(57)【要約】【課題】内燃機関の機関負荷に見合った既燃ガスを気筒内に導入させることができ、機関負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる内燃機関の燃焼状態制御装置を提供すること。【解決手段】ピストン位置検出部と排気バルブの開弁期間を調整するバルブ制御部とを備えたエンジンの燃焼状態制御装置であって、バルブ制御部は、エンジン負荷検出部により検出されたエンジン負荷が中負荷あるいは低負荷にあることを条件に、吸気行程中の吸気バルブの開弁期間に対して排気バルブの開弁期間の少なくとも一部がオーバラップするよう排気バルブの開弁期間を調整するとともに、エンジン負荷の大きさに応じて排気バルブの開弁期間と吸気バルブの開弁期間とがオーバラップするオーバラップ期間の長さを調整する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転に基づきピストンの位置を検出するピストン位置検出部と、排気バルブの開閉時期を変更することで前記排気バルブの開弁期間を調整するバルブ制御部とを備えた内燃機関の燃焼状態制御装置であって、
前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出部を備え、
前記バルブ制御部は、前記機関負荷が予め定められた特定負荷領域にあることを条件に、前記ピストンが上死点から下死点に向かう吸気行程中の吸気バルブの開弁期間に対して前記排気バルブの開弁期間の少なくとも一部がオーバラップするよう前記排気バルブの開弁期間を調整するとともに、
前記機関負荷の大きさに応じて前記排気バルブの開弁期間と前記吸気バルブの開弁期間とがオーバラップするオーバラップ期間の長さを調整することを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項２】
前記排気バルブは、１つの気筒に対して複数設けられ、
前記複数の排気バルブのうち、少なくともいずれか１つを前記バルブ制御部により前記開弁期間を調整可能な構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項３】
少なくとも前記機関負荷を含む前記内燃機関の運転状態に応じて、点火プラグの火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼と、燃焼室内において前記混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼とを切り替える燃焼形態切替部を備え、
前記バルブ制御部は、前記燃焼形態切替部により前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切り替えられる際に、前記吸気行程において少なくとも前記ピストンが前記上死点から前記下死点に至るまで前記排気バルブを開弁させるよう前記排気バルブの開弁期間を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の吸入空気量を調整するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を制御するスロットル開度制御部と、を備え、
前記スロットル開度制御部は、前記オーバラップ期間中、前記スロットルバルブの開度を調整することにより前記気筒内に導入される既燃ガスの量を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項５】
前記燃焼形態切替部により前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切り替えられる際には、前記バルブ制御部が前記オーバラップ期間を前記圧縮自着火燃焼への切替前と比較して増大させるよう前記排気バルブの開弁期間を調整するとともに、前記スロットル開度制御部が前記スロットルバルブの開度を前記圧縮自着火燃焼への切替前と比較して減少させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼状態制御装置に関し、特に、予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能な内燃機関の燃焼状態制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させるＳＩ（Spark Ignition）燃焼が広く一般的であったが、近年、気筒内に高温の既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼と称される。
【０００３】
このＨＣＣＩ燃焼は、気筒内の混合気を圧縮し、高温・高圧化することにより、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。ＨＣＣＩ燃焼は、気筒内の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、ＳＩ燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られるという利点を有する。
【０００４】
こうしたＨＣＣＩ燃焼を行う内燃機関の燃焼状態制御装置として、例えば特許文献１に記載のような内燃機関の燃焼状態制御装置が知られている。この特許文献１に記載の燃焼状態制御装置は、機関回転速度や機関負荷等の内燃機関の運転状態に応じてＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを切り替えることにより最適な燃焼が行われるよう、燃焼制御を行うものである。
【０００５】
また、この燃焼状態制御装置は、ＨＣＣＩ燃焼が行われるＨＣＣＩ領域を低負荷領域、中負荷領域、高負荷領域に分割し、これら各領域ごとに既燃ガスの導入量を変更することで各領域ごとに最適なＨＣＣＩ燃焼が行われるようにしている。
【０００６】
例えば、低負荷領域では、吸気行程中に、吸気バルブを早期に閉弁するとともに吸気バルブの開弁期間と一部重複するように排気バルブを開弁し、かつ吸気バルブのリフト量を吸気行程中に開弁される排気バルブのリフト量よりも小さくしている。これにより、低負荷領域においては、一旦排出された既燃ガスが気筒内に多量に導入される一方で新気の導入量を少なくすることができる。このため、気筒内温度を大幅に上昇させることができ、混合気を自着火させ易い環境が整いＨＣＣＩ燃焼を確実に引き起こすことができる。
【０００７】
また、中負荷領域では、機関負荷の増大に伴って、吸気バルブのリフト量を吸気行程中に開弁される排気バルブのリフト量以上となるまで徐々に増大させたり、２つある排気バルブのうち一方の開弁を禁止する。これにより、中負荷領域においては、既燃ガスの導入量を減らして新気の導入量を増やすことができ、過剰な既燃ガスの導入に起因して混合気が異常に早いタイミングで自着火する、いわゆる過早着火による異常燃焼を防止することができる。
【０００８】
