(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持するとともに、負荷が小さいほど吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも進角側の範囲で進角する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項２】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
エンジンの機械圧縮比を調整可能な可変圧縮比機構と、
前記極低負荷域よりも負荷の高い低負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくし、吸気バルブの閉弁時期を進角し、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項３】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
エンジンの機械圧縮比を調整可能な可変圧縮比機構と、
前記極低負荷域よりも負荷の高い低負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくし、吸気バルブの閉弁時期を進角し、低温ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブを全閉し、空気過剰率が略２になるように燃料を供給する低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項４】
エンジンの機械圧縮比を調整可能な可変圧縮比機構と、
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
吸気バルブの開弁時期を進角可能な吸気開弁時期調整手段と、
高負荷域で、負荷が小さいほど低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくする高負荷運転制御手段と、
前記高負荷域よりも負荷の低い中負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくするとともに低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくする中負荷運転制御手段と、
前記中負荷域よりも負荷の低い低負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくするとともに吸気バルブの閉弁時期を進角する低負荷運転制御手段と、
前記低負荷域よりも負荷の低い極低負荷域で、負荷が小さいほど吸気バルブの開弁時期を下死点よりも進角側の範囲で進角するとともに、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項５】
エンジンの機械圧縮比を調整可能な可変圧縮比機構と、
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
吸気バルブの開弁時期を進角可能な吸気開弁時期調整手段と、
高負荷域で、負荷が小さいほど低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくする高負荷運転制御手段と、
前記高負荷域よりも負荷の低い中負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくするとともに低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくする中負荷運転制御手段と、
前記中負荷域よりも負荷の低い低負荷域で、負荷が小さいほど機械圧縮比を大きくし、吸気バルブの閉弁時期を進角し、低温ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブを全閉し、空気過剰率が略２になるように燃料を供給する低負荷運転制御手段と、
前記低負荷域よりも負荷の低い極低負荷域で、負荷が小さいほど吸気バルブの開弁時期を下死点よりも進角側の範囲で進角するとともに、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項６】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
前記極低負荷域よりも負荷の低い極々低負荷域で、負荷にかかわらず、高温ＥＧＲガス比率及び低温ＥＧＲガス比率を一定にする極々低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項７】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
前記極低負荷域よりも負荷の低い極々低負荷域で、負荷が小さいほど新気量を減少するとともに、負荷にかかわらず低温ＥＧＲをカットするとともに高温ＥＧＲガス比率を一定にする極々低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項８】
吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ期間を増大して既燃ガスを高温ＥＧＲガスとして筒内に供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項９】
吸気バルブの開弁時期を進角して排気行程で吸気ポートに排出した既燃ガスを高温のＥＧＲガスとして筒内に供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項１０】
排気バルブの閉弁時期を遅角して筒内に閉じ込めた既燃ガスを高温ＥＧＲガスとして筒内に供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項１１】
筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段と、
排気通路を流れる既燃ガスの一部を吸気通路に還流し、低温ＥＧＲガスとして筒内に供給する低温ＥＧＲ供給手段と、
極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持する極低負荷運転制御手段と、
を有するＮＯｘ排出低減装置。
【請求項１２】
前記可変圧縮比機構は、
ピストンに連結される第１リンクと、
クランクシャフトのクランクピンに装着され、前記第１リンクに連結する第２リンクと、
前記第２リンクに連結され、第２リンクの動作を規制して機械圧縮比を調整する第３リンクと、
を有することを特徴とする請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載のＮＯｘ排出低減装置。
【請求項１３】
前記可変圧縮比機構は、圧縮比が高いほど上死点付近滞在期間が長い、
ことを特徴とする請求項１２に記載のＮＯｘ排出低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンから排出される窒素酸化物(以下「ＮＯｘ」という)の排出を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃費を向上するために、空燃比が希薄(リーン)な状態では、エンジンの機械圧縮比を高くする技術が開示されている(特許文献１参照)。
