(57)【要約】【課題】低負荷領域での外部ＥＧＲガスの再導入による燃焼の不安定化を抑制して燃費性能を向上することができる新規な内燃機関の可変動作システム及びその制御装置を提供することにある。【解決手段】外部ＥＧＲシステムと、吸気側可変動弁機構、及び排気側可変動弁機構を備え、内燃機関が低負荷領域においては、外部ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲガスの流量を少なくすると共に、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの閉時期を上死点前まで進角し、且つ吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期を上死点後の所定位置まで遅角する。負のバルブオーバーラップ区間が形成されるので、排気行程末期から吸気行程初期にかけて高温の燃焼ガスを燃焼室内に封じ込め、且つピストンでこの燃焼ガスを加圧することによって昇温することができる。【選択図】図４
2019044754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を制御する吸気側可変動弁機構と、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を制御する排気側可変動弁機構と、排気ガス再循環通路に設けられた外部ＥＧＲ弁を介して排気ガスを吸気系に再導入する外部ＥＧＲシステムと、前記吸気側可変動弁機構、前記排気側可変動弁機構、及び前記外部ＥＧＲ弁を制御する制御手段を備え、
低負荷領域においては、
前記外部ＥＧＲ弁は、再導入される排気ガスを所定の流量以下に設定し、
前記吸気側可変動弁機構は、吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点よりも所定角度だけ遅角側の開時期(ＩＶＯ)に設定し、
前記排気側可変動弁機構は、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点よりも所定角度だけ進角側の閉時期(ＥＶＣ)に設定し、
前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構によって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが重ならない、負のバルブオーバーラップ区間を形成する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項２】
請求項1に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記低負荷領域より負荷が大きい中負荷領域においては、
前記外部ＥＧＲ弁は、再導入される排気ガスを前記所定の流量より多く設定し、
前記吸気側可変動弁機構は、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点付近の開時期(ＩＶＯ)に設定し、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点付近の閉時期(ＥＶＣ)に設定し、
前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構によって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを排気上死点付近で近接させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記低負荷領域から前記中負荷領域に移行する遷移負荷領域においては、
前記外部ＥＧＲ弁は、再導入される排気ガスの流量を負荷の増加に対応して増大するように設定し、
前記吸気側可変動弁機構及び前記排気側可変動弁機構は、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが排気上死点で近接する方向に前記負のバルブオーバーラップ区間を負荷の増加に対応して縮小させていく
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記外部ＥＧＲ弁は、制御信号が遮断されると機械的に最小開度に設定され、
前記吸気側可変動弁機構及び前記排気側可変動弁機構は、制御信号が遮断されると、前記負のバルブオーバーラップ区間を形成するように、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点の前に設定し、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点の後に設定する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項５】
請求項２に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記中負荷領域から所定の高負荷領域においては、
前記外部ＥＧＲ弁は、再導入される排気ガスを前記所定の流量より多い流量に維持し、
前記吸気側可変動弁機構は、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点付近の開時期(ＩＶＯ)に維持し、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点付近の閉時期(ＥＶＣ)に維持して、
前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構によって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを近接させた状態を維持する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項６】
請求項２又は請求項５に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記吸気側可変動弁機構及び前記排気側可変動弁機構は、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを排気上死点付近で近接させた状態として、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)が排気上死点で一致するゼロバルブオーバーラップの状態に制御する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項７】
請求項２に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記所定の高負荷領域より負荷が大きい負荷領域においては、
前記外部ＥＧＲ弁は、再導入される排気ガスの流量を負荷の増加に対応して減少するように設定し、
前記吸気側可変動弁機構は、負荷の増加に対応して前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点より前の開時期(ＩＶＯ)に設定し、
前記排気側可変動弁機構は、負荷の増加に対応して前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点より後の開時期(ＥＶＣ)に設定し、
前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構によって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが重なる、正のバルブオーバーラップ区間を形成すると共に、前記正のバルブオーバーラップ区間を負荷の増加に対応して拡大させていく
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項８】
少なくとも、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を調整する吸気側可変動弁機構と、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を調整する排気側可変動弁機構と、排気ガス再循環通路に設けられ吸気系に再導入する排気ガスの流量を制御する外部ＥＧＲ弁とを制御する制御手段を備えた内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、低負荷領域においては、
再導入される排気ガスを所定の流量以下に設定するように前記外部ＥＧＲ弁を制御する第１のＥＧＲ制御機能と、
吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点よりも所定角度だけ遅角側の開時期(ＩＶＯ)に設定するように前記吸気側可変動弁機構を制御する第１のバルブ制御機能と、
排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点よりも所定角度だけ進角側の閉時期(ＥＶＣ)に設定するように前記排気側可変動弁機構を制御する第２のバルブ制御機能とを有し、
前記第１のバルブ制御機能と前記第２のバルブ制御機能を実行することによって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが重ならない、負のバルブオーバーラップ区間を形成する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記低負荷領域より負荷が大きい中負荷領域においては、
再導入される排気ガスを前記所定の流量よりも多い流量に設定するように前記外部ＥＧＲ弁を制御する第２のＥＧＲ制御機能と、
前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点付近の開時期(ＩＶＯ)に設定するように前記吸気側可変動弁機構を制御する第３のバルブ制御機能と、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点付近の閉時期(ＥＶＣ)に設定するように前記排気側可変動弁機構を制御する第４のバルブ制御機能とを有し、
前記第３のバルブ制御機能と前記第４のバルブ制御機能を実行することによって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを排気上死点付近で近接させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記低負荷領域から前記中負荷領域に移行する遷移負荷領域においては、
再導入される排気ガスの流量を負荷の増加に対応して増大するように前記外部ＥＧＲ弁を制御する第３のＥＧＲ制御機能と、