さらに、高負荷領域では、吸気行程中の全ての排気バルブの開弁を禁止する。これにより、高負荷領域においては、高い機関負荷に応じた十分な量の新気を確保することができるとともに、気筒内温度をより低下させることによって過早着火による異常燃焼を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２１４４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼状態制御装置にあっては、ＨＣＣＩ領域において低負荷領域、中負荷領域および高負荷領域に応じて気筒内に導入する既燃ガスの量を段階的に切り替えるので、例えば中負荷領域から高負荷領域に運転状態が変化する場合、気筒内に導入される混合気に含まれる既燃ガスの割合を示すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）率が大きく変化してしまう。このため、ＥＧＲ率が大きく変化すると、燃焼が不安定になるおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、内燃機関の機関負荷に見合った既燃ガスを気筒内に導入させることができ、機関負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる内燃機関の燃焼状態制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、内燃機関の燃焼状態制御装置であって、クランクシャフトの回転に基づきピストンの位置を検出するピストン位置検出部と、排気バルブの開閉時期を変更することで前記排気バルブの開弁期間を調整するバルブ制御部とを備えた内燃機関の燃焼状態制御装置であって、前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出部を備え、前記バルブ制御部は、前記機関負荷が予め定められた特定負荷領域にあることを条件に、前記ピストンが上死点から下死点に向かう吸気行程中の吸気バルブの開弁期間に対して前記排気バルブの開弁期間の少なくとも一部がオーバラップするよう前記排気バルブの開弁期間を調整するとともに、前記機関負荷の大きさに応じて前記排気バルブの開弁期間と前記吸気バルブの開弁期間とがオーバラップするオーバラップ期間の長さを調整することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第２の態様としては、前記排気バルブは、１つの気筒に対して複数設けられ、前記複数の排気バルブのうち、少なくともいずれか１つを前記バルブ制御部により前記開弁期間を調整可能な構成とするのが好ましい。
【００１４】
本発明の第３の態様としては、少なくとも前記機関負荷を含む前記内燃機関の運転状態に応じて、点火プラグの火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼と、燃焼室内において前記混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼とを切り替える燃焼形態切替部を備え、前記バルブ制御部は、前記燃焼形態切替部により前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切り替えられる際に、前記吸気行程において少なくとも前記ピストンが前記上死点から前記下死点に至るまで前記排気バルブを開弁させるよう前記排気バルブの開弁期間を調整するのが好ましい。
【００１５】
本発明の第４の態様としては、前記内燃機関の吸入空気量を調整するスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度を制御するスロットル開度制御部と、を備え、前記スロットル開度制御部は、前記オーバラップ期間中、前記スロットルバルブの開度を調整することにより前記気筒内に導入される既燃ガスの量を調整するのが好ましい。
【００１６】
本発明の第５の態様としては、前記燃焼形態切替部により前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切り替えられる際には、前記バルブ制御部が前記オーバラップ期間を前記圧縮自着火燃焼への切替前と比較して増大させるよう前記排気バルブの開弁期間を調整するとともに、前記スロットル開度制御部が前記スロットルバルブの開度を前記圧縮自着火燃焼への切替前と比較して減少させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このように、上記の第１の態様によれば、吸気行程中の排気バルブの開弁期間と吸気バルブの開弁期間とのオーバラップ期間の長さを機関負荷の大きさに応じて調整するので、機関負荷に応じて内燃機関の気筒内に導入される既燃ガスの量を連続的に調整することができる。このため、従来のようにＥＧＲ率を大きく変化させることなく機関負荷に見合った既燃ガスを気筒内に導入させることができ、機関負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる。
【００１８】
上記の第２の態様によれば、１つの気筒に対して排気バルブが複数設けられている場合には、それら複数の排気バルブの少なくともいずれか１つをバルブ制御部により開弁期間を調整可能な構成としたので、開弁期間を調整可能な排気バルブの数を必要最小限に抑えつつも気筒内に導入される既燃ガスの量を調整することができる。したがって、比較的安価な構成で、機関負荷に見合った既燃ガスを気筒内に導入させることができるとともに、機関負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる。特に、内燃機関の低回転領域や低負荷領域においては、その効果が顕著である。
【００１９】
上記の第３の態様によれば、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼に切り替えられる際に、吸気行程において少なくともピストンが上死点から下死点に至るまで排気バルブを開弁させるので、吸気行程における排気バルブの開弁期間と吸気バルブの開弁期間とのオーバラップ期間を最大にすることができる。これにより、気筒内に多量の既燃ガスを導入することができるため、気筒内の混合気の温度を上昇させることができる。この結果、混合気の自着火を促進することができ、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切り替えを良好に行うことができる。
【００２０】
上記の第４の態様によれば、吸気行程における排気バルブの開弁期間と吸気バルブの開弁期間とのオーバラップ期間中は、同オーバラップ期間の長さを調整するだけでなく、スロットルバルブの開度を調整することにより気筒内に導入される新気の量を調整することができる。このため、新気の量を調整することで、気筒内に導入される既燃ガスの量をより正確に、かつ連続的に調整することができる。
【００２１】
また、オーバラップ期間とスロットル開度とをエンジン負荷に合わせて調整するので、例えば要求されるエンジン負荷が高い場合には、必要な量の新気を導入しつつ、過剰な既燃ガスの導入による過早着火に起因したノッキング等の発生を抑制することができる。
【００２２】