【特許文献１】特公平６−３１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジンから排出されるＮＯｘを減少するには、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)装置が有効である。
【０００４】
しかし、上述した可変圧縮比エンジンにＥＧＲガスを供給すると、燃焼安定性が悪化しやすい。特に低負荷において燃焼安定性が悪化しやすく、十分なＥＧＲガスを供給できず、ＮＯｘ排出量を低減することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、負荷が低いときでもＮＯｘ排出量を低減しつつ安定した運転が可能なＮＯｘ排出低減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】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、筒内に高温のＥＧＲガスを供給する高温ＥＧＲ供給手段(２００)と、筒内に低温のＥＧＲガスを供給する低温ＥＧＲ供給手段(７１)と、極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくして高温ＥＧＲガスと低温ＥＧＲガスとを合算したＥＧＲガスのＥＧＲ率を希釈燃焼限界ＥＧＲ率に維持するとともに、負荷が小さいほど吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも進角側の範囲で進角する極低負荷運転制御手段(ステップＳ８)とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、極低負荷域で、負荷が小さいほど、低温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を小さくしつつ高温ＥＧＲガスのＥＧＲ率を大きくすることで、極低負荷域においても、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持して最大限のＥＧＲガスを供給することができ、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、エンジンの安定運転を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるＮＯｘ排出低減装置が制御する可変圧縮比エンジンを示す図である。
【００１０】
まず最初に本発明によるＮＯｘ排出低減装置が制御するエンジンについて説明する。このエンジンは、ピストンとクランクシャフトとを２つのリンクで連結する複リンク機構による可変圧縮比エンジン(以下「複リンク式可変圧縮比エンジン」という)である。
【００１１】
複リンク式可変圧縮比エンジン１０は、ピストン３２とクランクシャフト３３とを２つのリンク(アッパリンク(第１リンク)１１、ロアリンク(第２リンク)１２)で連結するとともに、コントロールリンク(第３リンク)１３でロアリンク１２を制御して機械圧縮比を変更する。
【００１２】
アッパリンク１１は、上端をピストンピン２１を介してピストン３２に連結し、下端を連結ピン２２を介してロアリンク１２の一端に連結する。ピストン３２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３１のシリンダ３１ａ内を往復動する。
【００１３】
ロアリンク１２は、一端を連結ピン２２を介してアッパリンク１１に連結し、他端を連結ピン２３を介してコントロールリンク１３に連結する。また、ロアリンク１２は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト３３のクランクピン３３ｂを挿入し、クランクピン３３ｂを中心軸として揺動する。ロアリンク１２は左右の２部材に分割である。クランクシャフト３３は、複数のジャーナル３３ａとクランクピン３３ｂとを備える。ジャーナル３３ａは、シリンダブロック３１及びラダーフレーム３４によって回転自在に支持される。クランクピン３３ｂは、ジャーナル３３ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が揺動自在に連結する。
【００１４】
コントロールリンク１３は、連結ピン２３を介してロアリンク１２に連結する。またコントロールリンク１３は、他端を連結ピン２４を介してコントロールシャフト２５に連結する。コントロールリンク１３は、この連結ピン２４を中心として揺動する。またコントロールシャフト２５にはギアが形成されており、そのギヤがアクチュエータ５１の回転軸５２に設けられたピニオン５３に噛合する。アクチュエータ５１によってコントロールシャフト２５が回転させられ、連結ピン２４が移動する。
【００１５】
エンジン１０の吸気通路６０には、エアフロセンサ６１と、スロットルバルブ６２と、燃料噴射弁６３とが設けられる。エアフロセンサ６１は新気量を検出する。スロットルバルブ６２は開度に応じて新気量を調整する。燃料噴射弁６３は燃料を噴射する。
【００１６】
エンジン１０の排気通路７０には、ＥＧＲ装置７１が設けられる。排気通路７０を通流する排ガスの一部は、ＥＧＲ装置７１を介して吸気通路６０に再循環する。ＥＧＲ装置７１はＥＧＲバルブ７１ａと、ＥＧＲ通路７１ｂとを有する。ＥＧＲバルブ７１ａは開度に応じてＥＧＲガス量を調整する。なおＥＧＲ装置７１を通流して吸気通路に再循環して再度シリンダに吸入されるＥＧＲガスを外部ＥＧＲガスという。この外部ＥＧＲガスはＥＧＲ装置７１を通流している間に冷却されるので、低温ＥＧＲガスともいう。また後述のように吸気バルブ８１の開閉時期が調整されることで一旦吸気ポートに戻って再度シリンダに吸入されるＥＧＲガスを内部ＥＧＲガスという。この内部ＥＧＲガスは外部ＥＧＲガスよりも温度が高いので高温ＥＧＲガスともいう。
【００１７】
コントローラ９０はアクチュエータ５１を制御してコントロールシャフト２５を回転させて圧縮比を変更する。またコントローラ９０は吸気ポートに設けられた燃料噴射弁４１の燃料噴射を制御する。さらにコントローラ９０はシリンダヘッドに設けられた点火プラグ４２の点火時期を制御する。また排気弁６１は後述のようにその開閉時期を変更可能であり、コントローラ９０はその排気弁６１の開閉時期を制御してＥＧＲ量を調整する。コントローラ９０はエンジンの負荷を判定し、その負荷に応じた制御を行う。コントローラ９０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ９０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００１８】
図２は複リンク式可変圧縮比エンジンによる圧縮比変更方法を説明する図である。
【００１９】
複リンク式可変圧縮比エンジンは、コントロールシャフト２５を回転して連結ピン２４の位置を変更することで、機械圧縮比を変更できる。例えば図２(Ａ)、図２(Ｃ)に示すように連結ピン２４を位置Ａにすれば、上死点位置(ＴＤＣ)が高くなり高圧縮比になる。
【００２０】
そして図２(Ｂ)、図２(Ｃ)に示すように、連結ピン２４を位置Ｂにすれば、コントロールリンク１３が上方へ押し上げられ、連結ピン２３の位置が上がる。これによりロアリンク１２はクランクピン３３ｂを中心として反時計方向に回転し、連結ピン２２が下がり、ピストン上死点(ＴＤＣ)におけるピストン３２の位置が下降する。したがって圧縮比が低圧縮比になる。