前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、負荷の増加に対応して進角側に制御する第５のバルブ制御機能と、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、負荷の増加に対応して遅角側に制御する第６のバルブ制御機能とを有し、
前記第５のバルブ制御機能と前記第６のバルブ制御機能を実行することによって、排気上死点で前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが近接する方向に前記負のバルブオーバーラップ区間を負荷の増加に対応して縮小させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記中負荷領域から所定の高負荷領域においては、
再導入される排気ガスを前記所定の流量より多い流量に維持するように前記外部ＥＧＲ弁を制御する第４のＥＧＲ制御機能と、
前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を、排気上死点付近の開時期(ＩＶＯ)に維持するように前記吸気側可変動弁機構を制御する第７のバルブ制御機能と、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を、排気上死点付近の閉時期(ＥＶＣ)に維持するように前記排気側可変動弁機構を制御する第８のバルブ制御機能とを有し、
前記第７のバルブ制御機能と前記第８のバルブ制御機能を実行することによって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを近接させた状態を維持する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記第７のバルブ制御機能と前記第８のバルブ制御機能は、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とを近接させた状態として、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)が排気上死点で一致するゼロバルブオーバーラップの状態に制御する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記所定の高負荷領域より負荷が大きい負荷領域においては、
再導入される排気ガスの流量を負荷の増加に対応して減少するように前記外部ＥＧＲ弁を制御する第５のＥＧＲ制御機能と、
負荷の増加に対応して、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点より前の開時期(ＩＶＯ)に設定するように前記吸気側可変動弁機構を制御する第９のバルブ制御機能と、
負荷の増加に対応して、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点より後の閉時期(ＥＶＣ)に設定するように前記排気側可変動弁機構を制御する第１０のバルブ制御機能とを有し、
前記第９のバルブ制御機能と前記第１０のバルブ制御機能を実行することによって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)と前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)とが重なる、正のバルブオーバーラップ区間を形成すると共に、前記正のバルブオーバーラップ区間を負荷の増加に対応して拡大する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の可変動作システムに係り、少なくとも外部ＥＧＲシステムと排気バルブと吸気バルブのバルブタイミングを制御する可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動作システム及びその制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃料消費量（燃費）や排気ガス有害成分に関する規制が強化されており、今後もますます厳しくなる傾向にある。特に燃料消費量については、排出される二酸化炭素が地球温暖化へ与える影響が大きいことから、更に低燃費化が求められている。
【０００３】
そして、この低燃費化を促進するため内燃機関の圧縮比を高くする傾向にある。しかしながら、圧縮比を高くすると内燃機関の出力が比較的大きい運転条件において、ノッキング等の異常燃焼が発生する可能性が増加する。このため、内燃機関に外部ＥＧＲシステムを設け、排気管から吸気管に排気ガスを再導入して異常燃焼を抑制しながら、点火時期を適切な値に進角することで燃費性能を向上させるようにしている。ここで、再導入される排気ガスを、以下では「外部ＥＧＲガス」と表記する。
【０００４】
このような外部ＥＧＲシステムを備えた内燃機関としては、「Ｈｏｎｄａ  Ｒ＆Ｄ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ, Ｖｏｌ.２７, Ｎｏ.２,ｐ.１−１０」（非特許文献１）に記載されている。この非特許文献１には、外部ＥＧＲシステムによる高ＥＧＲ運転領域(外部ＥＧＲ率の高い運転領域）を、負荷が比較的大きい中負荷〜高負荷領域に設定しておき、この中負荷〜高負荷領域おいて多くの外部ＥＧＲガスを再導入して点火時期を進角することで、熱効率を高めて燃費性能を向上する技術が示されている。
【０００５】
このように、多くの外部ＥＧＲガスを再導入する高ＥＧＲ率運転領域では、外部ＥＧＲガスにより混合気の燃焼温度を下げる（冷却効果）ことで冷却損失を低減し、またこの冷却効果により更にノッキングも抑制できるので、点火時期を積極的に進角できる。これによって、熱効率を高めることができ、結果として燃費性能の向上を図ることができるものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「Ｈｏｎｄａ  Ｒ＆Ｄ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ, Ｖｏｌ.２７, Ｎｏ.２,ｐ.１−１０」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、外部ＥＧＲシステムを作動させている状態下で負荷が低下していくと、上述した外部ＥＧＲガスによる冷却効果によって混合気の燃焼が不安定になったり、或いは吸気配管の形状によって気筒内に取り込まれる外部ＥＧＲガス流量が気筒間でばらついたりして燃焼が不安定なり、逆に燃費性能が悪化するという課題を生じる。
【０００８】
本発明の目的は、低負荷領域での外部ＥＧＲガスの再導入による燃焼の不安定化を抑制して燃費性能を向上することができる新規な内燃機関の可変動作システム及びその制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、少なくとも、外部ＥＧＲシステムと、吸気バルブの開閉時期の位相を制御する吸気側可変動弁機構、及び排気バルブの開閉時期の位相を制御する排気側可変動弁機構を備え、内燃機関が低負荷領域においては、外部ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲガスの流量を少なくすると共に、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)の前の所定位置まで進角し、且つ吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)の後の所定位置まで遅角する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、低負荷領域において、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)と吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)が重ならない「負のバルブオーバーラップ区間」が形成されるので、排気行程末期から吸気行程初期にかけて高温の燃焼ガス(高温の内部ＥＧＲガス）を燃焼室内に封じ込め、且つピストンでこの燃焼ガスを加圧することによって昇温することができる。これによって、低負荷領域での気筒間のばらつきによる燃焼の不安定化や、或いは外部ＥＧＲガスによる燃焼不安定化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動作システムの全体概略図である。
【図２】吸気側可変動弁機構と排気側可変動弁機構の外観構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】低負荷領域の場合の「負のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図３Ｂ】中/高負荷領域の場合の「ゼロバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図３Ｃ】最大負荷領域の場合の「正のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、始動時から高負荷領域までの排気バルブと吸気バルブのバルブオーバーラップ、及びＥＧＲ弁開度の変化状態を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、アイドルから高負荷領域までの気筒内のガス温度、及び気筒内のＥＧＲ率の変化状態を説明する説明図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の低負荷領域でのバルブタイミング特性図とそのＰＶ線図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の実施形態と比較のための第１の従来のバルブタイミング特性図とそのＰＶ線図である。
【図６Ｃ】本発明の第１の実施形態と比較のための第２の従来のバルブタイミング特性図とそのＰＶ線図である。
【図７】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの停止時における制御を実行するフローチャートである。
【図８Ａ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、始動時から高負荷領域までの制御を実行する制御フローの前半を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、始動時から高負荷領域までの制御を実行する制御フローの後半を示すフローチャートである。
