(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の低負荷運転領域において、気筒内に既燃ガスが存在する状態で当該気筒内を圧縮して圧縮自己燃焼を行うエンジンの制御装置であって、
エンジンの気筒の吸気口に設けられ当該吸気口の開閉を行うための吸気弁と、
前記吸気弁の開閉時期を制御するための吸気可変動弁機構と、を備え、
前記吸気可変動弁機構は、
カム山が形成され、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、
内部にエンジンオイルが充填され、前記カムの動作によって前記カム山が作用したときにエンジンオイルの油圧を上昇させる圧力室と、
前記圧力室に接続されており、閉弁状態で前記カムの動作による前記圧力室の油圧変化を前記吸気弁に作用させる油圧バルブと、を備えており、
前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の吸気行程において、エンジンの負荷が高い場合には、前記カム山が作用し始めた初期の所定タイミングで前記油圧バルブを閉弁させることによって前記吸気弁を最大進角時期且つ最大リフト量で開弁させ、エンジンの負荷が低い場合には、前記所定タイミングより遅い時期で前記油圧バルブを閉弁させることによって前記吸気弁を前記最大進角時期より遅い時期且つ前記最大リフト量より小さいリフト量で開弁させ、
更に、前記吸気可変動弁機構は、エンジンの負荷に関わらず、前記油圧バルブを一定の時期で開弁させることによって前記吸気弁を一定の時期で閉弁させる、エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の際に、エンジンの負荷が高いほど、吸気行程において前記吸気弁が開く時期を早くするように前記油圧バルブを制御する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記気筒内に存在する既燃ガスは、吸気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を開くことにより前記気筒内に導入されたものである、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記気筒内に存在する既燃ガスは、排気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を閉じたままにすることにより前記気筒内に残留したものである、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記吸気弁を閉じる時期は、エンジンの回転数に応じて予め決定されている、請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの制御装置においては、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁の時期を適切に制御することにより、特に圧縮自己燃焼運転領域におけるエンジンの運転効率を高める技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７４４３２号公報
【０００４】
エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁を制御するための手段としては、弁の開閉を、カムの表面に設けられたカム山の形状に応じて一定の間隔で、且つ一定のリフト量で開閉弁させる、いわゆるメカニカル動弁機構や、所定のタイミングで所定のリフト量で開閉弁させることができる可変動弁機構が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では、燃費の向上、及び排気のエミッション性能の向上を目的として、エンジンの運転状態に応じて、エンジン内の燃焼形態を使い分けることが多用されている。具体的には、このような制御では、エンジンの低負荷運転領域では、圧縮自己燃焼による制御を行うことで、燃費の向上、及び排気のエミッション性能の向上を達成し、エンジンの高負荷運転領域では、点火プラグを用いた火花点火燃焼を行うことでエンジンの失火を防止している。この内、圧縮自己燃焼による制御を行う場合には、基本的にはエンジンの気筒内の容積減少に応じた温度上昇によって燃料を自己燃焼させる。従って、圧縮自己燃焼による制御を行っている最中は、吸気行程が開始する前からエンジンの気筒内の温度を高温に保つ必要がある。そして、エンジンの気筒内の温度を高温に保つために、吸気行程が開始する前から直前の燃焼行程で生じた高温の既燃ガスを気筒内に留め、気筒内の温度を保つ、いわゆる内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御が用いられている。
【０００６】
内部ＥＧＲ制御を行う場合、吸気行程が開始する前にＥＧＲガスを気筒内に留めることにより気筒内の温度を高温に保つことができるものの、圧縮自己燃焼を行うためには、吸気行程において気筒内に新たに導入される新気と、気筒内に留まっているＥＧＲガスとの割合を適切に保つことが求められる。
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、圧縮自己燃焼を行うエンジン制御装置において、新気の量を適切に制御することにより、圧縮自己燃焼の効率を高めることができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の低負荷運転領域において、気筒内に既燃ガスが存在する状態で当該気筒内を圧縮して圧縮自己燃焼を行うエンジンの制御装置であって、エンジンの気筒の吸気口に設けられ当該吸気口の開閉を行うための吸気弁と、吸気弁の開閉時期を制御するための吸気可変動弁機構と、を備え、吸気可変動弁機構は、カム山が形成され、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってカム山が作用したときにエンジンオイルの油圧を上昇させる圧力室と、圧力室に接続されており、閉弁状態でカムの動作による圧力室の油圧変化を吸気弁に作用させる油圧バルブと、を備えており、吸気可変動弁機構は、圧縮自己燃焼の吸気行程において、エンジンの負荷が高い場合には、カム山が作用し始めた初期の所定タイミングで油圧バルブを閉弁させることによって吸気弁を最大進角時期且つ最大リフト量で開弁させ、エンジンの負荷が低い場合には、所定タイミングより遅い時期で油圧バルブを閉弁させることによって吸気弁を最大進角時期より遅い時期且つ最大リフト量より小さいリフト量で開弁させ、更に、吸気可変動弁機構は、エンジンの負荷に関わらず、油圧バルブを一定の時期で開弁させることによって吸気弁を一定の時期で閉弁させる。