【００２１】
また複リンク式可変圧縮比エンジンは、圧縮比が一定である通常のエンジン(以下「ノーマルエンジン」という)に比べて、ピストンが上死点付近に滞在する期間が長いという特性がある。そしてこの特性によって、複リンク式可変圧縮比エンジンは、通常のエンジンよりも高圧縮比にしてもノッキングを生じにくくなり、また超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができ、燃焼性が安定する。
【００２２】
この点を図３を参照して説明する。図３は、複リンク式可変圧縮比エンジンのピストン挙動を示す図であり、図３(Ａ)は図３(Ｂ)の点線部の拡大図である。図３には、ノーマルエンジンと同じ圧縮比にした複リンク式可変圧縮比エンジンのピストン挙動が細実線で示されている。
【００２３】
ピストンが上死点から所定の距離内にあるときを、ピストン上死点付近滞在期間と定義すると、図３から明らかなように複リンク式可変圧縮比エンジンは、同じ圧縮比であるノーマルエンジンに比べて、ピストン上死点付近滞在期間が長い。
【００２４】
また複リンク式可変圧縮比エンジンにおいて、高圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ1は、低圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ2よりも長い。すなわち図３(Ｂ)において、Ｌ1＞Ｌ2である。
【００２５】
このように複リンク式可変圧縮比エンジンは、ノーマルエンジンに比べてピストン上死点付近滞在期間が長い。さらに圧縮比が高い方がピストン上死点付近滞在期間が長い。ピストンが上死点付近に長く滞在するということは、燃焼中に高圧縮状態が長く維持されるということである。高圧縮状態が長く維持されると、ノッキングを生じにくくなり、超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができるので燃焼性が安定する。
【００２６】
複リンク式可変圧縮比エンジンはこのような特性を有することから、図４の特性を有する。図４(Ａ)は、空燃比と燃焼安定度との関係を示す図である。図中の細線はノーマルエンジン、太線は複リンク式可変圧縮比エンジンである。
【００２７】
図４(Ａ)を見て分かるように、ノーマルエンジン(圧縮比８〜１２程度)において燃焼安定性を確保できる空燃比は２２程度である。
【００２８】
一方、複リンク式可変圧縮比エンジンによれば、ピストンの上死点付近滞在時間が長いので、燃焼安定限界が損なわれにくい。そして圧縮比を高くすることで(例えば圧縮比１８程度)、空燃比A/Fが３０程度であっても安定した燃焼性を得ることができる。
【００２９】
図４(Ｂ)は、複リンク式可変圧縮比エンジンにおける空燃比と排出ＮＯｘ量との関係を示す図である。図中の太線は高圧縮比を示し、細線は低圧縮比を示す。
【００３０】
図４(Ｂ)から、低圧縮比の方が高圧縮比よりも排出されるＮＯｘ量が少ないものの、空燃比を略３０以上にしてしまうと、圧縮比にかかわらず、ほとんどＮＯｘが排出されないことが分かる。
【００３１】
このように、複リンク式可変圧縮比エンジンによれば、超希薄燃焼であっても燃焼性が安定する。そして空燃比を略３０以上(空気過剰率を略２以上)にしてしまうと、ほとんどＮＯｘが排出されないという特性がある。
【００３２】
図５はバルブ開閉時期を調整する可変動弁機構を説明する図である。
【００３３】
上述したように吸気バルブ８１の開閉時期を調整することで燃焼ガスの一部を吸気ポートに戻して(内部ＥＧＲ)、燃焼室内の酸素濃度を低くしてシリンダ内での燃焼を緩やかにすることで、燃焼温度を下げてＮＯｘを低減させる。このように、エンジン外部のＥＧＲ装置を経由しないＥＧＲガスを内部ＥＧＲという。このような内部ＥＧＲガス量は、図５に示す可変動弁機構によって調整できる。そこで可変動弁機構について図５を参照して説明する。
【００３４】
可変動弁機構２００は、例えば特開平１１−１０７７２５号に開示された機構を用いることができる。これについて図５及び図６を参照して説明する。
【００３５】
可変動弁機構２００は、カムシャフト２１０と、リンクアーム２２０と、バルブリフト制御シャフト２３０と、ロッカアーム２４０と、リンク部材２５０と、揺動カム２６０とを備え、揺動カム２６０の揺動によって吸気バルブ８１を開閉する。
【００３６】
カムシャフト２１０は、エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持される。カムシャフト２１０の一端は、カムスプロケット２７０に挿入される。カムスプロケット２７０は、エンジンのクランク軸からトルクが伝達されて回転する。カムシャフト２１０は、カムスプロケット２７０とともに回転する。カムシャフト２１０は、油圧によってカムスプロケット２７０に対して相対回転し、カムスプロケット２７０に対する位相を変更できる。このような構造によって、クランク軸に対するカムシャフト２１０の回転位相を変更できる。カムシャフト２１０にはカム２１１が固定される。カム２１１はカムシャフト２１０と一体回転する。
【００３７】
リンクアーム２２０はカム２１１を挿通して支持される。
【００３８】
バルブリフト制御シャフト２３０は、カムシャフト２１０と平行に配置される。バルブリフト制御シャフト２３０にはカム２３１が一体形成される。バルブリフト制御シャフト２３０はアクチュエータ２８０によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。
【００３９】
ロッカアーム２４０はカム２３１を挿通して支持され、リンクアーム２２０に連結される。
【００４０】
リンク部材２５０は、ロッカアーム２４０に連結される。
【００４１】
揺動カム２６０は、カムシャフト２１０を挿通し、カムシャフト２１０を中心として揺動自在である。揺動カム２６０は、リンク部材２５０に連結される。揺動カム２６０は上下動して、タペット８３を介して吸気バルブ８１を押し下げる。
【００４２】
図６は可変動弁機構をカムシャフト方向から見た図である。この図６を参照を参照して可変動弁機構のさらに詳細な構成を説明する。
【００４３】
可変動弁機構２００は、上述のように、カムシャフト２１０と、リンクアーム２２０と、バルブリフト制御シャフト２３０と、ロッカアーム２４０と、リンク部材２５０と、揺動カム２６０とを備え、揺動カム２６０の上下動によって吸気バルブ８１を開閉する。
【００４４】
リンクアーム２２０には孔２２１が形成され、この孔２２１にカム２１１が嵌合する。リンクアーム２２０の突端２２２には、ピン孔２２３が形成される。
【００４５】
バルブリフト制御シャフト２３０には、円筒形状のカム２３１が一体形成される。カム２３１の軸心Ｐ１は、バルブリフト制御シャフト２３０の軸心Ｐ２から距離α偏倚する。
【００４６】
ロッカアーム２４０には、孔２４１が形成され、この孔２４１にカム２３１が嵌合する。ロッカアーム２４０はカム２３１を中心として揺動自在である。ロッカアーム２４０の一端２４２には、ピン孔２４３が形成される。このピン孔２４３及びリンクアーム２２０のピン孔２２３が重ねられて、ピン２９１が挿通し、ロッカアーム２４０及びリンクアーム２２０を連結する。ピン２９１はピン孔２４３に圧入され、固定される。ロッカアーム２４０の他端２４４には、ピン孔２４５が形成される。このピン孔２４５にピン２９２が圧入され、リンク部材２５０を連結する。