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムでの冷機始動時の場合の「負のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図９Ｂ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムでの低負荷領域の場合の「負のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図９Ｃ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムでの中／高負荷領域の場合の「ゼロバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第1の実施形態になる内燃機関の可変動作システムについて説明するが、図１は本発明が適用される内燃機関の可変動作システムの全体の構成を示している。
【００１４】
まず、内燃機関の可変動作システムの基本構成を図１に基づいて説明すると、シリンダブロックＳＢ内に形成されたシリンダボア内を、燃焼圧力などによって上下に摺動自在に設けられたピストン０１と、シリンダヘッドＳＨの内部にそれぞれ形成された吸気ポートＩＰ及び排気ポートＥＰと、シリンダヘッドＳＨに摺動自在に設けられて吸、排気ポートＩＰ、ＥＰの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気バルブ４及び排気バルブ５とを備えている。
【００１５】
ピストン０１は、クランクシャフトとコンロッド０２を介して連結されていると共に、冠面０３とシリンダヘッドＳＨの下面との間に燃焼室０４を形成している。また、シリンダヘッドＳＨのほぼ中央には、点火栓０５が設けられている。
【００１６】
吸気ポートＩＰはエアクリーナ５０と接続されており、電制スロットルバルブ５１を介して吸入空気が供給されている。電制スロットルバルブ５１は、コントローラ(＝制御手段)５２によって制御されており、基本的にはアクセルペダルの踏込量に対応してその開度が制御されるものである。また、排気ポートＥＰは、排気ガス浄化触媒５３を介してテールパイプから排気ガスを大気に放出している。
【００１７】
次に外部ＥＧＲシステムについて説明する。排気ガス浄化触媒５３の下流と電制スロットルバルブ５１の上流とは排気ガス再循環通路(以下、外部ＥＧＲ通路と表記する)５４によって接続されており、この外部ＥＧＲ通路５４の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー５５と、その下流に配置された外部ＥＧＲガスの流量を制御する外部ＥＧＲ弁５６が設けられている。外部ＥＧＲ弁５６は、電動モータで駆動される電制弁であり、コントローラ５２からの制御信号によって外部ＥＧＲガス流量を調整するものである。
【００１８】
この外部ＥＧＲ弁５６は、バタフライ弁などが使用され、外部ＥＧＲガスの流量をほぼ「０」まで絞った最小開度位置から、多量の外部ＥＧＲガスを流す大開度位置まで制御できるようになっている。この大開度位置は最大流量が得られる開度位置でも良いが、これに限らず必要とされる要求流量に応じて開度を設定すれば良いものである。更に、外部ＥＧＲ弁５６は異常や故障が発生すると、駆動信号が遮断されて機械的に最小開度位置に設定されるフェールセーフ機能を備えている。
【００１９】
また、本実施例では、排気ガス浄化触媒５３の後流で排気圧力及び排気温度が或る程度低下した部分から外部ＥＧＲガスを取り出す、いわゆる「ＬＰ−ＥＧＲシステム」（ロープレッシャＥＧＲシステム）であり、外部ＥＧＲガスの温度は低めであるのに加え、外部ＥＧＲ弁５６の上流側にはＥＧＲクーラー５５が設けられているので、外部ＥＧＲガスの温度を低下させて、中負荷領域〜高負荷領域における耐ノック性を向上するようにしている。
【００２０】
更に、この内燃機関には、図１に示すように吸気バルブ４と排気バルブ５の開弁特性を制御する吸気側可変動弁機構、排気側可変動弁機構とが備えられている。吸気側には、吸気バルブ４のバルブリフトの中心位相角を制御する「位相角可変機構」である吸気側可変動弁機構（以下、吸気側ＶＴＣ機構と表記する）１Ａが設けられ、また、排気側には、排気バルブ５のバルブリフトの中心位相角を制御する「位相角可変機構」である排気側可変動弁機構（以下、排気側ＶＴＣ機構と表記する）１Ｂが設けられている。
【００２１】
吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂは、位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂを備えており、油圧によって吸気バルブ４と排気バルブ５の開閉時期を制御する構成となっている。位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂへの油圧供給は、コントローラ５２からの制御信号に基づき、図示しない油圧制御部によって制御されている。この位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂへの油圧制御によって、リフト特性の中心位相が遅角側、或いは進角側に制御される。
【００２２】
図２において、排気カム軸１０には気筒あたり２個の排気カム１１が設けられている。この排気カム１１は、排気バルブ５を開閉するものである。また、排気カム軸１０の一端には、スプロケット機構１３と、これに固定された排気側ＶＴＣ機構１Ｂが取り付けられており、排気カム軸１０をスプロケット機構１３に対して相対回転（位相変換）させて排気カム１１の相対回転位置を制御している。
【００２３】
スプロケット機構１３は、タイミングスプロケット１５を備えており、図示しないタイミングベルトによってクランク軸によって回転されている。また、排気側ＶＴＣ機構１Ｂは、ハウジング１６と、このハウジング１６の両端に固定されたフロントカバー１７とリアカバー１８によって形成された空間に油圧で駆動されるベーンが内蔵されている。タイミングスプロケット１５とリアカバー１８は相互に固定されており、またベーンは排気カム軸１０に固定されている。
【００２４】
したがって、油圧によってベーンの回転位置を調整することによって、排気カム軸１０がこれに対応して排気バルブの開閉位相を調整するようになっている。尚、ハウジング１６内の油圧は排気電磁切換弁２９によって制御され、排気電磁切換弁２９はコントローラ５２によって駆動されている。
【００２５】
同様に、吸気カム軸２０には気筒あたり２個の吸気カム２１が設けられている。この吸気カム２１は、吸気バルブ４を開閉するものである。また、吸気カム軸２０の一端には、スプロケット機構２３と、これに固定された吸気側ＶＴＣ機構１Ａが取り付けられており、吸気カム軸２０をスプロケット機構２３に対して相対回転（位相変換）させて吸気カム２１の相対回転位置を制御している。
【００２６】
スプロケット機構２３は、タイミングスプロケット２５を備えており、図示しないタイミングベルトによってクランク軸によって回転されている。また、吸気側ＶＴＣ機構１Ａは、ハウジング２６と、このハウジング２６の両端に固定されたフロントカバー２７とリアカバー２８によって形成された空間に油圧で駆動されるベーンが内蔵されている。タイミングスプロケット２５とリアカバー２８は相互に固定されており、またベーンは吸気カム軸２０に固定されている。
【００２７】
したがって、油圧によってベーンの回転位置を調整することによって、吸気カム軸２０がこれに対応して吸気バルブの開閉位相を調整するようになっている。尚、ハウジング２６内の油圧は吸気電磁切換弁３０によって制御され、吸気電磁切換弁３０はコントローラ５２によって駆動されている。
【００２８】
ここで、本実施形態の吸気側ＶＴＣ機構１Ａにおいては、油圧ポンプからの油圧供給が有る場合、及び制御信号が遮断されて油圧供給が無い場合の両方において、デフォルト位置である「最遅角位置」付近に制御される構成となっている。ここでデフォルト位置とは、機械的に安定する位置のことである。位相制御用油圧アクチュエータ２Ａにおいては、ベーンを最遅角側に付勢するバイアススプリングが用いられており、ベーンに作動油圧が作用しなかった場合には、この「最遅角位置」付近に安定するようになっている。そして、この位相の状態で回転数が低下すると、油圧が低下していき、「最遅角位置」付近の位相でピンロックするようになっている。
【００２９】
そして、この「最遅角位置」が、後述する低負荷領域で設定される吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯｌ)となる。
【００３０】
また、排気側ＶＴＣ機構１Ｂにおいては、油圧ポンプからの油圧供給が有る場合、及び制御信号が遮断されて油圧供給が無い場合の両方において、デフォルト位置である「最進角位置」付近に制御される構成となっている。位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂにおいては、ベーンを進角側に付勢するバイアススプリングが用いられており、ベーンに作動油圧が作用しなかった場合には、この「最進角位置」付近に安定するようになっている。そして、この位相の状態で回転数が低下すると、油圧が低下していき、「最進角位置」付近の位相でピンロックするようになっている。
【００３１】
そして、この「最進角位置」が、後述する低負荷領域で設定される排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣｌ)となる。
【００３２】
図１に戻って、コントローラ(＝制御手段)５２は、現在の内燃機関の回転数Ｎｅ(ｒｐｍ)をクランク角から検出するクランク角センサからの出力信号、エアーフローメータからの吸入空気量(負荷)の出力信号、その他、アクセル開度センサ、車速センサ、ギア位置センサ、機関本体の温度を検出する機関冷却水温センサ３１、更には大気湿度センサからの出力信号などの各種情報信号から現在の機関状態を検出している。
【００３３】
そして、コントローラ５２は、少なくとも吸気側ＶＴＣ機構１Ａに対して吸気ＶＴＣ制御信号を出力し、排気側ＶＴＣ機構１Ｂに対して排気ＶＴＣ制御信号を出力し、更に外部ＥＧＲ弁５６に対して外部ＥＧＲガス制御信号を出力するものである。
【００３４】
ところで、外部ＥＧＲシステムを作動させている状態下で負荷が低下していくと、上述した外部ＥＧＲガスによる冷却効果によって混合気の燃焼が不安定になったり、吸気配管の形状によって気筒内に取り込まれる外部ＥＧＲガス流量が気筒間でばらついたりして燃焼が不安定なり、逆に燃費性能が悪化するという課題を生じる。
【００３５】