上記の第５の態様によれば、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼に切り替える際に、オーバラップ期間を増大させ、かつスロットルバルブの開度を減少させるので、気筒内に導入される既燃ガスの量を増大させて気筒内の混合気の温度を上昇させることができ、燃焼形態を良好に火花点火燃料から圧縮自着火燃焼に移行させることができる。
【００２３】
また、スロットルバルブの開度の減少により気筒内に導入される新気の量を制限しても、排気バルブの閉弁期間を遅らせることで多量の既燃ガスを気筒内に導入できるため、吸気損失の増大を抑制することができる。この結果、内燃機関の燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼状態制御装置が適用される内燃機関の概略を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るＳＩ燃焼領域の吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を示すタイムチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る部分負荷領域の吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るＳＩ燃焼領域からＨＣＣＩ燃焼領域への切替時の吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵによって実行される燃焼状態制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る排気ポートにおける既燃ガスの流れを示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態の変形例に係る吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態の他の変形例に係る吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関としてのエンジン１は、例えば直列４気筒のガソリンエンジンで構成されている。なお、エンジン１の気筒数は４気筒に限られない。また、エンジン１は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００２６】
このエンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に締結されたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に締結されたオイルパン４とを含んで構成されている。オイルパン４には、図示しないエンジンオイルが貯留されるようになっている。
【００２７】
シリンダブロック２には、気筒としてのシリンダ５が形成されている。シリンダ５には、このシリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。燃焼室７は、シリンダ５とピストン６の頂面とシリンダヘッド３の下面とによって画成された空間から構成されている。この燃焼室７には、燃焼室内における混合気の燃焼状態を把握するための燃焼圧センサ３０が設けられている。
【００２８】
エンジン１は、シリンダ５内でピストン６が往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。
【００２９】
また、ピストン６は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト９と連結している。コネクティングロッド８は、ピストン６の往復運動をクランクシャフト９の回転運動に変換するようになっている。なお、クランクシャフト９は、図示しないクランクジャーナルを介してシリンダブロック２に回転可能に支持されている。
【００３０】
また、シリンダヘッド３には、点火プラグ１０と、吸気ポート１１と、排気ポート１２とが設けられている。点火プラグ１０は、燃焼室７内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド３に配設され、図示しないイグナイタによってその点火時期が調整されるようになっている。吸気ポート１１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通するようになっている。また、吸気ポート１１には、インジェクタ１３と、吸気バルブ１４とが設けられている。
【００３１】
インジェクタ１３は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を吸気ポート１１内に噴射する、いわゆるポート噴射式の燃料噴射弁である。なお、インジェクタ１３としては、ポート噴射式に限らず、燃焼室７に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式の燃料噴射弁であってもよい。
【００３２】
吸気ポート１１内に噴射された燃料は、吸入空気、すなわち新気と混合されて混合気となって燃料室７に導入される。燃焼室７に導入された混合気は、点火プラグ１０による火花放電、あるいは燃焼室内での圧縮による自着火によって燃焼および爆発する。この混合気の燃焼および爆発によってピストン６がシリンダ５内を往復運動し、クランクシャフト９が回転する。
【００３３】
吸気バルブ１４は、吸気通路１６ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。吸気バルブ１４の開閉は、吸気側可変動弁機構１５によって行われるようになっている。
【００３４】
吸気側可変動弁機構１５としては、例えば電磁石とスプリング等から構成された電磁アクチュエータにより吸気バルブ１４の開閉を行う電磁式の可変動弁機構を用いることができる。具体的には、吸気側可変動弁機構１５は、電磁石の励磁によって吸気バルブ１４に固定された可動部を吸引することで、スプリングによって常時閉弁方向に付勢されている吸気バルブ１４を開弁方向に移動させるようになっている。
【００３５】
また、吸気側可変動弁機構１５は、後述するＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁石の励磁、非励磁がＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。したがって、ＥＣＵ１００は、吸気バルブ１４の開閉時期を任意に変更でき、これにより吸気バルブ１４の開弁期間を容易に調整することができる。
【００３６】
なお、吸気側可変動弁機構１５としては、電磁アクチュエータに変えて油圧アクチュエータを用いた油圧式の可変動弁機構を用いてもよい。また、吸気側可変動弁機構１５として、主カムおよび副カム等のカム部材を用いて吸気バルブ１４の開閉時期を変更可能な機械式の可変動弁機構を用いても構わない。
【００３７】
さらに、この吸気側可変動弁機構１５は、例えば電磁石に対する励磁電流がＥＣＵ１００によって調整されることにより、吸気バルブ１４の開閉時期とともに吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変化させることが可能な構成であってもよい。