【００４７】
リンク部材２５０の一端２５１にはピン挿通孔２５２が形成され、ピン２９２を介してロッカアーム２４０に連結する。リンク部材２５０の他端２５３にはピン挿通孔２５４が形成される。
【００４８】
揺動カム２６０は、基円部２６１と、基円部２６１から連続形成されたカムノーズ２６２とを有する。基円部２６１には、支持孔２６３が貫通形成される。この支持孔２６３にカムシャフト２１０が嵌挿される。揺動カム２６０は、カムシャフト２１０を中心として揺動自在である。また揺動カム２６０には、ピン孔２６４が形成され、ピン２９３を介してリンク部材２５０に連結される。揺動カム２６０は、タペット８３の上面所定位置に当接する。
【００４９】
続いて図７、図８を参照して可変動弁機構２００の動作を説明する。
【００５０】
図７は吸気バルブのリフト量を最大にするときの様子を示す図である。図７(Ａ)は吸気バルブが閉弁状態であって揺動カムの揺動方向が反転するときの様子を示す。すなわちこのときカムノーズ２６２が最高位置にある。図７(Ｂ)は吸気バルブが開弁状態であって揺動カムの揺動方向が反転するときの様子を示す。すなわちこのときカムノーズ２６２が最低位置にある。
【００５１】
図８は吸気バルブのリフト量を最小にするときの様子を示す図である。図８(Ａ)はカムノーズ２６２が最高位置にあり、揺動カムの揺動方向が反転するときの様子を示す。図８(Ｂ)はカムノーズ２６２が最低位置にあり、揺動カムの揺動方向が反転するときの様子を示す。本実施形態では吸気バルブの最大リフト量がゼロである。そのため、図８では揺動カムの作動にかかわらず、吸気バルブは常に閉弁状態である。
【００５２】
吸気バルブのリフト量を大きくするには、図７に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を下げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の下方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が下方に移動する。
【００５３】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００５４】
図７(Ａ)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６１がタペット８３に当接しており、このとき吸気バルブ８１は閉弁する。
【００５５】
図７(Ｂ)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも右側にあるときは揺動カム２６０のカムノーズ２６２がタペット８３に当接しており、このとき吸気バルブ８１は開弁する。
【００５６】
吸気バルブのリフト量を小さくするには、図８に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が上方に移動する。
【００５７】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００５８】
図８(Ａ)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６１がタペット８３に当接しており、このとき吸気バルブ８１は閉弁する。
【００５９】
図８(Ｂ)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも右側にあるときであっても揺動カム２６０の基円部２６１がタペット８３に当接しており、このとき吸気バルブ８１は閉弁する。
【００６０】
このように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットした場合には、カムシャフト２１０が回転して揺動カムが揺動しても、吸気バルブは常に閉弁する。
【００６１】
図９は可変動弁機構２００による吸気バルブのリフト量及び開閉時期を示す図である。実線はバルブリフト制御シャフト２３０を回転したときの吸気バルブのリフト量及び開閉時期を示す図である。破線はカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更したときの吸気バルブの開閉時期を示す図である。
【００６２】
上述した可変動弁機構２００の構造によれば、吸気バルブのリフト量及び作動角を連続的に変更することができる。このようにバルブリフト制御シャフト２３０の角度及びカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更することで、吸気バルブのリフト量及び作動角を連続的に自在に変更することができる。
【００６３】
図１０は、本発明によるエンジンのＮＯｘ排出低減装置の第１実施形態における制御のメインルーチンを示すフローチャートである。なお本ルーチンの高負荷運転域とは、機械圧縮比が最小圧縮比のまま運転できる運転域であり、全負荷を含む。中負荷運転域とは、高負荷域よりも負荷が低く、外部ＥＧＲ率を増やすことのできる運転域である。このとき負荷に応じて機械圧縮比を変更する。低負荷運転域とは、中負荷域よりも負荷が低く、外部ＥＧＲ率が希釈燃焼限界ＥＧＲ率に到達している運転域である。この運転域では、通常サイクルでの運転が困難であり、ミラーサイクル運転する必要がある。極低負荷運転域とは、低負荷域よりもさらに負荷が低く、外部ＥＧＲを導入していては運転が困難であり、内部ＥＧＲを導入する必要のある運転域である。内部ＥＧＲは外部ＥＧＲよりもガス温が高温であり、燃焼性を安定させることができる。これらの運転域は、あらかじめ定められており、その特性マップがＲＯＭに格納されている。
【００６４】
ステップＳ１においてコントローラ９０はエアフロセンサ６１の検出信号に基づいて新気量を検出する。
【００６５】
ステップＳ２においてコントローラ９０は高負荷運転領域であるか否かを判定する。高負荷運転領域であるときは、ステップＳ３へ処理を移行し、そうでなければステップＳ４へ処理を移行する。
【００６６】
ステップＳ３においてコントローラ９０は高負荷運転制御を行う。具体的な内容は後述する。
【００６７】
ステップＳ４においてコントローラ９０は中負荷運転領域であるか否かを判定する。中負荷運転領域であるときは、ステップＳ５へ処理を移行し、そうでなければステップＳ６へ処理を移行する。
【００６８】
ステップＳ５においてコントローラ９０は中負荷運転制御を行う。具体的な内容は後述する。
【００６９】
ステップＳ６においてコントローラ９０は低負荷運転領域であるか否かを判定する。低負荷運転領域であるときは、ステップＳ７へ処理を移行し、そうでなければステップＳ８へ処理を移行する。
【００７０】
ステップＳ７においてコントローラ９０は低負荷運転制御を行う。具体的な内容は後述する。
【００７１】
ステップＳ８においてコントローラ９０は極低負荷運転制御を行う。具体的な内容は後述する。
【００７２】
図１１は高負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００７３】
ステップＳ３１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して機械圧縮比を最小にする。
【００７４】
ステップＳ３２においてコントローラ９０は空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【００７５】