本実施形態では、このような課題に対して、内燃機関が低負荷領域においては、外部ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲガスの流量を少なくすると共に、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)の前の所定位置まで進角し、且つ吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)後の所定位置まで遅角するものである。これによって、混合気の燃焼の不安定化を招く外部ＥＧＲガスの再導入を遮断して、燃焼ガスの気筒内閉じ込めによる内部ＥＧＲを実行することによって混合気の燃焼を安定させることができるようになる。
【００３６】
次に、本実施形態のバルブタイミング特性とＥＧＲ特性について、図３Ａ〜図３Ｃ、及び図４、図５を用いて説明する。図３Ａは所定の低負荷領域でのバルブタイミング特性を示し、図３Ｂは所定の中負荷領域及び所定の高負荷領域でのバルブタイミング特性を示し、図３Ｃは所定の最大負荷領域でのバルブタイミング特性を示している。また、これに併せて、図４は夫々の負荷領域におけるバルブオーバーラップの状態と、外部ＥＧＲ弁５６の開度特性(＝外部ＥＧＲガス流量)を示している。また、図５の下段は、夫々の負荷領域におけるＥＧＲ率を、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの配分も含めて示している。また、図５の上段は、筒内ガス温度、例えば、吸気下死点のおける筒内ガス温度を示している。
【００３７】
≪低負荷領域≫
図３Ａに示す通り、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)後の所定角度(ＩＴ)だけ遅角して、開時期(ＩＶＯｌ)とし、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)前の所定角度(ＥＴ)だけ進角して、閉時期(ＥＶＣｌ)としている。尚、排気上死点(ＴＤＣ)は、次行程の吸入上死点(ＴＤＣ)と同義である。
【００３８】
また、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)の遅角に伴い、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)も、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間位置付近の閉時期(ＩＶＣｌ)に向けて遅角側に移行されている。更に、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)の進角に伴い、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)も、膨張下死点(ＢＤＣ)から大きく進角側に移行されている。
【００３９】
この結果、低負荷領域においては、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｌ)と吸気バルブの開時期(ＩＶＯｌ)の間には、所定角度(ＩＴ)と所定角度(ＥＴ)を足し合わせた「ＩＴ＋ＥＴ」の角度からなる大きな「負のバルブオーバーラップ区間」(以下、ＮＶＯ区間と表記する)が設定されることになる。これによって、排気行程の末期から吸気行程の初期にかけて、高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）が筒内に封じ込められ、且つピストンで加圧されることになる。
【００４０】
ここで、所定角度(ＩＴ)と所定角度(ＥＴ)は略同じ角度に設定されている。尚、略同じ角度とは、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの組立後の機構的な誤差や設計上の公差等を含む概念であり、必ずしも同じ角度を意味するものではない。
【００４１】
したがって、低負荷領域において、ＮＶＯ区間を形成することで排気行程の末期から吸気行程の初期にかけて、高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）を筒内に封じ込め、しかもピストンで加圧することによる「封じ込め内部ＥＧＲ」により、排気上死点(ＴＤＣ)で残留している筒内ガスの温度をさらに上昇させることができる。これによって、筒内に残留している内部ＥＧＲガスが充分に加熱され、不安定な燃焼が生じやすい低負荷域での燃焼を改善でき、燃費性能を向上することができるようになる。
【００４２】
図５には、負荷状態の変化に対する気筒内のＥＧＲ率と、気筒内のガス温度（例えば吸気下死点での温度）を示している。上述の説明にある通り、低負荷領域(アイドル〜負荷Ｌの領域)においては、ＮＶＯ区間の形成によって「封じ込め内部ＥＧＲ」が可能となり、高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲガス）を筒内に封じ込め、しかもピストンで加圧することで、気筒内のＥＧＲ率（Ｒi〜Ｒｌ）が例えば２０％程度に維持でき、しかもガス温度を高く維持できることが理解される。
【００４３】
ここで、吸気バルブ４と排気バルブ５とが同時に開く通常の「正のバルブオーバーラップ区間」(以下、ＰＶＯ区間と表記する)による内部ＥＧＲを考えてみると、吸気系に一度掃き出したＥＧＲガス(既燃排気ガス）を再吸入するので、その過程で温度の低い吸気系によりＥＧＲガス温度が下がってしまうことに加え、吸気系のボリューム内でのＥＧＲガスの混合が不均一になりやすい。このため、各気筒に吸気バルブ４を介して再導入されるＥＧＲガスの流量に気筒間ばらつきが発生して、全体としてみると混合気の燃焼が不安定となっていた。
【００４４】
これに対して、本実施形態ではＮＶＯ区間を形成して「封じ込め内部ＥＧＲ」を実行するので、上記再吸入によるＥＧＲガス温度低下がなく高温に維持される。さらに、封じ込み内部ＥＧＲなので、内部ＥＧＲ率はバルブタイミング（ＥＶＣｌ、ＩＶＯｌ）で決まるので、吸気系に起因するＥＧＲガス量の気筒間ばらつきは原理的に発生しない。すなわち、ＰＶＯ区間による内部ＥＧＲで生じていたＥＧＲガス量の気筒間ばらつきを原理的回避することができ、燃焼の安定化や機関回転の安定化を実現でき、燃費性能を向上することができる。
【００４５】
ここで、図４に示す通り、外部ＥＧＲ弁５６は最小開度(θｓｍｌ)、ここでは、ほぼ全閉の状態に制御されているので、外部ＥＧＲシステムによる低い温度の外部ＥＧＲガスは、例えば所定の少量の流量以下しか再導入されないか、或いは望ましくは再導入されないので、上述した「封じ込め内部ＥＧＲ」の効果を充分に得ることができる。
【００４６】
また、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)の遅角に伴い、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)も、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間位置付近の閉時期(ＩＶＣｌ)に遅角されているので、アトキンソンサイクル効果によっても燃費性能を更に向上することができる。
【００４７】
尚、大きなＮＶＯ区間を形成したことや、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)を吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間位置付近まで遅角したことによる副作用として、気筒内に取り込まれる空気量(＝混合気量)が低下することで、膨張行程において、気筒内の圧力が膨張下死点(ＢＤＣ)に至る前に大気圧以下まで低下(負圧が発生)し、これによってピストンの下降動作に制動作用（膨張行程のポンプ損失）が働き燃費性能がその分だけ悪化してしまう恐れもある。
【００４８】
このような副作用に対して、本実施形態では排気バルブ５の開時期(ＥＶＯｌ)を進角側に設定しているので、気筒内の圧力が負圧になる前に排気バルブ５が開かれるので、上述した制動作用を抑制でき、これによって燃費性能の悪化を低減することができる。
【００４９】
ここで、本実施形態では、図３Ａに示すように、吸気バルブ４の遅角側への所定角度(ＩＴ)と排気バルブ５の進角側への所定角度(ＥＴ)が、略同じ角度になるように設定されている。これによれば、ＮＶＯ区間に発生するポンプ損失を低減できるようになる。その理由について図６Ａ〜図６Ｃに示すＰＶ線図を用いて説明する。
【００５０】
図６Ａは、図３Ａに示すバルブタイミング特性のＰＶ線図を示し、図６Ｂは、比較対象としての参考例１(ＥＴ≒０＜ＩＴ)でのＰＶ線図を示し、図６Ｃは、同じく比較対象としての参考例２(ＥＴ＞ＩＴ≒０)でのＰＶ線図を示している。
【００５１】
図６Ｂの参考例１においては、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣｌ´)は排気上死点(ＴＤＣ)に設定している。そして、排気上死点(ＴＤＣ)からピストンが下がっていく過程で、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｌ)までの区間(ＩＴ)は筒内負圧が発達する。そして、この筒内負圧はピストンの下降動作を抑制するように作用するので、ＰＶ線図に示すように吸入初期のポンプ損失（下向き三角領域）が発生する。
【００５２】
また、図６Ｃの参考例２においては、吸気バルブ５の開時期(ＩＶＯｌ´)は排気上死点(ＴＤＣ)に設定している。そして、排気上死点(ＴＤＣ)前の排気バルブが閉じる閉時期(ＥＶＣｌ)から排気上死点(ＴＤＣ)に向けてピストンが上昇していく過程で、排気上死点(ＴＤＣ)までの区間(ＥＴ)は気筒内に正圧が発達する。そして、この気筒内の正圧はピストンの上昇動作を抑制するように作用する。ここで、排気上死点(ＴＤＣ)を越えると吸気バルブが開くので、この筒内の正圧ガスは吸気側に逆流してしまい、ピストンの下降動作を助長するためのエネルギとして回収することができない。その結果、ＰＶ線図に示すように、排気行程の末期のポンプ損失(上向き三角領域)が発生する。
【００５３】
このように、参考例１、２ともポンプ損失が大きくなるので低負荷での燃費性能の悪化を生じるようになるものである。
【００５４】
これに対して、本実施形態においては、図６ＡのＰＶ線図に示すように、吸気行程の初期のポンプ損失、及び排気行程の末期のポンプ損失とも抑制することができる。
【００５５】
つまり、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｌ)が排気上死点(ＴＤＣ)前であり、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｌ)から排気上死点(ＴＤＣ)にかけて、高温燃焼ガス（高温ＥＧＲガス）が所定角度(ＥＴ)分だけ圧縮されて、その時点ではピストンの上昇動作を抑止しようと作用する。