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、圧縮自己燃焼の際に、吸気可変動弁機構によって、エンジンの負荷が低いほど吸気行程時の吸気弁が開く時期を遅らせることができる。そして、圧縮自己燃焼を行う際に、エンジンの負荷が低い場合に、吸気行程の吸気弁が開く時期を遅らせることで、気筒内に流入する新気の量を制限し気筒内の既燃ガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。また、吸気弁を閉じる時期をエンジンの負荷に関わらず一定にすることにより、吸気行程において吸気弁が開く時期に関わらず、吸気弁を閉じる時期を一定にすることができる。これにより、要求される新気充填量を正確に実現することができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、前記吸気可変動弁機構は、前記圧縮自己燃焼の際に、エンジンの負荷が高いほど、吸気行程において前記吸気弁が開く時期を早くするように前記油圧バルブを制御する。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、エンジンの負荷が高い場合に、吸気行程の吸気弁が開く時期を早めることで、気筒内に流入する新気の量を確保し気筒内の既燃ガスの相対量を減らすことができる。これにより、高いエンジン負荷に応じた適切なエンジン出力を得ることができる。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、前記気筒内に存在する既燃ガスは、吸気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を開くことにより前記気筒内に導入されたものである。
【００１３】
また、本発明において、好ましくは、前記気筒内に存在する既燃ガスは、排気行程において、前記エンジンの気筒の排気口に設けられ当該排気口の開閉を行うための排気弁を閉じたままにすることにより前記気筒内に残留したものである。
【００１５】
この場合において、前記吸気弁を閉じる時期は、エンジンの回転数に応じて予め決定されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンにおける吸気弁に適用される吸気側可変動弁機構の概略側面図である。
【図３】本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。
【図５】本発明の実施形態による第１の運転領域での吸気弁及び吸気弁の基本動作の説明図である。
【図６】本発明の実施形態による吸気側可変動弁機構の特性についての説明図である。
【図７】本発明の実施形態による吸気弁及び排気弁の動作についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンについて説明する。
【００１９】
［エンジンの構成］
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの吸気弁に適用される排気側可変動弁機構の概略側面図（部分的に断面図を示している）であり、図３は、本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、エンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００２１】
このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。
【００２２】
シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。具体的には、図２に示すように、気筒１８毎に、２つの吸気ポート１６が形成され、これら吸気ポート１６のそれぞれに吸気弁２１（２１ａ、２１ｂ）が配設されると共に、２つの排気ポート１７が形成され、これら排気ポート１７のそれぞれに排気弁２２（２２ａ、２２ｂ）が配設される。
【００２３】
排気弁２２には、排気側可変動弁機構７２が取り付けられており（図３、図４参照）、この排気側可変動弁機構７２は、排気弁２２の開閉時期を変化させて、排気弁２２を動作させる。また、吸気弁２１には、吸気側可変動弁機構７１が取り付けられており（図４参照）、この吸気側可変動弁機構７１は、吸気弁２１の開閉時期及び／又はリフト量を変化させる。
【００２４】
図２に示すように、吸気弁２１に適用される吸気側可変動弁機構７１は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路７１ａと、オイル供給路７１ａ上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ７１ｂ（油圧バルブに相当する）と、オイル供給路７１ａからソレノイドバルブ７１ｂを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室７１ｃと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７１ｂが開弁しているときに、オイル供給路７１ａと圧力室７１ｃとが流体連通されて、オイル供給路７１ａから圧力室７１ｃへとエンジンオイルが供給される（図２中の矢印Ａ１１参照）。ソレノイドバルブ７１ｂは、通電されていない状態では開弁しており、通電されると閉弁する。より詳しくは、ソレノイドバルブ７１ｂは、通電され続けることにより、閉弁状態が維持される。なお、ソレノイドバルブ７１ｂの上流側のオイル供給路７１ａ上には、図示しない逆止弁などが設けられている。
【００２５】