ステップＳ３３においてコントローラ９０は可変動弁機構２００を制御して吸気バルブの開閉時期を通常時期にする。
【００７６】
ステップＳ３４においてコントローラ９０はあらかじめ負荷に応じて設定されている目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整する。なお目標ＥＧＲ率にするためのＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００７７】
図１２は中負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００７８】
ステップＳ５１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して負荷に応じた機械圧縮比を設定する。なお負荷に応じた機械圧縮比は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００７９】
ステップＳ５２においてコントローラ９０は空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【００８０】
ステップＳ５３においてコントローラ９０は可変動弁機構２００を制御して吸気バルブの開閉時期を通常時期にする。
【００８１】
ステップＳ５４においてコントローラ９０はあらかじめ負荷に応じて設定されている目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整する。なお目標ＥＧＲ率にするためのＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００８２】
図１３は低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００８３】
ステップＳ７１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して負荷に応じた機械圧縮比を設定する。なお負荷に応じた機械圧縮比は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００８４】
ステップＳ７２においてコントローラ９０は空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【００８５】
ステップＳ７３においてコントローラ９０は吸気バルブの開時期を通常時期に設定するとともに、閉時期を負荷に応じて設定して可変動弁機構２００を制御する。負荷に応じた閉時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００８６】
ステップＳ７４においてコントローラ９０はあらかじめ設定されている希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持するようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整する。なおこのようなＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００８７】
図１４は極低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００８８】
ステップＳ８１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して機械圧縮比を最大にする。
【００８９】
ステップＳ８２においてコントローラ９０は空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【００９０】
ステップＳ８３においてコントローラ９０は、負荷に応じてあらかじめ設定された目標内部ＥＧＲ率が得られるように吸気バルブの開時期を設定するとともに、負荷に応じた吸気バルブ閉時期を設定して可変動弁機構２００を制御する。目標内部ＥＧＲ率が得られる開時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。また負荷に応じた閉時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００９１】
ステップＳ８４においてコントローラ９０はあらかじめ設定されている希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持するように目標外部ＥＧＲ率を決定し、この外部ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整する。なおこのようなＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【００９２】
図１５は、ＮＯｘ排出低減装置の第１実施形態の動作を示すタイムチャートである。なおフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、フローチャートのステップ番号をＳ付けで併記した。ここではエンジンの負荷が時刻ｔ0の全負荷から極小負荷になる場合を例示して説明する。
【００９３】
時刻ｔ0〜ｔ1までは高負荷運転でき、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３の制御を繰り返す。このとき機械圧縮比を最小にセットし(図１５(Ｂ)；Ｓ３１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図１５(Ｃ)；Ｓ３２)、吸気バルブの開閉時期を通常時期にセットし(図１５(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ３３)、目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブの開度を制御する(図１５(Ｆ)；Ｓ３４)。このようにして作動ガス中の外部ＥＧＲガス量を調整する(図１５(Ｈ))。
【００９４】
負荷が下がって時刻ｔ1で中負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ５の制御を繰り返す。このとき負荷に応じた機械圧縮比をセットし(図１５(Ｂ)；Ｓ５１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図１５(Ｃ)；Ｓ５２)、吸気バルブの開閉時期を通常時期にセットし(図１５(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ５３)、目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブの開度を制御し(図１５(Ｆ)；Ｓ５４)。このようにすることで作動ガス中の外部ＥＧＲガス量を増量できる(図１５(Ｈ))。
【００９５】
