駆動する２つの排気カムのプロファイル乃至位相（すなわち、カムのプロファイル及び位相のうちの少なくとも一方）を互いに異なるものとして、いずれか一方の排気弁が他方よりも早く閉じるようにすればよい。この場合には、動弁時期変更手段は、前記２つの排気カムのクランク回転に対する位相を変更可能な位相可変機構と、エンジンの運転状態に応じて前記位相可変機構を制御する位相制御手段とを備えるものとすればよく（請求項５の発明）、動弁系の可変機構としては位相可変だけという簡単で安価な構造でもって、前記発明の作用効果を得ることができる。
【００２９】
さらに、前記構成において、気筒への吸気通路に絞り弁を配設し、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに前記絞り弁によって吸気を絞る絞り弁制御手段を備えることが好ましい（請求項６の発明）。こうすれば、吸気の流速を高めて吸気流動を強化することができ、このことによっても空気と燃料の混合を促進できる。
【００３０】
より好ましくは、エンジンの気筒に吸気弁も２つ設けられている場合に、その気筒の軸心に沿って見て、２つの排気弁のうち相対的に早く閉じられる一方の排気弁に対し対角に位置する方の吸気弁に対応して、この吸気弁の配設されている吸気通路を開閉可能な開閉弁を設けるとともに、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに前記開閉弁によって吸気通路を閉じる開閉弁制御手段を備えればよい（請求項７の発明）。
【００３１】
こうすれば、気筒へ吸気を供給する２つの吸気通路のうちの一方を閉じることで、吸気の流速を高めて吸気流動を強化することができる上に、気筒内に排気スワール流と同じ向きの吸気スワール流が生成されるので、気筒内の流動のさらなる強化が図られる。
【００３２】
次に、請求項８の発明は、エンジンの吸排気弁の作動の位相を変更可能な位相可変機構を備え、該エンジンの運転状態に応じて前記位相可変機構により吸排気弁の作動位相を変更するようにしたエンジンの吸排気制御装置を対象として、排気弁が１つの気筒に２つ設けられている場合に、その２つの排気弁のうちの一方が他方よりも早く閉じるように、該各排気弁をそれぞれ駆動する２つの排気カムのプロファイル乃至位相を互いに異なるものとし、その上で、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸気弁の開弁及び閉弁時期がそれぞれ全負荷域に比べて遅角側になり、且つその開弁時期が気筒の排気上死点よりも遅角側になるとともに、前記２つの排気弁の開弁及び閉弁時期がそれぞれ全負荷域に比べて遅角側になり、且つ相対的に遅く閉じる方の排気弁の閉弁時期が気筒の排気上死点よりも遅角側になるように、前記位相可変機構を制御する位相制御手段を備える構成とする。
【００３３】
前記の構成により、前記請求項１、３の発明と同様に、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、位相制御手段による位相可変機構の制御によって吸排気弁の作動時期が遅角されて所謂高膨張比サイクルとなることにより、エンジンの熱効率が高くなり且つ吸気損失も低減できるようになる。
【００３４】
また、気筒の２つの排気弁のリフト特性が互いに異なり、一方の排気弁が他方よりも早く閉じるようになっているので、前記吸排気弁の作動時期遅角によって相対的に遅く閉じる前記他方の排気弁の閉弁時期が気筒の排気上死点よりも遅角側になると、この遅くまで開いている排気弁の方の排気ポートのみから排気が吸い戻されることによって、気筒内に強い排気スワール流が生成される。
【００３５】
すなわち、従来例（特許文献２）のような電磁駆動式の動弁系とは異なり、位相可変のみという簡単且つ安価な構成でもって強い排気スワール流を生成することができるので、そうして排気スワール流が生成されている期間において気筒内に燃料を供給するようにすれば、前記請求項１、３の発明と同じ作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明に係るエンジンの吸排気制御装置によると、エンジンが部分負荷域の少なくとも低負荷側にあるときに、吸排気弁の作動時期をいずれも遅角側に制御し、吸気弁の遅閉じと排気弁の遅開きとによって高膨張比サイクルを実現して、熱効率の向上や吸気損失の低減を図るとともに、吸気弁の遅開きと排気弁の遅閉じとによって気筒内に吸い戻す排気によりスワール流を生成することができる。
【００３７】