【００３８】
また、シリンダヘッド３の吸気ポート側には、吸気管１６が接続されている。この吸気管１６の内部には、吸気ポート１１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、電子制御式のスロットルバルブ１８と、エアフロセンサ１９とが設けられている。スロットルバルブ１８は、ＥＣＵ１００に電気的に接続されている。
【００３９】
スロットルバルブ１８は、ＥＣＵ１００からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン１の吸入空気量を調整するようになっている。エアフロセンサ１９は、スロットルバルブ１８よりも新気が導入される方向である吸気方向の上流側に設けられ、吸入空気量を検知するようになっている。
【００４０】
一方、排気ポート１２には、排気バルブ２４が設けられている。排気バルブ２４は、後述する排気通路２６ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。排気バルブ２４の開閉は、排気側可変動弁機構２５によって行われるようになっている。
【００４１】
排気側可変動弁機構２０は、上述した吸気側可変動弁機構１５と同様の構成であるため、詳細な説明を省略するが、電磁石の励磁、非励磁がＥＣＵ１００によって制御されることで、排気バルブ２４の開閉時期が任意に変更される。したがって、ＥＣＵ１００は、排気バルブ２４の開弁期間を容易に調整することができる。
【００４２】
また、シリンダヘッド３の排気ポート側には、排気管２６が接続されている。この排気管２６の内部には、排気ポート１２と連通する排気通路２６ａが形成されている。排気通路２６ａには、三元触媒２７と、Ａ／Ｆセンサ２８と、Ｏ２センサ２９とが設けられている。三元触媒２７は、エンジン１の燃焼室７から排出された排気ガス、すなわち既燃ガスを浄化するようになっている。
【００４３】
Ａ／Ｆセンサ２８は、三元触媒２７よりも排気ガスが排出される方向である排気方向の上流側に設けられ、三元触媒２７に導入される排気ガスにおける空燃比（Ａ／Ｆ）を検知するようになっている。Ａ／Ｆセンサ２８は、空燃比に対してリニアな出力特性を有する酸素センサである。Ｏ２センサ２９は、三元触媒２７よりも排気方向下流側に設けられている。Ｏ２センサ２９は、空燃比に対して理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有する酸素センサである。
【００４４】
本実施形態では、上述のように構成されたエンジン１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。
【００４５】
また、ＥＣＵ１００の入力側には、前述したエアフロセンサ１９、Ａ／Ｆセンサ２８、Ｏ２センサ２９、燃焼圧センサ３０、アクセル開度センサ３１およびクランク角センサ３２等の各種センサ類が接続されている。ここで、アクセル開度センサ３１は、例えば加速要求時等に運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検知するようになっている。また、クランク角センサ３２は、クランクシャフト９の回転角度を検知するようになっている。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ３２から入力される検知結果に基づきエンジン回転数を算出するようになっている。
【００４６】
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、前述した点火プラグ１０、インジェクタ１３、スロットルバルブ１８、吸気側可変動弁機構１５および排気側可変動弁機構２５等の各種装置が接続されている。
【００４７】
さらに、ＥＣＵ１００は、バルブ制御部１０１、エンジン負荷検出部１０２、燃料制御部１０３、燃焼形態切替部１０４、ピストン位置検出部１０５、点火制御部１０６およびスロットル開度制御部１０７を備えている。ＥＣＵ１００は、前述した各部を通じて後述する燃焼状態制御を実行するようになっている。この燃焼状態制御については、図６において詳しく説明する。
【００４８】
バルブ制御部１０１は、上述した吸気側可変動弁機構１５および排気側可変動弁機構２５をそれぞれ制御することによって吸気バルブ１４および排気バルブ２４の開閉時期を変更することで、吸気バルブ１４および排気バルブ２４の開弁期間を調整するようになっている。ここで、吸気バルブ１４および排気バルブ２４の開閉時期を変更するとは、例えば吸気バルブ１４および排気バルブ２４の閉弁時期を進角あるいは遅角することを意味する。
【００４９】
また、バルブ制御部１０１は、エンジン負荷検出部１０２によって検出されたエンジン負荷が特定負荷領域としての中負荷あるいは低負荷にあることを条件に、ピストン６が上死点から下死点に向かう吸気行程中の吸気バルブ１４の開弁期間に対して排気バルブ２４の開弁期間の少なくとも一部がオーバラップするよう排気バルブ２４の開弁期間を調整するようになっている。
【００５０】
さらに、バルブ制御部１０１は、吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間とがオーバラップするオーバラップ期間の長さを、要求されるエンジン負荷の大きさに応じて調整するようになっている。例えば、オーバラップ期間は、エンジン負荷が低負荷となる程、長くなるよう調整される。
【００５１】
特に、バルブ制御部１０１は、燃焼形態切替部１０４により燃焼形態が後述するＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる際には、前述のオーバラップ期間をＨＣＣＩ燃焼への切替前と比較して増大させるよう排気バルブ２４の開弁期間を調整するようになっている。例えば、バルブ制御部１０１は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる際には、吸気行程において少なくともピストン６が上死点から下死点に至るまで排気バルブ２４を開弁させるよう排気バルブ２４の開弁期間を調整するようになっている。詳しくは、後述する。
【００５２】
エンジン負荷検出部１０２は、アクセル開度センサ３１から入力されたアクセル開度やエアフロセンサ１９から入力された吸入空気量に基づき機関負荷としてのエンジン負荷を算出する、すなわちエンジン負荷を検出するようになっている。エンジン負荷検出部１０２は、本発明に係る機関負荷検出部を構成する。
【００５３】
燃料制御部１０３は、エアフロセンサ１９から入力された吸入空気量に基づき、予め実験的に求めてＲＯＭに記憶された噴射量マップに従い決定された量の燃料がインジェクタ１３から噴射されるよう、図示しない燃料供給装置およびインジェクタ１３を制御するようになっている。ここで、燃料噴射量は、Ａ／Ｆセンサ２８の検知結果に応じて常に理論空燃比となるよう燃料制御部１０３によりフィードバック制御されるようになっている。
【００５４】