負荷がさらに下がって時刻ｔ2で低負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７の制御を繰り返す。このとき負荷に応じた機械圧縮比をセットし(図１５(Ｂ)；Ｓ７１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図１５(Ｃ)；Ｓ７２)、吸気バルブの開時期を通常時期に設定するとともに、閉時期を負荷に応じて設定して可変動弁機構２００を制御してミラーサイクル運転し(図１５(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ７３)、外部ＥＧＲ率が希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持できるようにＥＧＲバルブの開度を制御する(図１５(Ｆ)；Ｓ７４)。このようにすることで負荷が低下し作動ガス量が減少しても、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持でき(図１５(Ｈ))、最大限のＥＧＲガスを供給できる。
【００９６】
負荷がさらに下がって時刻ｔ3で極低負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８の制御を繰り返す。このとき機械圧縮比を最大にセットし(図１５(Ｂ)；Ｓ８１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図１５(Ｃ)；Ｓ８２)、目標内部ＥＧＲ率が得られるように吸気バルブの開時期を設定するとともに、負荷に応じて閉時期を設定して可変動弁機構２００を制御してミラーサイクル運転し(図１５(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ８３)、内部ＥＧＲとの合算で希釈燃焼限界ＥＧＲ率が維持できる外部ＥＧＲを供給できるようにＥＧＲバルブの開度を制御する(図１５(Ｆ)；Ｓ７４)。このようにすることで負荷がさらに低下し作動ガス量が減少しても、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持できる(図１５(Ｈ))。
【００９７】
本実施形態によれば、高〜中負荷においては、エンジン負荷に応じたＥＧＲガスを供給できる。またそれよりも低い負荷になっても、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持して最大限のＥＧＲガスを供給することでＮＯｘ排出量を低減しつつ、エンジンの安定運転を実現できるのである。
【００９８】
（第２実施形態）
図１６は、本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第２実施形態における制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【００９９】
複リンク式可可変圧縮比エンジンは、上述のように上死点位置を調整して圧縮比を変更する。また可変動弁機構は吸気バルブの開期間及びリフト量が図９のように定まる。可変動弁機構では吸気バルブの開期間が長くなるとリフト量が増える。このとき圧縮比によっては上死点位置が高く、吸気バルブがピストンに干渉するおそれがある。特に吸気バルブの開時期を進角した場合に吸気バルブがピストンに干渉する可能性がある。
【０１００】
そこで本実施形態では、吸気バルブの開時期の進角量を制限して(これによりリフト量を制限できる)、吸気バルブがピストンに干渉しないようにするとともに、内部ＥＧＲ率と外部ＥＧＲ率との比率が一定になるように制御する。以下ではこの具体的な制御について図１６を参照して説明する。
【０１０１】
図中のステップＳ１〜Ｓ８は、上述の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１０２】
ステップＳ９においてコントローラ９０は極低負荷運転領域であるか否かを判定する。ここで極低負荷運転域とは、低負荷域よりもさらに低い負荷域であって、外部ＥＧＲを導入していては運転が困難であり、内部ＥＧＲを導入する必要があるものの、吸気バルブがピストンに干渉するおそれのない運転域である。極低負荷運転領域であるときは、ステップＳ８へ処理を移行し、そうでなければステップＳ１０へ処理を移行する。
【０１０３】
ステップＳ１０においてコントローラ９０は極々低負荷運転制御を行う。具体的な内容は後述する。
【０１０４】
図１７は極々低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１０５】
ステップＳ１０１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して機械圧縮比を最大にする。
【０１０６】
ステップＳ１０２においてコントローラ９０は空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【０１０７】
ステップＳ１０３においてコントローラ９０は、あらかじめ定められた一定の目標内部ＥＧＲ率が得られる吸気バルブ開時期を設定するとともに、負荷に応じた吸気バルブ閉時期を設定し、可変動弁機構２００を制御する。目標内部ＥＧＲ率が得られる開時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。また負荷に応じた閉時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【０１０８】
ステップＳ１０４においてコントローラ９０は内部ＥＧＲとの合算で希釈燃焼限界ＥＧＲ率が維持できる外部ＥＧＲを供給できるようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整する。なおこのようなＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【０１０９】
図１８は、ＮＯｘ排出低減装置の第２実施形態の動作を示すタイムチャートである。なお時刻ｔ3までの動作は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１１０】
時刻ｔ3で極低負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ９→Ｓ８の制御を繰り返し、さらに時刻ｔ11で極々低負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ９→Ｓ１０の制御を繰り返す。このとき機械圧縮比を最大にセットし(図１８(Ｂ)；Ｓ１０１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図１８(Ｃ)；Ｓ１０２)、目標内部ＥＧＲ率が得られるように吸気バルブの開時期を設定するとともに、閉時期を負荷に応じて設定して、可変動弁機構２００を制御してミラーサイクル運転するとともに(図１８(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ８３)、内部ＥＧＲとの合算で希釈燃焼限界ＥＧＲ率が維持できる外部ＥＧＲを供給できるようにＥＧＲバルブの開度を制御して(図１８(Ｆ)；Ｓ７４)、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持する(図１８(Ｈ))。
【０１１１】
本実施形態によれば、負荷が低い運転域であって圧縮比が高いときであっても、吸気バルブがピストンに干渉することなく、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持して最大限のＥＧＲガスを供給することでＮＯｘ排出量を低減しつつ、エンジンの安定運転を実現できる。
【０１１２】
（第３実施形態）