そして、そのように排気スワール流が生成されている期間において気筒内に燃料を供給すれば、前記吸気弁の遅閉じなどにより吸気流動が非常に弱くなるエンジンの低負荷域においても排気スワールを十分に活用して良好な混合気形成を実現し、これにより燃焼性を確保して前記高膨張比サイクルによる熱効率向上や吸気損失低減などの効果を最大限に引き出すことができ、さらに内部ＥＧＲガスの増大による吸気損失の低減効果も加えて、エンジンの燃費を十分に低減することができる。
【００３８】
特に、請求項５、８の発明では、エンジンの１つの気筒に排気弁が２つ設けられている場合に、２つの排気カムのプロファイル乃至位相を互いに異ならせて、一方の排気弁が他方よりも早く閉じるようにしたので、部分負荷域において前記２つの排気弁の位相を遅角側に変更するだけで、気筒内に強い排気スワール流を生成することができる。つまり、動弁系の可変機構としては位相可変だけという簡単で且つ安価な構造でもって、前記の効果を十分に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００４０】
（エンジンの概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係る吸排気制御装置Ａを備えた直噴式ガソリンエンジンのシリンダヘッド１を示し、このシリンダヘッド１は、同図(a)に上端部のみを示すシリンダブロック２の上部に取り付けられて、図示しない複数のヘッドボルトにより強固に締結されている。そのシリンダブロック２の上面には気筒３（シリンダ）の上端が開口され、この開口部を覆うシリンダヘッド１の下面には平面視で略円形の窪みが形成されていて、この窪みと、当該気筒３内に嵌装されたピストン４の頂面との間に、燃焼室５が区画形成されている。
【００４１】
すなわち、前記ピストン４の頂面が燃焼室５の底面になり、シリンダヘッド１の窪みが燃焼室５の天井部になっていて、模式的に図２にも示すように、この実施形態の燃焼室５は、その天井部を構成する２つの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすペントルーフ型のものである。そして、図１(a)のようにエンジン前後方向に見ると、右側の傾斜面には２つの吸気ポート６，６の下流端がそれぞれ開口し、左側の傾斜面には２つの排気ポート７，７の上流端がそれぞれ開口している。
【００４２】
前記吸気ポート６，６は、それぞれ前記燃焼室５の天井部から斜め上方に向かって略直線的に延びていて、上流端がシリンダヘッド１の一側面に開口しており、この各開口部にそれぞれ連通する独立吸気通路６ａ，６ａのうちの一方（図１(a)及び図２において手前側に位置する方）にはスワール弁６ｂ（開閉弁）が配設されている。このスワール弁６ｂは、図示しないステッピングモータなどのアクチュエータにより駆動されて、前記一方の独立吸気通路６ａを開閉することにより、気筒３内に吸気スワール流を生成するためのものである。
【００４３】
一方、前記排気ポート７，７は、それぞれ前記燃焼室５の天井部から斜め上方に立ち上がった後に略水平に延びて、シリンダヘッド１の他側面（図１(a)の左側面）に開口しており、図１(b)にのみ示すが、２つの排気ポート７，７のうちの一方（図１(a)及び図２において手前側に位置する方）は、下流側から上流側に遡るに従って気筒円周方向を指向するタンジェンシャルポートとされており、後述の如く気筒３の吸気行程において排気が吸い戻されるときに、この排気流に前記吸気スワール流と同じ向きのスワール成分を付与するようになっている。
【００４４】
前記図１(b)や図２などに示すように、この実施形態のエンジンは、１つの気筒３に対して吸気及び排気弁８，９が２つずつ設けられた４弁式のものであり、この吸気及び排気弁８，９は、それぞれ前記吸気及び排気ポート６，７の燃焼室５側の開口端に配設されている。該吸気及び排気弁８，９は、それぞれ、軸端部に固定されたリテーナ１０，１０を介してコイルスプリング１１，１１により上方（弁を閉じる方向）に付勢される一方、バルブリフタ１２，１２を介してカムシャフト１３，１４のカム１３ａ，１４ａ，…により弁軸方向に押圧されることによって、前記スプリング１１の付勢力に抗して押し下げられるようになっている（弁の開作動）。
【００４５】
すなわち、前記吸気及び排気の２本のカムシャフト１３，１４は、それぞれ図示しないカムチェーンを介してクランクシャフトに駆動連結されており、このクランクシャフトの回転に同期して吸気及び排気カムシャフト１３，１４がそれぞれ回転されることにより、吸気及び排気弁８，９がそれぞれ所定のタイミングで開閉されるようになっている（図４参照）。
【００４６】