燃焼形態切替部１０４は、エンジン１の運転状態に応じて後述するＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるようになっている。具体的には、燃焼形態切替部１０４は、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとする燃焼領域マップを参照することにより、エンジン１の運転領域がＳＩ燃焼領域およびＨＣＣＩ燃焼領域のいずれにあるかを判断し、この判断に基づきＳＩ燃焼を行うかＨＣＣＩ燃焼を行うかを選択するようになっている。
【００５５】
ここで、燃焼領域マップは、エンジン１の運転状態としてのエンジン回転数およびエンジン負荷に応じて、エンジン１をどのような燃焼形態により運転すべきかを規定したものであり、予め実験的に求めてＲＯＭに記憶されている。この燃焼領域マップにおいて、ＳＩ燃焼領域とは、点火プラグ１０の火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼、すなわちＳＩ燃焼を行う領域である。一方、ＨＣＣＩ燃焼領域とは、燃焼室７内において混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる圧縮自着火燃焼、すなわちＨＣＣＩ燃焼を行う領域である。
【００５６】
ピストン位置検出部１０５は、クランク角センサ３２から入力されるクランクシャフト９の回転角度に基づき、ピストン６の位置を検出するようになっている。
【００５７】
点火制御部１０６は、エンジン１の運転状態に応じて予め定められたタイミングで点火プラグ１０の点火回路に駆動信号を送信することにより、点火プラグ１０による火花放電のタイミング、すなわち点火時期を制御するようになっている。ただし、少なくともＨＣＣＩ燃焼領域では、火花点火によらず混合気を自着火させるＨＣＣＩ燃焼が行われるため、当該ＨＣＣＩ燃焼が行われる場合には上述の点火時期の制御は行われない。
【００５８】
スロットル開度制御部１０７は、例えばアクセル開度に基づき算出されたエンジン負荷に応じた吸入空気量が得られるように、スロットルバルブ１８のスロットル開度を制御するようになっている。ここで、スロットル開度は、アクセル開度とスロットル開度との関係を予め実験的に求めてＲＯＭに記憶したアクセル特性マップを参照することにより決定される。
【００５９】
ただし、本実施形態では、後述するようにエンジン１の吸気行程において吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間とのオーバラップ期間がある場合には、排気ポート１２から燃焼室７内に導入される既燃ガスの量を調整するためにスロットル開度が調節される。
【００６０】
したがって、スロットル開度制御部１０７は、上記オーバラップ期間中、スロットル開度を調整することにより燃焼室７内に導入される既燃ガスの量を調整するようになっている。例えば、スロットル開度制御部１０７は、オーバラップ期間中にスロットル開度を小さくすれば、新気の量が減り、燃焼室７内の負圧も高まるので、燃焼室７内に導入される既燃ガスの量を増やすことができる。これとは逆に、スロットル開度制御部１０７は、オーバラップ期間中にスロットル開度を大きくすれば、新気の量が増え、燃焼室７内の負圧が低下するので、燃焼室７内に導入される既燃ガスの量を減らすことができる。
【００６１】
ここで、スロットル開度制御部１０７は、例えば後述するＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域においてＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる際には、スロットル開度をＨＣＣＩ燃焼への切替前と比較して小さく、すなわち減少させるようになっている。詳しくは、後述する。
【００６２】
次に、図３〜図５を用いて、ＳＩ燃焼領域からＨＣＣＩ燃焼領域に移行するまでの各領域におけるエンジン１の動作と吸気バルブ１４および排気バルブ２４の開閉時期について説明する。
【００６３】
図３に示すように、ＳＩ燃焼領域では、通常の火花点火によるＳＩ燃焼が行われ、吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間との間にオーバラップ期間はほとんどない。ＳＩ燃焼領域は、エンジン１の運転状態、特にエンジン負荷が高負荷であるときに移行する領域である。このＳＩ燃焼領域におけるエンジン１の動作は、次の通りである。
【００６４】
すなわち、運転者によりアクセルペダル操作がなされると、アクセル開度に基づきエンジン１の要求負荷が算出される。次いで、その要求負荷に応じてエンジン１の吸入空気量が決定され、決定された吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ１８が調節される。その後、エアフロセンサ１９から入力される吸入空気量と噴射量マップとに基づき、燃料噴射量が決定される。これにより、決定された燃料噴射量に応じた燃料がインジェクタ１３から噴射され、吸入空気すなわち新気と燃料との予混合気が生成される。
【００６５】
吸気行程では、ピストン６が上死点（以下、ＴＤＣあるいは排気吸気ＴＤＣという）にあるときに吸気バルブ１４が開弁され、ピストン６が下死点（以下、ＢＤＣあるいは吸気ＢＤＣという）に向けて下降する間に燃焼室７内が負圧になる。これにより、予混合気が燃焼室７内に充填される。その後、ピストン６が吸気ＢＤＣ付近まで下降すると、吸気バルブ１４が閉じられる。次いで、ピストン６が吸気ＢＤＣから上昇し始めると、圧縮行程に移行する。
【００６６】
圧縮行程では、予混合気が圧縮され、燃焼室７内の圧力と温度が上昇する。ピストン６がＴＤＣ付近の予め設定された適切な点火時期となると、点火プラグ１０による火花点火が行われて、混合気が点火される。なお、点火時期は、燃焼圧センサ３０により検知された燃焼室７内の燃焼状態に基づき最適な時期に設定されるが、具体的にはノッキングのような急峻な異常燃焼が生じないＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）に調節される。次いで、点火された混合気が火炎伝播により燃焼室７内で燃焼しながら膨張する膨張行程に移行する。
【００６７】
膨張行程では、混合気の膨張によりピストン６が押し下げられ、ＢＤＣに向けて下降する。これにより、コネクティングロッド８を介してピストン６に連結されたクランクシャフト９が回転する。ピストン６が下死点（ＢＤＣあるいは排気ＢＤＣという）付近まで下降すると、適切な時期に排気バルブ２４が開弁されて、排気行程に移行する。
【００６８】
排気行程では、ピストン６が排気ＢＤＣから排気吸気ＴＤＣに向けて上昇する過程で、燃焼室７内の既燃ガスが排気ポート１２を介して排気通路２６ａに排出される。排出された既燃ガスは、三元触媒２７の浄化作用により浄化された後、車外に排出される。なお、三元触媒２７から排出された既燃ガスは、酸素濃度が常にＯ２センサ２９により検知され、理論空燃比となるようＥＣＵ１００により燃焼噴射量にフィードバック制御されている。
【００６９】
また、このＳＩ燃焼領域では、スロットル開度を大きくすると、エンジン１に導入される新気の量が多くなり、かつ吸気損失は小さくなる。一方で、スロットル開度を小さくすると、エンジン１に導入される新気の量が少なくなり、かつ吸気損失が大きくなってしまう。