また、吸気側可変動弁機構７１は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト２３上に設けられたカム７１ｄと、カム７１ｄから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア７１ｅと、圧力室７１ｃに連結されており、ローラーフィンガーフォロア７１ｅによって動作されて、圧力室７１ｃ内のエンジンオイルの圧力（油圧）を上昇させるポンプユニット７１ｆと、を有する。加えて、吸気側可変動弁機構７１は、ソレノイドバルブ７１ｂを介して圧力室７１ｃに連結され、圧力室７１ｃ内の油圧によって吸気弁２１を開弁させるように動作するブレーキユニット７１ｇと、ブレーキユニット７１ｇが動作していないときに吸気弁２１の閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング７１ｈと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７１ｂが閉弁しているときに、オイル供給路７１ａと圧力室７１ｃとの流体連通が遮断されて、圧力室７１ｃとブレーキユニット７２ｇとが流体連通されることで、圧力室７１ｃ内の油圧がブレーキユニット７１ｇに作用する（図２中の矢印Ａ１２参照）。
【００２６】
吸気側可変動弁機構７１が吸気弁２１を開弁させる動作について具体的に説明する。カム７１ｄが吸気カムシャフト２３と同期して回転している最中において、カム７１ｄに形成されたカム山（換言するとカムロブ）がローラーフィンガーフォロア７１ｅに接触すると、このカム山がローラーフィンガーフォロア７１ｅを押し込む。これにより、ローラーフィンガーフォロア７１ｅがポンプユニット７１ｆを付勢して、ポンプユニット７１ｆが圧力室７１ｃ内のエンジンオイルを圧縮するように動作することで、圧力室７１ｃ内の油圧が上昇する。このときに、ソレノイドバルブ７１ｂを閉弁すると、上昇された圧力室７１ｃ内の油圧がブレーキユニット７１ｇに作用して、ブレーキユニット７１ｇが吸気弁２１を付勢することで、吸気弁２１がリフトする、つまり吸気弁２１が開弁する。
【００２７】
基本的には、カム７１ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７１ｅに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ７１ｂを閉弁すると、吸気弁２１を開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ７１ｂを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、吸気弁２１の開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、吸気行程において吸気弁２１を開弁できるように、カム７１ｄ上の所定位置にカム山が形成されている。
【００２８】
また、排気側可変動弁機構７２も、吸気側可変動弁機構７１と同様の構成を有しており、排気行程において排気弁２２を開弁できるように、排気側可変動弁機構７２のカム上の所定の位置にカム山が形成されている。また、後述するように、吸気行程において排気弁２２を開弁して、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、追加のカム山が排気側可変動弁機構７２の所定の位置に形成されている。このような排気の二度開きは、排気ポート１７から燃焼室１９へ既燃ガス（内部ＥＧＲガス）を逆流させて再導入する場合に実行される。
【００２９】
図１を再度参照すると、シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００３０】
図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。
【００３１】
シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火（具体的には火花点火）する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。
【００３２】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。
【００３３】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。
【００３４】
排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
【００３５】
吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。
【００３６】
エンジン１は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール（以下では「ＰＣＭ」と呼ぶ。）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。
【００３７】
ＰＣＭ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ2センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジン１の油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。
【００３８】
ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて、（直噴）インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気側可変動弁機構７１、排気側可変動弁機構７２、燃料供給システム６２、及び、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータに対して制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。特に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、吸気側可変動弁機構７１のソレノイドバルブ７１ｂに対して制御信号を出力して（詳しくはソレノイドバルブ７１ｂに対して電圧又は電流を供給する）、ソレノイドバルブ７１ｂの開閉を切り替えることで、吸気弁２１の開閉時期を変化させる制御を実行する。
【００３９】
［運転領域］