特に、この実施形態では、前記排気カムシャフト１４に設けられた各気筒３毎２つのカム１４ａ，１４ｂ（排気カム）のプロファイルが互いに異なっており、このことで、２つの排気弁９，９のうちの一方（図１(a)及び図２において手前側に位置するもの）、即ち前記タンジェンシャルポートとされている排気ポート７に配設されたものが、他方よりも遅く閉じられるようになっている。
【００４７】
また、前記吸気及び排気カムシャフト１３，１４には、それぞれ各カムシャフト１３，１４のクランク回転に対する回転位相（位相角）を所定の角度範囲（例えば４０〜５０°ＣＡ）において連続的に変更可能な位相可変機構１５，１５（Variable Cam Timing 以下、ＶＣＴともいう）が付設されており、このＶＣＴ１５によって前記吸気弁８及び排気弁９の開閉時期がそれぞれ変更されるようになっている。
【００４８】
詳しくは、例えば吸気側について図３に一例を示すように、前記ＶＣＴ１５は、吸気側カムシャフト１３の前端部に固定されたロータ１５ａと、このロータ１５ａを覆うように配置されて、カムチェーンの巻き掛けられるスプロケット１５ｂに固定されたケーシング１５ｃとからなる。前記ロータ１５ａの外周には外方に向かって放射状に突出する４つのベーンが設けられ、一方、ケーシング１５ｃの内周には内方に向かって延びる４つの区画壁が設けられていて、それらのベーンと区画壁とのの間に複数の油圧作動室１５ｄ，１５ｅ，…が形成されている。
【００４９】
そして、図示しないカムチェーンからスプロケット１５ｂに入力する回転入力がケーシング１５ｃ、油圧作動室１５ｄ，１５ｅ及びロータ１５ａを介して吸気カムシャフト１３に伝達される。その際、前記油圧作動室１５ｄ，１５ｅ，…に供給されるエンジンオイルの油圧がオイルコントロールバルブ１５ｆ（以下、ＯＣＶという）によって調整されることで、前記ロータ１５ａ及びケーシング１５ｃ、即ちカムシャフト１３及びスプロケット１５ａの相対的な回転位置が変更されて、該カムシャフト１３のクランクシャフトに対する回転位相が変更される。
【００５０】
すなわち、前記ＶＣＴ１５のロータ１５ａ及びケーシング１５ｃの間には、進角側の油圧作動室１５ｄ，１５ｄ，…と遅角側の油圧作動室１５ｅ，１５ｅ，…とが周方向に交互に配置されており、ＯＣＶ１５ｆによる油圧制御によって進角側作動室１５ｄ，１５ｄ，…の油圧力が増大すると、ロータ１５ａはケーシング１５ｃに対しカムシャフト１３の回転する向き（図に矢印で示す）に回動され、これにより、図４(a)に示すように、吸気弁８のの開弁時期IO及び閉弁時期IC、並びに排気弁９の開弁時期EO及び閉弁時期EC1，EC2が相対的に進角側とされる。
【００５１】
反対に、前記ＯＣＶ１５ｆによる油圧制御によって遅角側作動室１５ｅ，１５ｅ，…の油圧力が増大すると、ロータ１５ａはケーシング１５ｃに対しカムシャフト１３の回転する向きとは反対に回動されて、図４(b)に示すように、吸気弁８のの開弁時期IO及び閉弁時期IC、並びに排気弁９の開弁時期EO及び閉弁時期EC1，EC2が遅角側にシフトされる。
【００５２】
こうして吸気及び排気カムシャフト１３，１４のＶＣＴ１５，１５をそれぞれ遅角側、進角側に作動させることにより、例えば、吸排気弁８，９のオーバーラップ期間を変更して、気筒３内の残留ガス（内部ＥＧＲガス）量を変化させることができる。また、前記図４(b)のように吸気弁８の遅閉じによって有効圧縮比を低下させ、排気弁９の遅開きによって有効膨張比を高めれば、所謂高膨張比サイクルを実現することができ、この際、排気弁９の閉弁時期EC1，EC2を排気上死点TDCよりも大幅に遅角させることで、気筒３内に排気を吸い戻して、内部ＥＧＲガスを増大させることもできる。
【００５３】
さらに、この実施形態では上述の如く各気筒３毎２つの排気カム１４ａ，１４ｂのプロファイルが互いに異なっていて、一方の排気弁９が他方よりも遅く閉じられることから、前記のように排気弁９の閉弁時期EC1，EC2を大幅に遅角させれば、一方の排気弁９の閉弁時期EC1から他方の排気弁９の閉弁時期EC2までの間、片方の排気ポート７のみから気筒３内に吸い戻される排気流によって、当該気筒３内に強い排気スワール流を生成することができる。
【００５４】
尚、前記図４に示す吸排気弁８，９の吸排気弁８，９のリフトカーブにおいて、開弁時期IO，EO、閉弁時期IC，EC1，EC2というのは、それぞれ緩衝部を除いたリフトカーブの始端及び終端のことである。
【００５５】
前記図１，２に示すように、各気筒３毎の燃焼室５の上方には、４つの吸排気弁８，９に取り囲まれるようにして点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６は、気筒３内に形成した混合気に圧縮行程終盤などの所定のタイミングで点火するためのものであり、その先端の放電電極が燃焼室５の天井部からやや突出するように設けられている。また、この実施形態のエンジンでは、前記主点火プラグ１６の基端部にはイグナイタを内蔵した点火コイル１７が接続されている。