【００７０】
図４に示すように、部分負荷領域は、上述したＳＩ燃焼領域とは排気バルブ２４の閉弁時期が遅角され、吸気行程においてオーバラップ期間が大きくなっている点で異なる。この部分負荷領域は、エンジン１の運転状態、特にエンジン負荷が高負荷〜中負荷であるときに移行する領域であり、エンジン１の燃焼形態はＳＩ燃焼である。したがって、圧縮行程および膨張行程については、上述のＳＩ燃焼領域と同様であるため説明を省略し、以下においては、ＳＩ燃焼領域と異なる排気行程および吸気行程について説明する。
【００７１】
部分負荷領域では、排気行程における排気バルブ２４の閉弁時期（以下、ＥＶＣ（Exhaust Valve Close）ともいう）が予め定められた遅角量だけ遅角される。このため、排気バルブ２４は、排気行程を過ぎても閉弁されることなく、吸気行程に移行して吸気バルブ１４が開弁されても継続して開弁される。したがって、吸気行程において、吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間との間にオーバラップ期間が生ずることとなる。
【００７２】
これにより、吸気行程においては、ピストン６が排気吸気ＴＤＣから吸気ＢＤＣに向かって下降する過程で、燃焼室７の負圧を利用して排気行程で一旦排出された既燃ガスが再度、燃焼室７内に導入される。このときの燃焼室７内に導入される既燃ガスの量、つまりＥＧＲ量は、ＥＶＣの遅角量を可変することで調節される。ここで、ＥＶＣの遅角量は、例えばノッキングや失火が生じない量の既燃ガスが燃焼室７内に導入される程度の遅角量である。また、吸気行程中に排気バルブ２４が閉弁された後は、残りの吸気行程において新気のみが燃焼室７内に導入される。
【００７３】
また、この部分負荷領域では、既燃ガスの導入によって燃焼室７内に導入される混合気の量を減らすことができるため、スロットル開度を小さくする必要がない。このため、スロットル開度を小さくすることによって発生する吸気損失が軽減される。また、部分負荷領域では、例えばスロットル開度を小さくすると、ＥＶＣの遅角による燃焼室７内の圧力低下に起因して新気の量が減ることから、減少した新気の量を補うべくスロットル開度を大きくすることも可能である。これにより、エンジン１は、所望の要求負荷に応じた出力を得ることができる。
【００７４】
図５に示すように、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域は、上述した部分負荷領域とは特にＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角した点、および燃焼形態がＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替わる点で異なる。このＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域は、エンジン１の運転状態、特にエンジン負荷が中負荷〜低負荷であるときに移行する領域であり、エンジン１の燃焼形態はＳＩ燃焼あるいはＨＣＣＩ燃焼である。
【００７５】
ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域では、排気行程におけるＥＶＣが吸気ＢＤＣまで遅角される。このため、排気バルブ２４は、排気行程を過ぎても閉弁されることなく、吸気行程が終了するまで継続して開弁される。したがって、吸気行程の全領域において、吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間とがオーバラップすることとなる。つまり、オーバラップ期間は、吸気行程全域となる。この結果、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域では、部分負荷領域よりも多量の既燃ガスが燃焼室７内に導入される。
【００７６】
ここで、ＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角したのは、ＥＧＲ量を最大とし、かつスロットル開度を最小として自着火が促進されるように、吸気ＢＤＣにおける燃焼室７内の圧力を最大とするためである。
【００７７】
なお、本実施形態では、ＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角したが、これに限らず、例えば予め定められた遅角量だけ遅角させる構成であってもよい。この場合の遅角量は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に移行可能なＥＧＲ量を得られる程度の遅角量であり、エンジン負荷やエンジン回転数に基づき遅角量マップを参照することにより求められる。遅角量マップは、エンジン負荷やエンジン回転数と遅角量との関係を予め実験的に求めたもので、予めＲＯＭに記憶されている。
【００７８】
一方、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域では、ＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角するため、ＥＶＣの遅角量を調整することによってＥＧＲ量を調節することができない。したがって、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域におけるＥＧＲ量は、スロットル開度の調節により行う。すなわち、スロットル開度を小さくすれば燃焼室７内の負圧を高めることができるため、ＥＧＲ量を増やして新気の量を減らすことができる。他方、スロットル開度を大きくすれば、燃焼室７内の負圧を低くすることができるため、ＥＧＲ量を減らして新気の量を増やすことができる。例えば、ＳＩ燃焼時は、スロットル開度を中程度として新気の量およびＥＧＲ量を中程度とする一方で、ＨＣＣＩ燃焼に移行した後、すなわちＨＣＣＩ燃焼時は、スロットル開度を小さくして新気の量を減らしてＥＧＲ量を多くすることができる。
【００７９】
また、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域では、吸気行程の全領域で排気バルブ２４が開弁していることにより排気ポート２４から既燃ガスが燃焼室７内に再導入されるため、吸気損失を抑制することができる。
【００８０】
次いで、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域において、燃焼室７に再導入される高温の既燃ガスによって燃焼室７内の温度が混合気の自着火可能な温度まで上昇すると、燃焼形態がＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる。
【００８１】
次に、図６を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１００によって実行される燃焼状態制御の処理について説明する。なお、上記燃焼状態制御の各処理は、詳細にはＥＣＵ１００が有するバルブ制御部１０１、エンジン負荷検出部１０２、燃焼形態切替部１０４、ピストン位置検出部１０５およびスロットル開度制御部１０７によって実行されるが、説明の便宜上、図６では各処理の主体をＥＣＵ１００として説明するものとする。