図１９は、本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第３実施形態における極々低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１１３】
上述の第２実施形態では、極々低負荷運転域になったら、吸気バルブの開時期の進角量を制限して、吸気バルブがピストンに干渉しないようにするとともに、内部ＥＧＲ率と外部ＥＧＲ率との比率が一定になるように制御した。本実施形態では、極々低負荷運転域になったら、外部ＥＧＲはカットし、スロットルバルブを絞って新気量を減らすようにした。以下ではこの具体的な制御について図１９を参照して説明する。なお本制御のメインフローチャートは上記第２実施形態と同様であり、極々低負荷運転制御ルーチンの内容が相違するのみである。そこで図１９の極々低負荷運転制御ルーチンを参照して本実施形態について説明する。
【０１１４】
コントローラ９０は機械圧縮比を最大にし(ステップＳ１０１)、空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射し(ステップＳ１０２)、あらかじめ負荷に応じてあらかじめ設定された目標内部ＥＧＲ率が得られる吸気バルブ開時期を設定するとともに、負荷に応じた吸気バルブ閉時期を設定し、可変動弁機構２００を制御する(ステップＳ１０３)。ここまでの制御は上述の第２実施形態と同様である。
【０１１５】
そしてコントローラ９０はＥＧＲバルブ７１ａを全閉し(ステップＳ１１１)、負荷に応じてスロットルバルブ６２の開度を制御して新気量を調整する(ステップＳ１１２)。なお負荷に応じたスロットルバルブの開度は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【０１１６】
図２０は、ＮＯｘ排出低減装置の第３実施形態の動作を示すタイムチャートである。なお時刻ｔ11までの動作は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１１７】
時刻ｔ11で極々低負荷運転域になったら、コントローラ９０はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ９→Ｓ１０の制御を繰り返す。このとき機械圧縮比を最大にセットし(図２０(Ｂ)；Ｓ１０１)、空気過剰率λ＝１となるように燃料を噴射し(図２０(Ｃ)；Ｓ１０２)、目標内部ＥＧＲ率が得られるように吸気バルブの開時期を設定するとともに、負荷に応じた閉時期を設定して、可変動弁機構２００を制御してミラーサイクル運転する(図２０(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ１０３)。そしてＥＧＲバルブ７１ａを全閉するとともに(図２０(Ｆ)；Ｓ１１１)、負荷に応じてスロットルバルブ６２の開度を制御して新気量を調整する(図２０(Ｈ)；Ｓ１１２)。
【０１１８】
本実施形態によっても、負荷が低い運転域であって圧縮比が高いときであっても、吸気バルブがピストンに干渉することなく、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持して最大限のＥＧＲガスを供給することでＮＯｘ排出量を低減しつつ、エンジンの安定運転を実現できる。
【０１１９】
（第４実施形態）
図２１は、本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第４実施形態における低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１２０】
上述の実施形態では、吸気バルブの開閉時期を調整することで、エンジンの運転サイクルをミラーサイクル化したり、外部ＥＧＲに代えて内部ＥＧＲの割合を増量することで、負荷の低いときでも吸気中のＥＧＲ量をできるだけ多くし、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持することで、ＮＯｘの排出を抑制しようとした。
【０１２１】
ところで、上述の図４(Ｂ)で説明したように、複リンク式可変圧縮比エンジンは、ピストンの上死点付近滞在時間が長いので、燃焼安定限界が損なわれにくく、圧縮比を高くすることで(例えば圧縮比１８程度)、空燃比A/Fが３０程度(空気過剰率λが２程度)であっても安定した燃焼性を得ることができる。そして空燃比を略３０以上(空気過剰率を略２以上)にしてしまうと、図４(Ｂ)に示されているように、ＮＯｘがほとんど排出されない。そこで本実施形態では、この特性を利用して、低負荷域においてはＥＧＲガスを供給するのではなく、空燃比を３０程度(空気過剰率を２程度)にすることで、ＮＯｘの排出を防止する。
【０１２２】
すなわち、上述の第１実施形態では、低負荷運転域になったら、空気過剰率が１となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射するとともに、希釈燃焼限界ＥＧＲ率を維持するようにＥＧＲバルブ７１ａの開度を調整した。本実施形態では、低負荷運転域になったら、外部ＥＧＲをカットし、機械圧縮比を大きくするとともに、空気過剰率λが２程度になるように燃料噴射量を制御することで、超希薄燃焼運転してＮＯｘ排出量を低減しようとするものである。
【０１２３】
以下ではこの具体的な制御について図２１を参照して説明する。なお本制御のメインフローチャートは上記第１実施形態と同様であり、低負荷運転制御ルーチンの内容が相違するのみである。そこで図２１の低負荷運転制御ルーチンを参照して本実施形態について説明する。
【０１２４】
ステップＳ７０１においてコントローラ９０はアクチュエータ５１を制御して負荷に応じた機械圧縮比を設定する。なお負荷に応じた機械圧縮比は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【０１２５】
ステップＳ７０２においてコントローラ９０は空気過剰率が２となるように燃料噴射弁６３から燃料を噴射する。
【０１２６】
ステップＳ７０３においてコントローラ９０は吸気バルブの開時期を通常時期に設定するとともに、閉時期を負荷に応じて設定して可変動弁機構２００を制御する。負荷に応じた閉時期は、例えばＲＯＭに、あらかじめ実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。
【０１２７】
ステップＳ７０４においてコントローラ９０はＥＧＲバルブ７１ａを全閉する。
【０１２８】
図２２は、ＮＯｘ排出低減装置の第４実施形態の動作を示すタイムチャートである。なお時刻ｔ2までの動作及び時刻ｔ3以降の動作は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２９】
時刻ｔ2で低負荷運転域になったら、コントローラ９０は図１０のフローチャートにしたがって、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７の制御を繰り返す。このとき負荷に応じた機械圧縮比をセットし(図２２(Ｂ)；Ｓ７０１)、空気過剰率λ＝２となるように燃料を噴射し(図２２(Ｃ)；Ｓ７０２)、吸気バルブの開時期を通常時期に設定するとともに、閉時期を負荷に応じて設定して可変動弁機構２００を制御してミラーサイクル運転し(図２２(Ｄ)(Ｅ)；Ｓ７０３)、ＥＧＲバルブを全閉する(図２２(Ｆ)；Ｓ７０４)。このようにすることで低負荷運転域においてＮＯｘ排出量を減少させることができるのである。