【００５６】
一方、前記燃焼室５の吸気側の周縁部には、２つの吸気ポート６，６の下方において、それらに挟まれるようにして直噴用の高圧インジェクタ１８（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１８は、ニードル弁及び電磁ソレノイドを内蔵し、該ソレノイドに印加されるパルス信号の幅（燃料噴射パルス幅）に対応する分量の燃料を噴射するものである。このインジェクタ１８の先端の噴孔は燃焼室５を臨むように配置され、一方、インジェクタ１８の基端部には燃料分配供給管が接続されている。
【００５７】
図５は、この実施形態に係るエンジンの吸排気制御装置Ａの概要を示すブロック図である。この制御装置Ａの主要部であるエンジンコントロールユニット２０（以下、ＥＣＵという）は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、少なくとも、吸気及び排気カムシャフト１３，１４の回転角をそれぞれ検出するカム角センサ２１，２１と、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ２２と、上流側の吸気通路に配設されて吸気の流量を検出するエアフローセンサ２３と、自動車のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ２４と、からそれぞれ出力される検出信号を受け入れるようになっている。
【００５８】
そして、前記ＥＣＵ２０は、前記各センサ２１〜２４などから入力した信号に基づいてエンジンの運転状態を判定し、これに応じてアクチュエータを作動させることによって、エンジンの運転制御を行う。すなわち、この実施形態のＥＣＵ２０は、メモリに記憶されているエンジン制御プログラムによって機能的に、吸気通路に配設されている電気式スロットル弁２５の開度を調節して吸気の流量を制御する吸気量制御部２０ａと、燃料噴射パルスによりインジェクタ１８の開弁時期及び開弁期間を調整して、燃料の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御部２０ｂ（燃料噴射制御手段）と、を備えている。
【００５９】
また、ＥＣＵ２０は、ＶＣＴ１５（ＯＣＶ１５ｆ）の制御によって吸気及び排気弁８，９の開閉作動時期（以下、単にバルブタイミングともいう）を変更するバルブタイミング制御部２０ｃ（位相制御手段）を備えている。このバルブタイミング制御部２０ｃは、以下に述べるように、エンジンの運転状態に基づいて予め実験等により設定された制御マップから吸排気弁８，９の開閉作動時期を決定し、カム角センサ２１及びクランク角センサ２２による検出値をフィードバックしながら、吸排気の各ＶＣＴ１５の作動制御を行うものである。
【００６０】
さらに、ＥＣＵ２０は、以下に述べるように、エンジンの低負荷域においてスワール弁６ｂを閉じるスワール弁制御部２０ｄを備えているとともに、点火プラグ１６のイグナイタの作動制御によって、エンジンの運転状態に対応する適切な点火時期の制御を行うようになっている。
【００６１】
次に、本発明の特徴部分として、前記ＥＣＵ２０によるエンジンの主にバルブタイミングの制御について具体的に説明すると、図６に制御マップの一例を示すように、この実施形態ではエンジンの運転状態を制御マップ上においてアイドル域、低負荷域、中負荷域及び高負荷域（全負荷を含む）に分けて、アイドル域又は高負荷域では前記図４(a)に示すようにバルブタイミングを相対的に進角側に制御する一方、低負荷乃至中負荷域においては相対的に遅角側に制御するようにしている。
【００６２】
すなわち、前記アイドル域又は高負荷域においては気筒３のガス交換効率が高いバルブタイミングとすることで、アイドル域ではスロットル弁２５が略全閉になっていても所要の吸気充填量を確保して、アイドル安定性を高めることができ、また、高負荷域では吸気充填効率の向上によって出力を高めることができる。
【００６３】
一方、例えばエンジンが低負荷域にあるときには、前記図４(b)に示すように吸気弁８及び排気弁９の両方のバルブタイミングを前記アイドル域や高負荷域に比べて大幅に遅角させ、所謂高膨張比サイクルを実現するとともに、内部ＥＧＲガス量を増大させて、熱効率の向上と吸気損失の低減とによって燃費の大幅な低減を図るようにしている。また、中負荷域では前記低負荷域よりはバルブタイミングを進角させて、図示しないが前記高負荷域との中間的な状態になるように制御することで、前記熱効率の向上や吸気損失の低減による燃費の低減を図りつつ、気筒３への吸気充填量を増やしてエンジン出力を確保するようにしている。