【００８２】
図６に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、各種センサ類から情報を取得する（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ３１およびクランク角センサ３２のそれぞれから検知結果を取得する。さらに、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ３１から取得したアクセル開度に基づきエンジン１に要求されるエンジン負荷を算出するとともに、クランク角センサ３２から取得したクランク角に基づき現在のエンジン回転数を算出する。
【００８３】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で算出したエンジン負荷およびエンジン回転数に基づき燃焼領域マップを参照することにより、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域にないと判定した場合には、ＥＧＲ増量可能か否か、すなわちＥＧＲ量を増大可能か否かを判定する（ステップＳ３）。換言すれば、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷が高負荷〜中負荷であるか否かを判定する。
【００８４】
ＥＣＵ１００は、ＨＣＣＩ燃焼領域でなく、かつＥＧＲ増量可能でもないと判定した場合には、図３で示したＳＩ燃焼領域であると判断して、ステップＳ４の処理に移行する。ステップＳ４では、ＥＣＵ１００は、例えば後述するステップＳ５やステップＳ７の処理によりＥＶＣが遅角されている場合には、そのＥＶＣを予め定められた進角量だけ進角させる。例えば、ＥＣＵ１００は、吸気行程においてオーバラップ期間がＳＩ燃焼において適切になるようにＥＶＣを排気吸気ＴＤＣ付近まで進角させる。したがって、上述の予め定められた進角量とは、例えば上記オーバラップ期間がＳＩ燃焼において適切になるようにするために必要な進角量である。
【００８５】
ここで、ＨＣＣＩ燃焼領域でなく、かつＥＧＲ増量可能でもないと判定された場合は、エンジン負荷が高負荷であるため新気の量を増やす必要がある。したがって、上述のように、ＥＣＵ１００は、ＥＶＣを排気吸気ＴＤＣ付近まで進角させることによりＥＧＲ量を減らして新気の量を増やすことができる。これにより、燃焼室７内の温度の過昇温に起因したノッキングや失火の発生を抑制することができる。次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６の処理に移行する。
【００８６】
一方、ＥＣＵ１００は、ＨＣＣＩ燃焼領域でなく、かつＥＧＲ増量可能であると判定した場合には、図４で示した部分負荷領域であると判断して、ステップＳ５の処理に移行する。ステップＳ５では、ＥＣＵ１００は、基準ＥＶＣに対してＥＶＣを予め定められた遅角量だけ遅角させる。ここで、上述の基準ＥＶＣとは、例えば排気吸気ＴＤＣ付近に設定されたＥＶＣである。これにより、吸気行程においては、吸気バルブ１４の開弁期間と排気バルブ２４の開弁期間との間にオーバラップ期間が生じ、排気行程で一旦排出された既燃ガスが再度、燃焼室７内に導入されるようになる。次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６の処理に移行する。
【００８７】
ステップＳ６において、ＥＣＵ１００は、アクセル開度に基づき算出された要求負荷に応じてスロットル開度を調節する。具体的には、ＥＣＵ１００は、適切な新気の量およびＥＧＲ量となるように、スロットル開度を調整する。
【００８８】
例えば、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３でＮＯの場合、つまりＳＩ燃焼領域である場合には、ＥＧＲ量がないか、あるいはあっても微量であるため、要求負荷に応じた出力を得るために必要な新気の量を確保するべくスロットル開度を調節する。
【００８９】
また、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３でＹＥＳの場合、つまり部分負荷領域である場合には、要求負荷に応じた出力を得るために必要な新気の量を確保しつつ、燃焼室７内の温度の過昇温に起因したノッキングや失火が生じないような適切なＥＧＲ量となるよう、スロットル開度を調節する。
【００９０】
他方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２においてエンジン１の運転領域がＨＣＣＩ燃焼領域にあると判定した場合には、図５に示したＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域であると判断して、ＥＶＣを予め定められた遅角量だけ遅角させる（ステップＳ７）。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、ＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角させる。これにより、吸気行程において、多量の既燃ガスが再度、燃焼室７内に導入されるようになる。
【００９１】
次いで、ＥＣＵ１００は、アクセル開度に基づき算出された要求負荷に応じてスロットル開度を調節する（ステップＳ８）。具体的には、ＥＣＵ１００は、適切な新気の量およびＥＧＲ量となるように、スロットル開度を調整する。
【００９２】
例えば、ＥＣＵ１００は、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域中のＳＩ燃焼時であれば、新気の量およびＥＧＲ量が中程度となるよう、スロットル開度を中程度に調節する。また、ＥＣＵ１００は、ＳＩ−ＨＣＣＩ燃焼領域中のＨＣＣＩ燃焼時であれば、新気の量を減らしてＥＧＲ量を多くするために、ＳＩ燃焼時よりも小さいスロットル開度に調節する。
【００９３】
以上のように、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、吸気行程中の排気バルブ２４の開弁期間と吸気バルブ１４の開弁期間とのオーバラップ期間の長さをエンジン負荷の大きさに応じて調整するので、エンジン負荷に応じてＥＧＲ量を連続的に調整することができる。このため、従来のようにＥＧＲ率を大きく変化させることなくエンジン負荷に見合った既燃ガスを燃焼室７内に導入させることができ、エンジン負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる。
【００９４】
また、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えられる際に、吸気ＢＤＣまで排気バルブ２４を開弁させるので、上記オーバラップ期間を最大にすることができる。これにより、燃焼室７内に多量の既燃ガスを導入することができるため、燃焼室７内の混合気の温度を上昇させることができる。この結果、混合気の自着火を促進することができ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えを良好に行うことができる。