【００５６】
一方、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｌ)が排気上死点(ＴＤＣ)から同じ角度で、所定角度(ＩＴ)分だけ遅れているので、排気上死点(ＴＤＣ)を越えてピストンが下降動作に移ると、先に圧縮された高温燃焼ガスの圧力が開放されてピストンの下降動作を助長するエネルギとして回収されるようになる。その結果、図６Ａに示すように、三角形の面積の発生が抑制され、排気上死点(ＴＤＣ)前後のポンプ損失が抑制されるのである。
【００５７】
したがって、所定角度(ＥＴ)＝所定角度(ＩＴ)の関係が最も好ましく、図６ＡのＰＶ線図に示すように、排気行程の末期のポンプ損失と吸気行程の初期のポンプ損失の両方を除去できるようになる。このように、図６Ａに示す本実施形態の低負荷状態でのバルブタイミング特性は、排気上死点(ＴＤＣ)前後のポンプ損失を抑制するという観点でも、更に燃費性能を向上できるものである。
【００５８】
再び図４に戻って、以上は低負荷状態の説明であるが、内燃機関の停止状態から、クランキング、アイドル、及び低負荷Ｌに至るまでは、吸気バルブ４と排気バルブ５のバルブタイミング特性は同一の特性とされている。したがって、内燃機関の停止状態から低負荷Ｌに至るまでは、停止状態でのＮＶＯ区間(ＮＶＯｓ)、クランキングでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｃ)、アイドルでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｉ)、及び低負荷ＬでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｌ)と、同一のＮＶＯ区間が形成されるものである。
【００５９】
またこれに併せて、内燃機関の停止状態から低負荷Ｌに至るまでは、停止状態での排気バルブの開閉時期(ＥＶＯｓ)、(ＥＶＣｓ)及び吸気バルブの開閉時期(ＩＶＯｓ)、(ＩＶＣｓ)、クランキングでの排気バルブの開閉時期(ＥＶＯｃ)、(ＥＶＣｃ)及び吸気バルブの開閉時期(ＩＶＯｃ)、(ＩＶＣｃ)、アイドルでの排気バルブの開閉時期(ＥＶＯｉ)、(ＥＶＣｉ)及び吸気バルブの開閉時期(ＩＶＯｉ)、(ＩＶＣｉ)、及び低負荷Ｌでの排気バルブの開閉時期(ＥＶＯｌ)、(ＥＶＣｌ)及び吸気バルブの開閉時期(ＩＶＯｌ)、(ＩＶＣｌ)も同一に設定されている。
【００６０】
同様に、外部ＥＧＲ弁５６の開度は、停止状態での開度(θｓ)、クランキングでの開度(θｃ)、アイドルでの開度(θｉ)、及び低負荷Ｌでの開度(θｌ)と、同一の最小開度(θｓｍｌ)とされ、外部ＥＧＲシステムによる低い温度の外部ＥＧＲガスは再導入されないようになっている。
【００６１】
このように、吸気バルブ４と排気バルブ５のバルブタイミング特性、及び外部ＥＧＲ弁５６の開度特性を、内燃機関の停止状態から低負荷Ｌに至るまで同一とすることで、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び外部ＥＧＲ弁５６の制御を簡素化することができる。更に、本実施例では、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、外部ＥＧＲ弁５６の電気制御系が故障した際には各デフォルト位置で安定することになり、フェールセーフ制御も簡素化されるようになる。
【００６２】
≪遷移負荷領域(Ａ)≫
負荷状態が変化して、負荷Ｌ(低負荷領域）を超え、しかも負荷Ｍ(中負荷領域)を超えない遷移負荷領域の場合は、検出された負荷に対応して、外部ＥＧＲ弁５６の開度が開度(θｌ)〜開度(θｍ)の範囲に設定され、また負荷が増大するにつれて外部ＥＧＲガス流量が増大するように設定されている。同様にＮＶＯ区間も検出された負荷に対応して、ＮＶＯ区間(ＮＶＯｌ)〜「０」ＶＯ時期の範囲に設定され、更に負荷が増大するにつれてＮＶＯ区間が「０」ＶＯ時期に向かって減少するように設定されている。尚、「０」ＶＯ時期が「ゼロバルブオーバーラップ」を指し、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)と排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)が同じであることを意味している。これについては、後述する。
【００６３】
したがって、低負荷領域域から中負荷領域に向かって負荷が増大していく際に、気筒内のガス温度が外部ＥＧＲガスにより急激に低下するのを抑えて、気筒内のガス温度を緩やかに低下させていくので、過渡性能を含めて燃焼状態を安定化することができる。
【００６４】
ここで、外部ＥＧＲの場合は、外部ＥＧＲ通路５４から外部ＥＧＲ弁５６を介してＥＧＲガスが吸気系に戻されるため、吸気系容積内におけるＥＧＲガスの混合の不均一が、過渡時に特に顕著となる。このため、各気筒においては吸気バルブ４を経由して気筒内に導入されるＥＧＲガス流量の気筒間ばらつきが発生し易く、過渡性能が不安定になりがちである。
【００６５】
そこで、本実施形態では、負荷が増大するにつれてＮＶＯ区間が減少するもののある程度維持されるように設定しているので、上述した「封じ込め内部ＥＧＲ」による燃焼ガス(内部ＥＧＲガス)もある程度残留しており、この残留している燃焼ガスは吸気系に戻されないので、ＥＧＲガス流量の気筒間ばらつきがその分抑制されるようになる。
【００６６】
このように、遷移負荷領域(Ａ)においては、低負荷領域での封じ込め内部ＥＧＲの状態から外部ＥＧＲの状態に緩やかに遷移できるので、気筒内のガス温度が緩やかに低下し、且つ過渡的な気筒間のＥＧＲガス流量のばらつきを抑制できるので、低負荷領域から中負荷に至る過程で生じやすい、過渡性能の不安定化を抑制できるようになる。また、図５の筒内ＥＧＲ率（Ｒｉ〜Ｒｍ）は、「封じ込め内部ＥＧＲ」分と「外部ＥＧＲ」分の和を示すが、この値は２０％程度に同等に維持されており、その面から中負荷領域に負荷増加移行する際の過渡性能を安定化できる。
【００６７】
一方、逆に、中負荷領域からに低負荷領域に負荷低減移行する際に、温度が低い外部ＥＧＲガスをしだいに減少させて、高温の封じ込めＥＧＲガスの量をしだいに増加させるので、不安定な燃焼が起こりがちな低負荷領域に至った時点で、気筒内のガス温度(筒内ＥＧＲガスの平均温度)が既に高まっているので、不安定な燃焼を抑制できるようになる。
【００６８】
≪中／高負荷領域≫
図３Ｂに示す通り、低負荷領域と比較して、中負荷から所定の高負荷までの中／高負荷領域では、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)まで進角側に移行させて開時期(ＩＶＯｍ)とし、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)まで遅角して、閉時期(ＥＶＣｍ)としている。また、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)の進角に伴い、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)も、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間位置付近から吸気下死点(ＢＤＣ)に向けて閉時期(ＩＶＣｍ)まで進角側に移行されている。更に、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)の遅角に伴い、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)も、吸気下死点(ＢＤＣ)側に向けて開時期(ＥＶＯｍ)まで遅角側に移行されている。
【００６９】
この結果、中／高負荷領域においては、排気バルブの閉時期（ＥＶＣｍ）と吸気バルブの開時期（ＩＶＯｍ）は、排気上死点(ＴＤＣ)付近に互いに近接して設定されることで、ＮＶＯ区間、及びＰＶＯ区間が殆ど存在しない、ゼロバルブオーバーラップバルブタイミング(以下、「０」ＶＯバルブタイミングと表記する)を形成する。
【００７０】
このように、中／高負荷領域においては「０」ＶＯｍバルブタイミング〜「０」ＶＯｈバルブタイミングが形成されるので、ＮＶＯ区間に起因する高温の燃焼ガスによる「封じ込め内部ＥＧＲ」は殆ど機能しなくなる。また、ＰＶＯ区間も殆ど形成されていないので、ＰＶＯ区間に起因する通常の内部ＥＧＲも殆ど機能しなくなる。
【００７１】
尚、ＰＶＯ区間に起因する内部ＥＧＲは「再導入内部ＥＧＲ」というべきもので、ＰＶＯ区間に燃焼ガスが吸気系に戻された後に冷やされて、その後再び筒内に導入されるものである。しかしながら、吸気系に戻された燃焼ガスは温度が低いものの外部ＥＧＲガスよりは温度が高いので、ＰＶＯ区間に起因する内部ＥＧＲであっても、負荷増加とともに異常燃焼を誘引する恐れがある。異常燃焼を避けるためには点火時期を遅角すれば良いが、燃焼効率が低下して燃費性能を悪化させるという新たな課題が生じる。
【００７２】
これに対して、本実施形態ではＮＶＯ区間に起因する「封じ込め内部ＥＧＲ」とＰＶＯ区間に起因する「再導入内部ＥＧＲ」の両方が機能しにくいので、両内部ＥＧＲによる気筒内の温度上昇が抑制され、異常燃焼を抑制できるものである。
【００７３】
更に、図４にある通り負荷Ｍから負荷Ｈまでの中／高負荷領域では外部ＥＧＲ弁５６が最大開度(θｌｒｇ)に大きく開かれるので、所定の多量の外部ＥＧＲガスが気筒内に導入されるようになる。外部ＥＧＲガスは、両内部ＥＧＲガスより温度が低く、更にＥＧＲクーラー５５によって更に温度が低下されている。このため、外部ＥＧＲガスが導入された気筒内のガス温度は低くなり、ＥＧＲガスに基づく低温燃焼効果と相俟ってノッキングのような異常燃焼が発生し難くなる。このため、点火時期を進角させることができるので燃焼効率を高めることができ、中／高負荷領域での燃費性能を向上することができる。
【００７４】
また、図５にある通り、中/高負荷領域(負荷Ｍ〜負荷Ｈの領域)においては、「０」ＶＯｍバルブタイミング〜「０」ＶＯｈバルブタイミングの形成によって、ＮＶＯ区間による「封じ込め内部ＥＧＲ」やＰＶＯ区間による「再導入内部ＥＧＲ」の両方が殆ど機能しなくなり、これに代えて低温の外部ＥＧＲガスを再導入しているので、図５に示すようにガス温度もＴｍ〜Ｔｈと低くできることが理解される。
【００７５】
このように、負荷Ｍから負荷Ｈまでは外部ＥＧＲガスによってガス温度を低く抑えることができるので、ノッキングのような異常燃焼を避けながら点火時期を進角することができる。これによって、燃焼効率を高めることができ、中／高負荷領域での燃費性能を向上することができる。