【００６４】
より詳しくは、まず、図４(b)に示すように、吸気弁８の閉弁時期ICを吸気下死点BDCよりも大幅に遅角側にすると、吸気行程で一旦、気筒３内に吸入した空気の一部が圧縮行程で吸気通路に戻されることから、当該気筒３の吸気充填効率が低下するようになり、その分、スロットル弁２５を大きく開くことによって吸気損失を低減できる。
【００６５】
また、同図に示すように排気弁９の開弁時期EO及び閉弁時期EC1，EC2を大幅に遅角させると、その開弁時期EOの遅角により気筒３の膨張行程が長くなって（有効膨張比アップ）熱効率が向上するとともに、閉弁時期EC2が排気上死点TDCよりも大幅に遅角することで、排気の一部が気筒３内に吸い戻されるようになる。そして、こうして気筒３内に排気が吸い戻されて、内部ＥＧＲガスが増大する分もスロットル弁２５を大きく開くことができるようになり、このことによっても吸気損失を低減できる。
【００６６】
そのような吸排気バルブタイミングの遅角によって、低負荷低回転域においてエンジンのポンプ仕事がどのように変化するのか、一般的な４弁式エンジンについてコンピュータシミュレーションにより求めた結果を図７(a)に示す。バルブタイミングは、吸気弁の開閉時期をそれぞれ上死点前−３°ＣＡ、下死点後５３°ＣＡとし、且つ、排気弁の開閉時期をそれぞれ下死点前４０°ＣＡ、上死点後−１°ＣＡとした場合を標準（ＳＴＤ）として、吸気のバルブタイミングは約３０°ＣＡ遅角させる一方、排気のバルブタイミングは進角側へ約１５°ＣＡ、遅角側へは約４０°ＣＡの範囲で変化させた。
【００６７】
同図によれば、吸気弁を遅閉じとすることによって、排気弁の開閉時期が同じであってもポンプ仕事は減少するが、さらに、排気弁の遅開き又は遅閉じによってそれぞれポンプ仕事を減少できることが分かる。すなわち、排気バルブタイミングをＳＴＤから遅角側に変更していくと、最初のうちはややポンプ仕事が増大するが、約２０°ＣＡ以上、遅角させるとポンプ仕事は減少に転じ、その後は、排気バルブタイミングの遅角に応じてポンプ仕事が減少するようになる。一方、排気バルブタイミングをＳＴＤから進角側に変更すると、これに応じてポンプ仕事は減少する。
【００６８】
また、気筒内の残留ガス（内部ＥＧＲガス）割合の変化については同図(b)に示すようになり、残留ガス割合には吸気バルブタイミングの変更による影響は殆どなく、排気バルブタイミングの変更に応じて変化することが分かる。すなわち、排気バルブタイミングをＳＴＤから遅角側に変更していくと、最初のうちはやや残留ガス割合が減少し、その後は排気バルブタイミングの遅角に応じて増大する。一方、排気バルブタイミングをＳＴＤから進角側に変更すると、これに応じて残留ガス割合は増大する。
【００６９】
前記図(a)，(b)を対比すると、排気バルブタイミングの変更によって気筒内の残留ガス割合が変化し、これによりポンプ仕事の大きさが変化することが分かる。すなわち、排気バルブタイミングをＳＴＤよりも遅角側に変更すると、最初のうちは排気の抜け（排気効率）が良くなって、気筒内の残留ガス割合がやや減少し、その分、ポンプ仕事が増大するが、約２０°ＣＡ以上、遅角すると、今度は排気通路に流出した排気の一部が気筒内に吸い戻されるようになり、これにより残留ガス割合が増大して、その分、ポンプ仕事が減少するのである。
【００７０】
一方、排気バルブタイミングをＳＴＤよりも進角側に変更した場合には、排気弁の開時期が排気上死点よりも進角することになるので、既燃ガスが気筒内に閉じ込められて残留ガス割合が増大し、これによりポンプ仕事が減少すると考えられる。
【００７１】
尚、前記両図には、それぞれ、吸気バルブタイミングは標準状態（ＳＴＤ）のままで排気バルブタイミングだけを約３０°ＣＡ遅角させて、両者のオーバーラップを大きくした場合のポンプ仕事及び残留ガス割合を三角印（△：Ｏ／Ｌ大）として示す。この場合には、排気バルブタイミングの大幅な遅角によって、前記と同様に排気通路に流出した排気の一部が気筒内に吸い戻されるようになるので、図(b)に示すように残留ガス割合は多くなるが、吸気の遅閉じによる吸気損失の低減効果が得られないので、図(a)に示すように、標準状態からのポンプ仕事の低減度合いはあまり大きくはならない。
【００７２】