【０１３０】
（可変圧縮比エンジンの他の形態１）
可変圧縮比エンジンは、図２３に示すようにしてもよい。すなわち上記では、コントロールシャフト２５を右回転するほど高圧縮比にしていた。ところが、図２３に示すように、左回転するほど高圧縮比になるようにしてもよい(図２３(Ａ))。また図２３のエンジンは、コントロールシャフト２５が大径であり、コントロールシャフト２５の中心から連結ピン２４までの距離が長い(図２３(Ａ))。このような寸法にすることで、ピストン挙動をより特徴的に、すなわち上死点付近での挙動を極端に設定することができ、ピストン上昇速度を下降速度よりも遅くすることができる。すなわちＬ３１＜Ｌ３２の度合が大きくなる。
【０１３１】
また左回転するほど高圧縮比になるようにしたことで、高圧縮比になるほうがピストン上昇が速くなる。すなわちＬ３１＜Ｌ４１になる。また高圧縮比になるほうがピストン下降が遅くなる。すなわちＬ３２＞Ｌ４２になる。
【０１３２】
このようにすれば、ピストン速度がこのようになるようにしたので、高圧縮比ではピストンの上昇速度が速く上死点に達するまでの期間が短い。そのためプレイグニッション(自己着火)を防止することができる。またピストンの下降が遅いのでピストンの上死点付近滞在時間が長く、燃焼安定性を確保できる。
【０１３３】
一方、低圧縮比ではピストンの下降速度が速いので、燃焼後期のノッキングを防止できる。
【０１３４】
（可変圧縮比エンジンの他の形態２）
可変圧縮比エンジンに図２４に示したピストン３２を使用してもよい。なお図２４(Ａ)は斜視図であり、図２４(Ｂ)は図２４(Ａ)のＢ−Ｂ断面図であり、図２４(Ｃ)は図２４(Ａ)のＣ−Ｃ断面図である。また図２５はピストン挙動を示す図である。
【０１３５】
ピストン３２は図２４(Ｃ)に示されているようにピストンスカートが大幅に短縮されている。
【０１３６】
このようなピストン３２を使用すれば、図２５に示されているようにカウンターウエイト３３ｃがピストンピン２１の側方を通過できる。このためアッパリンク１１を最小限の長さとして、ピストン３２の下死点位置をクランクシャフト３３に最接近させることで、その分のピストンストロークを拡大することができる。なお、このような構成にするためにはピストンスカート部の強度が課題となるが、図２５(Ｂ)に示すように、複リンク機構の特性を利用し、ピストン３２の上死点位置においてアッパリンク１１が略直立にすることでピストン３２にかかる横方向荷重(スラスト荷重)を低減できる。これにより、ピストンスカート部の強度は確保される。
【０１３７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【０１３８】
例えば、低負荷においては第４実施形態のように制御し、極々低負荷においては第２又は第３実施形態のように制御する、といったように組み合わせてもよい。
【０１３９】
また上記の説明においては可変動弁機構で吸気バルブの開閉時期を調整することで、内部ＥＧＲ量を調整することとしていたが、例えば可変動弁機構で排気バルブの開閉時期を調整して筒内に既燃ガスを閉じ込めて内部ＥＧＲ量を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明によるＮＯｘ排出低減装置が制御する可変圧縮比エンジンを示す図である。
【図２】複リンク式可変圧縮比エンジンによる圧縮比変更方法を説明する図である。
【図３】複リンク式可変圧縮比エンジンのピストン挙動を示す図である。
【図４】複リンク式可変圧縮比エンジンの特性を示す図である。
【図５】バルブ開閉時期を調整する可変動弁機構を説明する図である。
【図６】可変動弁機構をカムシャフト方向から見た図である。
【図７】吸気バルブのリフト量を最大にするときの様子を示す図である。
【図８】吸気バルブのリフト量を最小にするときの様子を示す図である。
【図９】可変動弁機構による吸気バルブのリフト量及び開閉時期を示す図である。
【図１０】本発明によるエンジンのＮＯｘ排出低減装置の第１実施形態における制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】高負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】中負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】極低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】ＮＯｘ排出低減装置の第１実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第２実施形態における制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】第２実施形態の極々低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】ＮＯｘ排出低減装置の第２実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図１９】本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第３実施形態における極々低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】ＮＯｘ排出低減装置の第３実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図２１】本発明によるＮＯｘ排出低減装置の第４実施形態における低負荷運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】ＮＯｘ排出低減装置の第４実施形態の動作を示すタイムチャートである。
【図２３】可変圧縮比エンジンの他の形態１を示す図である。
【図２４】可変圧縮比エンジンの他の形態２を示す図である。
【図２５】ピストン挙動を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  複リンク式可変圧縮比エンジン
１１  アッパリンク(第１リンク)
１２  ロアリンク(第２リンク)
１３  コントロールリンク(第３リンク)
２５  コントロールシャフト
３１  シリンダブロック
３２  ピストン
３３  クランクシャフト
３３ａ  ジャーナル
３３ｂ  クランクピン
５１  アクチュエータ
６０  吸気通路
６１  エアフロセンサ
６２  スロットルバルブ
６３  燃料噴射弁
７０  排気通路
７１  ＥＧＲ装置
８１  吸気バルブ
９０  コントローラ
２００  可変動弁機構
２１０  カムシャフト
２２０  リンクアーム
２３０  バルブリフト制御シャフト
２４０  ロッカアーム
２５０  リンク部材
２６０  揺動カム
２７０  カムスプロケット
２８０  アクチュエータ
ステップＳ３  高負荷運転制御手段
ステップＳ５  中負荷運転制御手段
ステップＳ７  低負荷運転制御手段
ステップＳ８  極低負荷運転制御手段
ステップＳ１０  極々低負荷運転制御手段
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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