なお、ここで、負荷Ｍから負荷Ｈにかけて、ＮＶＯ区間による「封じ込め内部ＥＧＲ」は機能しなくなるものの、図５に示すように、Ｒｍ´〜Ｒｈ´に示される「封じ込め内部ＥＧＲガス分」が僅かであるが残っている。これは、排気（吸気）上死点においてピストン冠面と燃焼室上壁との間の容積分は燃焼ガスが残り、次の吸気行程において、それが「封じ込め内部ＥＧＲガス分」として残るためである。
また、吸気バルブ４と排気バルブ５のバルブタイミング特性、及び外部ＥＧＲ弁５６の開度特性を、負荷Ｍから負荷Ｈに至るまで同一とすることで、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び外部ＥＧＲ弁５６の制御を簡素化することができるのに加え、負荷Ｍから負荷Ｈに至るまで、トータルの筒内ＥＧＲ率をＲｍ〜Ｒｈと同レベルに維持できているので、負荷がＭ〜Ｈの間で急変した場合であっても、過渡性能を安定化できるのである
≪遷移負荷領域(Ｂ)及び最大負荷≫
図３Ｃに示す通り、中／高負荷領域と比較して負荷がさらに大きい最大負荷ＭＡＸでは、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)より前に大きく進角側に移行させて開時期(ＩＶＯｍａｘ)とし、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)より後に遅角側に移行されて閉時期(ＥＶＣｍａｘ)としている。
【００７６】
また、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)の進角に伴い、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)も、吸気下死点(ＢＤＣ)付近まで進角して閉時期(ＩＶＣｍａｘ)まで移行されている。更に、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣ)の遅角に伴い、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)も、膨張下死点(ＢＤＣ)付近まで遅角して開時期(ＥＶＯｍａｘ)まで移行されている。
【００７７】
この結果、中／高負荷領域の所定の高負荷Ｈから最大負荷ＭＡＸまでの遷移負荷領域においては、排気バルブの閉時期（ＥＶＣｍａｘ）と吸気バルブの開時期（ＩＶＯｍａｘ）によって「０」ＶＯｈバルブタイミングに対して大きなＰＶＯ区間が形成されることになる。この場合、図４に示すように所定の高負荷Ｈから負荷ＭＡＸまでの負荷に対応して、ＰＶＯ区間の角度がしだいに大きくなる方向に調整されることになる。また、図４、図５にある通り、外部ＥＧＲ弁５６の開度も、これに対応して開度(θｈ)〜開度(θｍａｘ≒最小開度相当)の範囲で制御され、最大負荷ＭＡＸで外部ＥＧＲガス流量はほぼ「０」となる。
【００７８】
上述したようなバルブタイミング特性によれば、最大負荷ＭＡＸに向けて機関トルクを充分に高めることが可能となる。すなわち、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)が吸気下死点(ＢＤＣ)付近まで遅角されたので、排気脈動の負圧波が排気バルブに到来するタイミングが、ＰＶＯ区間の近くまで遅れるようになる。
【００７９】
このため、負圧波によって開状態の排気バルブ５を介して筒内の高温燃焼ガスを吸い出し、そこに冷たい新気が開状態の吸気バルブ４を介して筒内に導入される、という掃気効果が得られる。これによって、最大負荷ＭＡＸでの吸気充填効率が高まるだけでなく、筒内を新気により冷却するので、耐ノッキング性も一層向上して機関トルクの絶対値を高めることができるようになる。すなわち、前述の「排気（吸気）上死点においてピストン冠面と燃焼室上壁との間の容積」に残った高温燃焼ガスをも吸い出され、もって、耐ノッキング性を著しく向上できるのである。
【００８０】
更に、ここで、ＰＶＯ区間の中心が排気上死点(ＴＤＣ)より進角しているので、排気脈動の負圧波がＰＶＯ区間と同期しやすくなり、掃気効果を大きくすることができる。つまり、排気脈動の負圧波が排気バルブ５に到来するタイミングを、ＰＶＯ区間の中心に近づけることができる。
【００８１】
ここで、図５で示すように遷移負荷領域(Ｂ)、特に最大負荷ＭＡＸで筒内ＥＧＲ率がほぼ「０」まで低下できているのは、排気上死点(ＴＤＣ)におけるピストン冠面と燃焼室表面との間の燃焼ガスは、次の吸気行程で封じ込め内部ＥＧＲとして筒内に取り込まれるが、この燃焼ガスも上述の掃気効果により排気ポ−ト側に吸いだされるからである。
【００８２】
そして、そこに上述したように温度が低い新気ガスが導入され、その新気ガスは外部ＥＧＲガスより更に低温であるので、図５に示すように筒内ガス温度Ｔｍａｘはさらに新気温度並まで低下して、耐ノック性を高めることができる。また、この新気ガスの導入は充填効率が高くなることを意味しており、機関トルクも併せて高めることができる。
なお、ここで、筒内ガス温度Ｔｍａｘにおける添え字ｍａｘについても、最大温度という意味ではなく、最大負荷における温度という意味である。
【００８３】
また、図４に示すように最大負荷ＭＡＸでは、外部ＥＧＲ弁５６の開度をほぼ「０」に設定すると共に、最大のＰＶＯｍａｘに設定している。そして、負荷Ｈから最大負荷ＭＡＸに至る間で、外部ＥＧＲ弁５６の開度や、ＰＶＯ区間を緩やかに変化させることにより、過渡的な状態変化を避けることができる。更に、図４の破線で示すように、最大負荷ＭＡＸより少し低い負荷Ｐの時点で、外部ＥＧＲ弁５６の開度をほぼ「０」に設定すると共に、最大のＰＶＯｍａｘに設定することもできる。これによれば、外気温の変化などで最大負荷が変化した(ばらついた）場合でも、上述の効果が得られるようにできる。
【００８４】
次に、上述した本実施形態になるバルブタイミング特性を実行するための制御フローについて説明する。尚、この制御フローはコントローラ５２によって実行されるものである。図７には、内燃機関を停止する停止移行時に、排気側ＶＴＣ機構１Ｂと吸気側ＶＴＣ機構１Ａを負のバルブオーバーラップ（ＮＶＯｓ）区間となるデフォルト位置に機械的に安定させる制御フローを示している。
【００８５】
≪ステップＳ１０≫
まず、ステップＳ１０においては、内燃機関を停止する機関停止情報や、内燃機関の運転条件情報を読み込む。内燃機機関を停止する機関停止情報としては、代表的にはキーオフ信号があり、また、内燃機関の運転条件情報を示す信号としては数多くあるが、本実施形態では、内燃機関の回転数情報、吸気量情報、水温情報、要求負荷情報(アクセル開度)等があり、更に吸気側ＶＴＣ機構１Ａや排気側ＶＴＣ機構１Ｂの実位置情報等がある。このステップＳ１０で各種情報を読み込むとステップＳ１１に移行する。
【００８６】
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、機関停止移行条件かどうかを判断する。この判断は、例えば、キーオフ信号を監視しておけばよく、キーオフ信号が入力されないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、キーオフ信号が入力されると、機関停止移行条件と判断してステップＳ１２に移行する。
【００８７】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂにデフォルト位置に移行するように、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの吸気電磁切換弁３０、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの排気電磁切換弁２９に出力する。つまり、次回の始動に対応するために、図３Ａの低負荷領域(＝始動状態)のバルブタイミング特性になるように油圧を制御するものである。
【００８８】
したがって、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)は、図３Ａの低負荷領域の排気バルブの閉時期(ＥＶＣｓ)に設定され、また、吸気バルブ開時期(ＩＶＯ)は、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｓ)に設定されるものである。これによって、図４にある通り、負のバルブオーバーラップであるＮＶＯｓ区間が設定されることになる。変換制御信号を排気側ＶＴＣ機構１Ｂの排気電磁切換弁２９、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの吸気電磁切換弁３０に出力すると、ステップＳ１３に移行する。
【００８９】
≪ステップＳ１３≫
ステップ１３においては、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの実位置情報から、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａがデフォルト位置に移行したか、つまり、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｓ)に設定され、また、吸気バルブの開時期（ＩＶＯｓ）に設定されたかどうかが判断される。そして、排気バルブの閉時期（ＥＶＣｓ）、及び吸気バルブの開時期（ＩＶＯｓ）に設定されていないと判断されると再びステップＳ１２に戻り、排気バルブの閉時期（ＥＶＣｓ）、及び吸気バルブの開時期（ＩＶＯｓ）に設定されたと判断されるとステップＳ１４に移行する。
【００９０】
≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４においては、内燃機関を停止するため燃料噴射弁や点火装置への出力制御信号を停止する。これによって内燃機関の回転数Ｎｅが低下していき、これに伴って油圧ポンプの作動油の油圧が低下することになる。内燃機関が停止されると、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａは、以下の動作をその機構に基づいて実行する。この動作は、フローチャートでいう制御ステップではないが、便宜上制御ステップとして説明する。
【００９１】
≪ステップＳ１５〜ステップＳ１７≫
内燃機関の回転数Ｎｅの低下に伴い、油圧ポンプからの作動油の吐出圧も下がるので、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａのベーン内に保持されていた締結ピンは、リタ−ンスプリングによりリアカバー方向に移動する。一方、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの進角室、遅角室には作動油が充満されており、回転数Ｎｅが下がってもベーン位置はそのまま維持されている。