前記のようなバルブタイミングの変更によって、圧縮上死点近傍における気筒内の温度及び圧力状態が変化する様子をそれぞれ図(c)，(d)に示す。この両図からは、前記の如く吸気弁の遅閉じにより、圧縮上死点近傍の気筒内温度及び圧力がやや低くなるが、前記のように排気弁の遅閉じによって高温の残留ガス割合を増大させれば、温度及び圧力の低下を抑制することができ、特に排気バルブタイミングを約２０°ＣＡ以上、遅角させれば、気筒内に吸い戻される排気によって気筒内温度及び圧力がむしろ高くなることが分かる。このように、吸気の遅閉じに起因する気筒内温度及び圧力の低下を抑制できることから、特に吸気充填量の少ない低負荷の運転状態でも燃焼性の悪化を抑制することができる。
【００７３】
また、同図(c)からは、排気バルブタイミングを大幅に遅角させても、「Ｏ／Ｌ大」のときに比べて気筒内温度の上昇は抑えられることが分かる。これは、吸気弁の遅閉じによって有効圧縮比を低下させることができるからであり、前記図(b)に示すように残留ガス（内部ＥＧＲガス）の割合が「Ｏ／Ｌ大」のときとあまり変わらないほど多くても、「Ｏ／Ｌ大」のときのようには気筒内温度が上昇しない。このように気筒内温度の過度の上昇が抑えられることから、相対的に負荷の高い中負荷域においてもノッキングの発生を抑制できる。
【００７４】
以上のシミュレーション結果から、一般的な４弁式のＤＯＨＣエンジンにおいて、低負荷乃至中負荷域で吸気バルブタイミングを大幅に（例えば低負荷域で約３０°ＣＡ）遅角させるとともに、排気バルブタイミングを約２０〜４０°ＣＡ遅角させて、その閉弁時期を排気上死点後２０°ＣＡ以降とすることにより、所謂高膨張比サイクルを実現及び内部ＥＧＲガスの増大によって熱効率を向上し、且つ吸気損失を低減することができ、これにより燃費の大幅な低減が可能になることが分かる。
【００７５】
しかしながら、前記のように吸気弁の遅閉じによって吸気の一部を吸気通路に戻すようにすると、これに伴い吸気流動のエネルギーも失われてしまうことから、それでなくても吸気流動の弱い低負荷域においては、この吸気流動による燃料と空気との混合促進が殆ど期待できなくなってしまう。このため、前記のように高温の内部ＥＧＲガスによって燃料の気化霧化が促進されるとはいっても、それだけでは良好な混合気形成は望めず、燃焼性の悪化によって前記した燃費低減効果が大幅に目減りしてしまう虞れがある。
【００７６】
これに対し、この実施形態では、上述の如く、各気筒３毎２つの排気弁９，９のうちの一方が機械的に他方よりも遅く閉じられるようになっており、このことで、前記のようにバルブタイミングを大幅に遅角させたときに、吸気行程で気筒３内に吸い戻される排気の流れによって、当該気筒３内に強いスワール流が生成される。そこで、この強い排気スワール流を最大限、有効利用して燃料と空気との混合を促進するようにすれば、前記吸気の遅閉じに由来する燃焼性の悪化を解消することができる。
【００７７】
すなわち、この実施形態のエンジンでは、上述の如く、排気カムシャフト１４に設けられた各気筒３毎２つの排気カム１４ａ，１４ｂのプロファイルが互いに異なっていて、一方の排気弁９が他方よりも遅く閉じられるようになっており、しかも、その遅く閉じられる排気弁９の方の排気ポート７がタンジェンシャルポートとされている。このため、前記のように特に吸気流動の弱くなるエンジンの低負荷域において、前記図４(b)に示すようにバルブタイミングを大幅に遅角させると、片方の排気弁９が閉じてから前記遅く閉じられる方の排気弁９が閉じられるまでの期間（図の例では排気上死点後１９°ＣＡから同４０°ＣＡまでの期間）において、図８(a)に模式的に示すように、タンジェンシャルポート７のみから気筒３内に吸い戻される排気流によって、当該気筒３内に強い排気スワール流が生成されることになる。
【００７８】
また、前記図４(b)に示すバルブタイミングの大幅な遅角によって、気筒３の排気上死点後に（図の例では排気上死点後３０°ＣＡに）遅開きの吸気弁８が開くと、吸気ポート６から新気（空気）が吸入されることになるが、このときにはＥＣＵ２０のスワール弁制御部２０ｄの制御によってスワール弁６ｂが閉じられているので、図８(b)に模式的に示すように、新気は、スワール弁６ｂの配設されていない方の吸気ポート６のみから吸入されて、気筒３内に前記排気スワール流と同じ向きの吸気スワール流が生成される。
【００７９】
そして、この実施形態では、前記のように一方の排気弁９が開いていて、タンジェンシャルポート７からの排気流によって強いスワール流が生成されている期間（ＡＴＤＣ１９°〜４０°ＣＡ）において燃料が噴射されるように、ＥＣＵ２０の燃料噴射制御部２０ｂによってインジェクタ１８の作動制御が行われる。こうして気筒３内の燃焼室５に直接、噴射された燃料は、気筒３内に吸い戻される前記高温の排気スワール流によって直接的に気化霧化を促進されるとともに、この排気スワール流によって適度に分散されて、新気との混合が促進されることになり、これにより、本来、吸気流動の非常に弱いエンジンの低負荷域においても、良好な混合気形成が実現される。