【００９５】
また、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、吸気行程における上記オーバラップ期間中は、同オーバラップ期間の長さを調整するだけでなく、スロットル開度を調整することにより燃焼室７内に導入される新気の量を調整することができる。このため、新気の量を調整することで、ＥＧＲ量をより正確に、かつ連続的に調整することができる。
【００９６】
また、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、オーバラップ期間とスロットル開度とをエンジン負荷に合わせて調整するので、例えば要求されるエンジン負荷が高い場合には、必要な量の新気を導入しつつ、過剰な既燃ガスの導入による過早着火に起因したノッキング等の発生を抑制することができる。
【００９７】
さらに、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替える際に、オーバラップ期間を増大させ、かつスロットル開度を減少させるので、ＥＧＲ量を増大させて燃焼室７内の混合気の温度を上昇させることができる。この結果、燃焼形態を良好にＳＩ燃料からＨＣＣＩ燃焼に移行させることができる。
【００９８】
また、本実施形態に係る内燃機関の燃焼状態制御装置は、スロットル開度の減少によりＥＧＲ量を制限しても、排気バルブ２４の閉弁期間を遅らせることで多量の既燃ガスを燃焼室７内に導入できるため、吸気損失の増大を抑制することができる。この結果、エンジン１の燃費の向上を図ることができる。
【００９９】
なお、本実施形態においては、１つのシリンダ２に対して吸気バルブ１４および排気バルブ２４を各１つずつ有するエンジン１に本発明を適用した例について説明したが、１つのシリンダに対して吸気バルブおよび排気バルブをそれぞれ複数設けたエンジン１に本発明を適用してもよい。この場合、複数の排気バルブのうち、少なくともいずれか１つをバルブ制御部１０１により開弁期間を調整可能な構成とするのが好ましい。
【０１００】
例えば、図７に示すエンジン１では、シリンダ２に対して第１の吸気バルブ１４Ａ、第２の吸気バルブ１４Ｂ、第１の排気バルブ２４Ａおよび第２の排気バルブ２４Ｂをそれぞれ設けている。また、このエンジン１では、第１の排気バルブ２４Ａおよび第２の排気バルブ２４Ｂのうち、第２の排気バルブ２４Ｂが開弁期間を調整可能な構成とされている。
【０１０１】
したがって、同エンジン１においては、第２の排気バルブ２４Ｂに対してのみ可変動弁機構が設けられている。この可変動弁機構は、例えば本実施形態の排気側可言動弁機構２５と同様の構成であってもよいし、図示しない排気カムシャフトの位相を変更して第２の排気バルブ２４Ｂの開閉時期を進角あるいは遅角させる可変バルブタイミング機構、いわゆるＶＶＴ（Variable Valve Timing）によって構成してもよい。
【０１０２】
図７に示すエンジン１では、例えば図８に示すように、第２の排気バルブ２４Ｂの開弁時期を排気行程後半に遅角する、すなわち遅開きするとともに、ＥＶＣを吸気行程後半まで遅角させる。これにより、第１の吸気バルブ１４Ａおよび第２の吸気バルブ１４Ｂの開弁期間と第２の排気バルブ２４Ｂの開弁期間とがオーバラップする。なお、第２の排気バルブ２４ＢのＥＶＣは、本実施形態と同様に、最大で吸気ＢＤＣまで遅角可能である。また、第２の排気バルブ２４Ｂは、遅開きでなく、開弁時期は第１の排気バルブ２４Ａと同様、排気ＢＤＣとし、閉弁時期のみを遅角させるようにしてもよい。
【０１０３】
なお、図８において、実線は第１の排気バルブ２４Ａの開閉特性、破線は第２の排気バルブ２４Ｂの開閉特性、一点鎖線は第１の吸気バルブ１４Ａおよび第２の吸気バルブ１４Ｂの開閉特性を示している。
【０１０４】
図７に示すエンジン１では、上記のような構成とすることにより、排気行程で第１の排気バルブ２４Ａの開弁により排出された既燃ガスが吸気行程において第２の吸気バルブ１４Ｂの開弁により燃焼室７内に再度導入される。
【０１０５】
この図７に示す例によれば、開弁期間を調整可能な排気バルブの数を必要最小限に抑えつつもＥＧＲ量を調整することができる。したがって、比較的安価な構成で、エンジン負荷に見合った既燃ガスを燃焼室７内に導入させることができるとともに、エンジン負荷がいずれの負荷領域にあっても最適な燃焼を行うことができる。特に、エンジン１の低回転領域や低負荷領域においては、その効果が顕著である。
【０１０６】
また、本実施形態においては、排気バルブ２４の開弁期間のみを調整してＥＧＲ量の調整を行う例について説明したが、排気バルブ２４の開弁期間に加えて吸気バルブ１４の開弁期間を調整する構成としてもよい。
【０１０７】
この場合、図９に示すように、バルブ制御部１０１が吸気側可変動弁機構１５を制御して吸気バルブ１４の閉弁時期（以下、ＩＶＣ（Intake Valve Close）という）を進角させる。これにより、吸気バルブ１４がＩＶＣの進角により早閉じされるので、新気の量を減少させてＥＧＲ量を増やすことができる。また、このような構成においては、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構、いわゆるＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift）を併用するのが好ましい。
【０１０８】
なお、この図９に示す例を本発明に適用する場合には、本実施形態の図６で示したフローチャートにおけるステップＳ８は省略されるとともに、ステップＳ６の処理は、次のように変更される。すなわち、ＥＣＵ１００は、要求負荷に応じてＩＶＣを調節する（ステップＳ６）。これにより、本実施形態と同様、要求負荷に応じて新気の量およびＥＧＲ量が調整される。
【０１０９】
このような構成により、図９に示す例は、スロットルバルブ１８を有さず、ＣＶＶＬによって吸入空気量を調節するようなエンジンにも適用可能である。したがって、図９に示す例では、例えばＩＶＣを進角させるとともにＥＶＣを吸気ＢＤＣまで遅角することにより、高温の既燃ガスを燃焼室７内に導入でき、良好なＨＣＣＩ燃焼を実現することができる。
【０１１０】
上述の通り、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１１１】
１  エンジン（内燃機関）
５  シリンダ（気筒）
６  ピストン
７  燃焼室
９  クランクシャフト
１０  点火プラグ
１４  吸気バルブ
１５  吸気側可変動弁機構
１８  スロットルバルブ
２４  排気バルブ
２５  排気側可変動弁機構
１００  ＥＣＵ
１０１  バルブ制御部
１０２  エンジン負荷検出部（機関負荷検出部）
１０４  燃焼形態切替部
１０５  ピストン位置検出部
１０７  スロットル開度制御部
【図１】
2015124767.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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【図９】
2015124767.tif 000011