【００９２】
そして、リタ−ンスプリングによって締結ピンが、リアカバー方向に更に移動して締結穴に締結することで、ベーンはハウジング（リアカバー）に固定され、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｓ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯｓ)のデフォルト位置に最終的に設定される。ここで、締結ピンの先端はテ−パ形状に形成されており、ベーンの位相が多少ずれていても締結ピンを締結穴に係合させることができる。そして内燃機関は回転数Ｎｅ＝０となって機関停止となるものである。
【００９３】
このようにして、内燃機関を停止する停止移行時に、排気側ＶＴＣ機構１Ｂと吸気側ＶＴＣ機構１Ａを、負のバルブオーバーラップであるＮＶＯｓ区間が得られる、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｓ)と吸気バルブの開時期(ＩＶＯｓ)のデフォルト位置に機械的に安定させることができるようになるものである。
【００９４】
次に、この状態から内燃機関の運転を再開する場合の制御フローを図８Ａ、及び図８Ｂに基づき説明する。この制御フローもコントローラ５２によって実行されるものである。尚、内燃機関の停止状態から低負荷Ｌに至るまでは、排気バルブの開閉時期(ＥＶＯ)、(ＥＶＣ)及び吸気バルブの開閉時期(ＩＶＯ)、(ＩＶＣ)は同一に設定されているので、フローチャートでは夫々の運転状態に合わせてその表記を行なっている。例えば、クランキングでは、排気バルブの開閉時期を(ＥＶＯｃ)、(ＥＶＣｃ)とし、吸気バルブの開閉時期を(ＩＶＯｃ)、(ＩＶＣｃ)としている。
【００９５】
≪ステップＳ２０≫
まず、ステップＳ２０においては、内燃機関を始動する機関始動情報や、内燃機関の運転条件情報を読み込む。内燃機機関を始動する機関始動情報としては、代表的にはキーオン信号、或いはスタータ起動信号があり、また、内燃機関の運転条件情報を示す信号としては数多くあるが、本実施形態では、内燃機関の回転数情報、吸気量情報、水温情報、要求負荷情報(アクセル開度)等があり、更に排気側ＶＴＣ機構１Ｂや吸気側ＶＴＣ機構１Ａの実位置情報等がある。このステップＳ２０で各種情報を読み込むとステップＳ２１に移行する。
【００９６】
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１においては、機関始動条件かどうかを判断する。この判断は、例えば、スタータ起動信号を監視しておけばよく、スタータ起動信号が入力されないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、スタータ起動信号が入力されると、機関始動条件と判断してステップＳ２２に移行する。
【００９７】
≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２２においては、スタータ起動信号を受けてスタータモータによる内燃機関のクランキングを開始する。そして、クランキングが開始されるや否やステップＳ２３に移行する。
【００９８】
≪ステップＳ２３≫
ステップＳ２３においては、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａにデフォルト位置に移行するように、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｃ)、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｃ)の変換制御信号を排気側ＶＴＣ機構１Ｂの排気電磁切換弁２９、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの吸気電磁切換弁３０に出力する。
【００９９】
これは、油圧ポンプの作動油の油圧が上昇した時に、何らかの原因で締結ピンが締結穴から抜けて締結状態が解除されても、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａのベーンをデフォルト位置に維持しておくための制御である。これによって、ＮＶＯ区間としてＮＶＯｃ区間が形成されるものである。尚、図４にある通り、停止状態でのＮＶＯ区間(ＮＶＯｓ)、クランキングでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｃ)、アイドルでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｉ)、及び低負荷ＬでのＮＶＯ区間(ＮＶＯｌ)は、同一のＮＶＯ区間に形成されているものである。
【０１００】
そして、変換制御信号を排気側ＶＴＣ機構１Ｂの排気電磁切換弁２９、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの吸気電磁切換弁３０に出力すると、ステップＳ２４に移行する。
【０１０１】
≪ステップＳ２４≫
ステップ２４においては、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａの実位置情報から、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａがデフォルト位置に移行したか、つまり、排気バルブの閉時期（ＥＶＣｃ）に設定され、また、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｃ)に設定されたかどうかが判断される。そして、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｃ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯｃ)に設定されていないと判断されると、再びステップＳ２３に戻り、排気バルブの閉時期(ＥＶＣｃ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯｃ)に設定されたと判断されるとステップＳ２５に移行する。
【０１０２】
≪ステップＳ２５≫
ステップＳ２５においては、スタータモータの回転に合せて内燃機関を始動するため燃料噴射弁や点火装置へ出力制御信号を供給する。これによって内燃機関の回転数Ｎｅが増加していき、これに伴って油圧ポンプの作動油の油圧が上昇することになる。燃料噴射弁や点火装置へ出力制御信号を供給するとステップＳ２６に移行する。
【０１０３】
≪ステップＳ２６≫
ステップＳ２６においては、内燃機関の機関温度（冷却水温度）を検出して所定温度Ｔ０を超えたかどうかを判断する。所定温度Ｔ０を超えていなければ冷機状態と判断してリターンに抜けて次の起動タイミングを待つ、或いは別の制御フローを実行することになる。一方、所定温度Ｔ０を超えていれば冷機状態から暖機完了したと判断して、再度運転条件情報を読み込むと共にステップＳ２７に移行する。尚、ステップ２７より以降は図８Ｂに示している。
【０１０４】
≪ステップＳ２７、ステップＳ２８、ステップＳ２９≫
ステップＳ２７においては、スロットルバルブの開度、或いはアクセルペダルの開度から現在の負荷状態を検出し、現在の負荷が図４に示す負荷Ｌ以下の低負荷領域かどうかを判断する。低負荷領域と判断されると、ステップＳ２８に移行して、外部ＥＧＲ弁５６の開度を最小開度(θｓｍｌ)に変換制御する。
【０１０５】
更に、ステップＳ２９に移行して、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａを駆動して、低負荷領域の排気バルブの閉時期(ＥＶＣｌ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯｌ)に制御して負のバルブオーバーラップであるＮＶＯｌ区間を形成するものである。
【０１０６】
ステップＳ２９の処理を完了すると、リターンに抜けて次のコントローラ起動タイミングを待つことになる。一方、ステップＳ２７で低負荷領域ではないと判断されるとステップＳ３０に移行する。
【０１０７】
≪ステップＳ３０、ステップＳ３１、ステップＳ３２≫
ステップＳ３０においては、スロットルバルブの開度、或いはアクセルペダルの開度から現在の負荷状態を検出し、現在の負荷が図４に示す負荷Ｌ〜負荷Ｍの範囲の遷移負荷領域(Ａ)かどうかを判断する。遷移負荷領域(Ａ)と判断されると、ステップＳ３１に移行して、外部ＥＧＲ弁５６の開度を検出された負荷に対応して、開度(θｌ)〜(θｍ)の範囲で変換制御する。
【０１０８】
更に、ステップＳ３２に移行して、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａによって、検出された負荷に対応して排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を制御する。この場合は、負荷が増大するにしたがってＮＶＯ区間が小さくなる方向に制御されるようになる。
【０１０９】
ステップＳ３２の処理を完了すると、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、ステップＳ３０で遷移負荷領域(Ａ)ではないと判断されるとステップＳ３３に移行する。
【０１１０】
≪ステップＳ３３、ステップＳ３４、ステップＳ３５≫
ステップＳ３３においては、スロットルバルブの開度、或いはアクセルペダルの開度から現在の負荷状態を検出し、現在の負荷が図４に示す負荷Ｍ〜Ｈの中／高負荷領域かどうかを判断する。中／高負荷領域と判断されると、ステップＳ３４に移行して、外部ＥＧＲ弁５６の開度を最大開度(θｌｒｇ)に変換制御する。
【０１１１】
更に、ステップＳ３５に移行して、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａを駆動して、中／高負荷領域の排気バルブの閉時期(ＥＶＣｍ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯｍ)に制御して、ゼロバルブオーバーラップである「０」ＶＯ時期を形成ものである。
【０１１２】
ステップＳ３５の処理を完了すると、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、ステップＳ３３で中／高負荷領域ではないと判断されるとステップＳ３６に移行する。
【０１１３】
≪ステップＳ３６、ステップＳ３７、ステップＳ３８≫