【００８０】
尚、前記のように気筒３の吸気行程で吸気及び排気弁８，９の開いている期間がオーバーラップすると、吸い戻される排気によって新気が希釈される虞れがあるが、この実施形態では、吸気弁８の開弁時期IOが排気上死点TDCよりも適度に遅角側に設定され（図の例ではATDC３０°ＣＡ）、排気弁９の閉弁時期EC2（図の例ではATDC４０°ＣＡ）までのオーバーラップ期間があまり長くならないので、全体として排気流は燃焼室５の外周側に偏り、一方、新気は内周の点火プラグ寄りに偏って弱い成層分布となり、このことで、排気による新気の希釈を抑制しながら、排気スワール流によって空気と燃料の混合は十分に促進することができる。
【００８１】
したがって、この実施形態に係るエンジンの吸排気制御装置Ａによると、スロットル弁２５による吸気の絞り損失が大きくなるエンジンの低負荷乃至中負荷域において、吸排気のバルブタイミングをいずれも大幅に遅角側に制御し、吸気弁８の遅閉じと排気弁９の遅開きとによって高膨張比サイクルを実現して、熱効率の向上や吸気損失の低減を図るとともに、吸気弁８の遅開きと排気弁９の遅閉じとによって気筒３内に多量の排気を吸い戻して、内部ＥＧＲガスの増大によっても吸気損失を低減することができる。
【００８２】
しかも、その際に各気筒３毎２つの排気弁９，９のうちの一方が他方よりも遅く閉じることによって、気筒３内に吸い戻される排気により強いスワール流を生成することができ、さらに、吸気側のスワール弁６ｂの制御によって前記排気スワール流と同じ向きの吸気スワール流を生成して、排気スワール流を強化することができる。
【００８３】
そして、前記強い排気スワール流を最大限に利用することによって、新気と燃料との混合を十分に促進して、良好な混合気形成を実現することができるので、本来、吸気流動の弱い低負荷域において、さらに前記吸気弁８の遅閉じなどに起因して吸気流動が非常に弱くなっていても、燃焼性の悪化を抑えて、前記の熱効率向上や吸気損失低減などの効果を最大限に引き出すことができ、これによりエンジンの燃費を十分に低減できる。
【００８４】
加えて、この実施形態のエンジンでは、前記のように排気カムシャフト１４の気筒３毎２つの排気カム１４ａ、１４ｂのプロファイルを変えることによって、機械的に２つの排気弁９，９の閉弁時期EC1，EC2を異ならせることができるので、動弁系の可変機構としては、吸排気のカムシャフト１３，１４にそれぞれ配設したＶＣＴ１５，１５だけという簡単で且つ安価な構造でもって、前記のような効果を得ることができる。
【００８５】
尚、この実施形態のエンジンの低負荷域におけるポンプ仕事、残留ガス割合、圧縮上死点近傍の気筒内温度及び圧力状態は、上述したコンピュータシミュレーションによれば、前記図７(a)〜(d)にそれぞれ星印（☆）で示すようになり、２つの排気弁９，９の閉弁時期が同じである一般的な４弁式エンジンと同様であることが確かめられた。
【００８６】
（他の実施形態）
尚、本発明の構成は前記した実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構成を包含するものである。すなわち、前記の実施形態では、エンジンが低負荷域にあるときに吸排気のバルブタイミングを大幅に遅角させ、これにより気筒３の吸気行程で吸い戻される排気によって排気スワール流が生成されている期間において、当該気筒３内にインジェクタ１８により燃料を一括して噴射させるようにしているが、これに限らず、燃料の噴射を２回に分割して、気筒３の圧縮行程中盤以降においても燃料を噴射させるようにしてもよい。
【００８７】
こうすれば、圧縮行程中盤以降に気筒３内に噴射した燃料を比較的新気の割合が高い燃焼室５中央付近に集めて、該燃焼室５全体で見れば理論空燃比乃至それよりもリーンな状態で、点火プラグ１６周りの混合気濃度を濃くして、安定した燃焼（弱成層燃焼）を実現することができ、このことによっても燃費の低減が図られる。
【００８８】
また、前記の実施形態では、吸排気弁８，９の開閉作動時期を変更するために油圧式ベーンタイプの連続位相可変機構を用いているが、これに限るものではなく、ヘリカルタイプのものや電磁作動式の連続位相可変機構を用いてもよい。
【００８９】
また、前記の実施形態では、気筒毎２つの排気弁９，９の閉弁時期を異ならせるために、２つの排気カム１４ａ，１４ｂのプロファイルを異ならせているが、プロファイルを同じにして位相を異ならせてもよいし、或いは、カム切換え機構などを採用することもできる。
【００９０】
さらに、前記の実施形態では、本発明の吸排気制御装置Ａを、インジェクタ１８により気筒３内の燃焼室５に燃料を直接、噴射するようにした直噴式のガソリンエンジンに適用しているが、これに限らず、例えば吸気通路の下流端から吸気ポートに向かって燃料を噴射するようにインジェクターを配設した所謂ポート噴射式のガソリンエンジンに適用することもできる。
【００９１】
但し、その場合には、前記実施形態と同様にエンジンの低負荷域においてバルブタイミングを大幅に遅角させるときに（図４(b)参照）、吸気弁８の開弁時期IOを遅閉じの方の排気弁９の閉弁時期EC2よりも進角側になるようにして、排気上死点TDC後の吸気行程において吸気弁８及び排気弁９の開いている期間をオーバーラップさせることが必須である。こうすれば、前記実施形態と同様に気筒３内に強い排気スワール流が生成されている期間において、吸気弁８が開かれて、新気（空気と燃料との混合気）が気筒３内に吸入され、この新気の流れと前記排気スワール流とが直接的に干渉することにより、その新気中の燃料の気化霧化と空気との混合とが効果的に促進されて、良好な混合気形成が実現するからである。
【００９２】
また、前記の実施形態では、エンジンの独立吸気通路６ａにスワール弁６ｂを配設し、これにより吸気スワール流を生成するようにしているが、これは必ずしも必要ではなく、例えば吸気通路に設けた絞り弁により吸気を絞って、その流速を高めるようにするだけでもよいし、或いは、吸気側については特段、何もしないようにしてもよい。
【００９３】
さらにまた、前記の実施形態では、吸気及び排気の２本のカムシャフト１３，１４を備えた４弁式の所謂ＤＯＨＣエンジンに本発明を適用しているが、これに限らず、吸排気弁８，９を１本のカムシャフトにより駆動するようにした所謂ＳＯＨＣエンジンにも適用可能であり、さらに、４弁式のものに限らず、例えば排気側を１弁とした３弁式のものにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上、説明したように、本発明に係る吸排気制御装置Ａは、動弁系の可変機構として、吸排気のカムシャフトにそれぞれ位相可変機構を配設しただけの簡単且つ安価な構造で、エンジンの低負荷乃至中負荷域において高膨張比サイクルを実現し、これに内部ＥＧＲによる効果を加えて、エンジンの熱効率を向上し且つ吸気損失を低減して、燃費を大幅に低減できるものなので、種々のエンジンに有用であり、特に複雑な動弁機構を備えることが難しい小排気量の自動車用エンジンなどに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの動弁系の構造を示す断面図である。
【図２】気筒の概略構成を透視して示す斜視図である。
【図３】ＶＣＴの構造を一部分、切り開いて示す斜視図である。
【図４】ＶＣＴによるバルブタイミングの変化を(a)進角側、(b)遅角側でそれぞれ示す説明図である。
【図５】吸排気制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】バルブタイミングの制御マップの一例を示す模式図である。
【図７】バルブタイミングの遅角制御によるポンプ仕事、残留ガス割合、気筒内温度、及び圧力の変化をそれぞれ計算したシミュレーション結果のグラフ図である。
【図８】(a)排気スワール流及び(b)吸気スワール流の生成の説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
Ａ      吸排気制御装置
３      気筒
６      吸気ポート（吸気通路）
６ａ    独立吸気通路（吸気通路）
６ｂ    スワール弁（開閉弁）
８      吸気弁
９      排気弁
１４    排気カムシャフト
１４ａ，１４ｂ  排気カム
１５    位相可変機構（ＶＣＴ）
１８    インジェクタ（燃料噴射弁）
２０    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２０ｂ  燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
２０ｃ  バルブタイミング制御部（位相制御手段）
２０ｄ  スワール弁制御部（開閉弁制御手段）
【図１】
2006161666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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