ステップＳ３６においては、スロットルバルブの開度、或いはアクセルペダルの開度から現在の負荷状態を検出し、現在の負荷が図４に示す負荷Ｈ〜負荷ＭＡＸの範囲の遷移負荷領域(Ｂ)かどうかを判断する。遷移負荷領域(Ｂ)と判断されると、ステップＳ３７に移行して、外部ＥＧＲ弁５６の開度を検出された負荷に対応して、開度θｈ〜θｍａｘ(≒最小開度に相当)で変換制御する。
【０１１４】
更に、ステップＳ３８に移行して、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及び吸気側ＶＴＣ機構１Ａによって、検出された負荷に対応して排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)、及び吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を制御する。この場合は、負荷が増大するにしたがって「０」ＶＯバルブタイミングからＰＶＯ区間が大きくなる方向に制御されるようになる。
【０１１５】
ステップＳ３８の処理を完了すると、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、ステップＳ３６で遷移負荷領域(Ｂ)ではないと判断されるとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【０１１６】
以上の通り、本実施形態によれば、内燃機関が低負荷領域においては、外部ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲガスの流量を少なくすると共に、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)前まで進角し、且つ吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)後の所定位置まで遅角する構成とした。
【０１１７】
この構成によれば、低負荷領域において、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)と吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)が重ならない「負のバルブオーバーラップ区間」が形成されるので、排気行程末期から吸気行程初期にかけて高温の燃焼ガス(高温の内部ＥＧＲガス）を燃焼室内に封じ込め、且つピストンでこの燃焼ガスを加圧することによって昇温することができる。これによって、低負荷領域での気筒間のばらつきによる燃焼の不安定化や、或いは外部ＥＧＲガスによる燃焼不安定化を抑制することができる。
【実施例２】
【０１１８】
次に、本発明の第２の実施形態について、図９Ａ〜図９Ｃを用いて説明する。第１の実施形態では、排気バルブと吸気バルブの作動角（開弁期間）が一定で、バルブリフトが不変の吸気側ＶＴＣ機構１Ａと排気側ＶＴＣ機構１Ｂを使用した。これに対して、第２の実施形態では、吸気側に作動角と開閉時期を連続的に調整することが可能なバルブリフト可変動弁機構(以下、吸気側ＶＥＬ機構と表記する)をさらに点で異なっている。このＶＥＬ機構は、特開２０１２−０３６８６４号公報などに記載されているので、詳細の構造や作動の説明は、ここでは割愛する。
【０１１９】
図９Ａは冷気始動時のバルブタイミング特性を示しており、吸気側ＶＥＬ機構の制御によって吸気バルブ４の作動角が縮小された状態を示している。この場合、排気バルブの開時期(ＥＶＯｃ)と閉時期(ＥＶＣｃ)は図３Ａと同じである。
【０１２０】
一方、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯｃ)は図３Ａと同じにして、吸気側ＶＥＬ機構によって吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)を、吸気下死点(ＢＤＣ)付近の閉時期(ＩＶＣｃ´)に設定するために作動角を縮小している。これにより、冷機始動時における新気充填効率を高め、しかも機関摩擦力の大きな冷機始動時における燃焼トルクを高めて、耐ストール性を向上させることができる。尚、この冷機始動時には燃焼を悪化させる外部ＥＧＲガスの流量をほぼ「０」にして、燃焼を安定化させている。
【０１２１】
図９Ｂは暖機が完了した後のアイドリング時（低負荷時）のバルブタイミング特性を示しており、この場合は吸気側ＶＥＬ機構によって、吸気バルブ４の作動角が拡大されて図３Ａに示すのと同じ作動角に変更されている。したがって、図９Ａと図９Ｂを比較するとわかるように、「ＩＶＯｃ＝ＩＶＯｌ」、「ＥＶＯｃ＝ＥＶＯｌ」、「ＥＶＣｃ＝ＥＶＣｌ」となり、吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ)だけが閉時期(ＩＶＣｃ´)から閉時期(ＩＶＣｌ)に変更されているものである。この場合は図３Ａと同等のバルブタイミングなのでこれ以上の説明は省略する。
【０１２２】
図９Ｃは中／高負荷領域のバルブタイミング特性を示しており、吸気側ＶＥＬ機構の制御によって吸気バルブ４の作動角が更に拡大された状態を示している。この場合、排気バルブの開時期(ＥＶＯｍ)と閉時期(ＥＶＣｍ)は図３Ｂと同じである。
【０１２３】
一方、吸気バルブの開時期(ＩＶＯｍ)は図３Ｂと同じにして、吸気側ＶＥＬ機構によって閉時期(ＩＶＣ)を、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の中間位置付近の閉時期(ＩＶＣｍ´)に設定するために作動角を大きく拡大している。
【０１２４】
したがって、中／高負荷領域においても、吸気弁閉時期遅延による、いわゆるアトキンソンサイクル効果でポンプ損失を低減でき、燃費性能を向上できるだけでなく、有効圧縮比を下げることができる。このため、外部ＥＧＲガスによる耐ノック性の向上に加え、吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ)を下死点(ＢＤＣ)と上死点の中間位置付近の閉時期(ＩＶＣｍ´)まで遅角したことによる、有効圧縮比の低減による耐ノック性の向上効果も加わって更に耐ノック性を向上できるので、点火時期を進角することができて燃費性能を更に一層向上することができる。
【０１２５】
以上説明した実施形態では、油圧式の位相可変機構（吸/排気ＶＴＣ）を示したが、油圧に限らず電動の位相可変機構を使用することも可能である。また、外部ＥＧＲ弁バタフライ弁を示したが、ポペット弁のようなものでも良く、また、ＥＧＲクーラーを併設した外部ＥＧＲシステムを示したが、ＥＧＲクーラーは設けなくても良いものである。
【０１２６】
更に、外部ＥＧＲシステムとしては、排気ガス浄化触媒の下流からＥＧＲガスを分流する、いわゆるＬＰ−ＥＧＲシステム(ロープレッシャＥＧＲシステム)の例を示したが、排気ガス浄化触媒の上流からターボチャージャの上流にＥＧＲガスを導入するＨＰ−ＥＧＲシステム（ハイプレッシャＥＧＲシステム）でも良いものである。また、タ−ボチャージャを搭載した内燃機関にも適用可能である。
【０１２７】
以上述べた通り、本発明は、少なくとも、外部ＥＧＲシステムと、吸気バルブの開閉時期の位相を制御する吸気側可変動弁機構、及び排気バルブの開閉時期の位相を制御する排気側可変動弁機構を備え、内燃機関が低負荷領域においては、外部ＥＧＲシステムによる外部ＥＧＲガスの流量を少なくすると共に、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を排気上死点(ＴＤＣ)前まで進角し、且つ吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を排気上死点(ＴＤＣ)後の所定位置まで遅角することを特徴としている。
【０１２８】
これによれば、低負荷領域において、排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)と吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)が重ならない「負のバルブオーバーラップ区間」が形成されるので、排気行程末期から吸気行程初期にかけて高温の燃焼ガス(高温の内部ＥＧＲガス）を燃焼室内に封じ込め、且つピストンでこの燃焼ガスを加圧することによって昇温することができる。これによって、低負荷領域において、低温外部ＥＧＲガスによる燃焼不安定化を抑制することができ、また外部ＥＧＲによる気筒間のＥＧＲ量分配ばらつきによる燃焼の不安定化を抑制できる。
【０１２９】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１３０】
例えば、排気側にＶＥＬ機構を追加・併設することも可能である。こうすれば、冷機時のバルブタイミングを、図９Ａに対して、排気弁作動角を排気側ＶＥＬ機構により拡大して、同じ排気弁閉時期で排気弁開時期はさらに進角することができ、排気ガス温度を高めて、触媒を活性化させて排気エミッション低減効果も得ることができる。
【０１３１】
あるいは、特開２００２−２７６４４６号公報に示すような、機械圧縮比可変機構ＶＣＲを併設することも可能である。これによれば、暖機後低負荷時の図９Ｂにおいて、ＶＣＲにより機械圧縮比を高め、つまり圧縮上死点温度を高めて、さらに燃焼を改善して燃費をさらに向上することも可能となる。
【符号の説明】
【０１３２】
０１…ピストン、０２…クランクシャフト、０３…コンロッド、０４…燃焼室、０５…点火栓、１Ａ…吸気側可変動弁機構、１Ｂ…排気側可変動弁機構、２Ａ、２Ｂ…位相制御用油圧アクチュエータ、４…吸気バルブ、５…排気バルブ、５１…電制スロットルバルブ、５２…コントローラ、５３…排気ガス浄化触媒、５４…排気ガス再循環通路、５５…ＥＧＲクーラー、５６…外部ＥＧＲ弁。
【図１】
2019044754.tif 000003
【図２】
2019044754.tif 000004
【図３Ａ】
2019044754.tif 000005
【図３Ｂ】
2019044754.tif 000006
【図３Ｃ】
2019044754.tif 000007
【図４】
2019044754.tif 000008
【図５】
2019044754.tif 000009
【図６Ａ】
2019044754.tif 000010
【図６Ｂ】
2019044754.tif 000011
【図６Ｃ】
2019044754.tif 000012
【図７】
2019044754.tif 000013
【図８Ａ】
2019044754.tif 000014
【図８Ｂ】
2019044754.tif 000015
【図９Ａ】
2019044754.tif 000016
【図９Ｂ】
2019044754.tif 000017
【図９Ｃ】
2019044754.tif 000018