次に、図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域について説明する。図４は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域である第１の運転領域Ｒ１１では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする（失火などが発生する傾向にある）。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域である第２の運転領域Ｒ１２では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）を行うようにする。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼による運転を実行するＣＩ（Compression Ignition）運転と、火花点火燃焼による運転を実行するＳＩ（Spark Ignition）運転とを切り替えるように構成されている。
【００４０】
ここで、図５を参照して、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１での吸気弁２１及び排気弁２２（特に吸気側可変動弁機構７１が適用された排気弁２１）の基本動作について説明する。図５は、横軸にクランク角を示し、縦軸に弁のリフト量を示している。また、実線のグラフＧ１１は、クランク角に応じた排気弁２２の動作を示し、破線のグラフＧ１２及びＧ１３は、クランク角に応じた吸気弁２１の動作を示している。図５に示すように、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１においては、排気側可変動弁機構７２によって排気弁２２を排気行程中に開弁させると共に吸気行程中にも開弁させる排気の二度開きを実行して、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。こうすることで、ＣＩ運転時に、気筒１８内の圧縮端温度を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。また、吸気行程では、吸気弁２１の開弁時期が吸気側可変動弁機構７１によって制御され、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフＧ１２又はグラフＧ１３に示すタイミングで動作する。
【００４１】
［吸気弁の動作］
次に、本発明の実施形態による吸気弁２１の動作について具体的に説明する。
【００４２】
まず、図６を参照して、吸気弁２１を動作させる排気側可変動弁機構７１の特性について説明する。
【００４３】
図６（ａ）の上には、吸気可変動弁機構７１によって吸気弁２１を比較的早い時期ｔ１１にて開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図６（ａ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの吸気側可変動弁機構７１のソレノイドバルブ７１ｂの開閉状態を示している。例えば、開弁時期ｔ１１は、吸気側可変動弁機構７１によって吸気弁２１の開弁時期を最大に進角させたときの開弁時期（以下では適宜「最大進角時期」と呼ぶ。）である。一方、図６（ｂ）の上には、比較的遅い時期ｔ１２に、具体的には図６（ａ）に示した開弁時期ｔ１１から遅角させた時期ｔ１２に（矢印Ａ２１参照）、吸気側可変動弁機構７１によって吸気弁２１を開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図６（ｂ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの吸気側可変動弁機構７１のソレノイドバルブ７１ｂの開閉状態を示している。また、図６（ｂ）の上には、比較のために、図６（ａ）の上に示したリフトカーブを破線にて重ねて示してある。
【００４４】
図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、吸気弁２１の開弁時期を遅角させると、吸気弁２１のリフト量が小さくなることがわかる（矢印Ａ２２参照）。また、符号Ａｒ２で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値が、符号Ａｒ１で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値よりも小さいことがわかる。このように吸気弁２１の開弁時期を遅角させるとリフト量及びリフト量積分値が小さくなる理由は、以下の通りである。
【００４５】
上述したように、吸気側可変動弁機構７１においては、カム７１ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７１ｅに接触しているときに、このカム山がローラーフィンガーフォロア７１ｅを押し込むことで、ポンプユニット７１ｆによって圧力室７１ｃ内の油圧が上昇される。このようにカム７１ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７１ｅに作用しているときに、ソレノイドバルブ７１ｂを閉弁すると、上昇された圧力室７１ｃ内の油圧がブレーキユニット７１ｇを介して吸気弁２１に作用することで、吸気弁２１が開弁する。
【００４６】
ここで、圧力室７２ｃ内の油圧は、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めると上昇していくが、ある程度まで上昇した後に低下していく。したがって、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めた初期の所定のタイミングにおいてソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、相対的に早い時期から高圧室の圧力は上昇するため、吸気弁２１の開弁は早くなり、その後もカム山によって押し込まれるポンプユニットの動きに合わせてリフトするため、リフト量及びリフト量積分値は最も大きくなる（図６（ａ）参照）。この場合、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が最も大きくなるような吸気弁２１の開弁時期が、吸気弁２１の最大進角開弁時期として規定される。他方で、そのような最大進角開弁時期からソレノイドバルブ７２ｂの閉弁時期を遅角させていくと、高圧室の圧力上昇は相対的に遅くなり、吸気弁２１の開弁は遅くなるため、その後カム山によって押し込まれるポンプユニットの動きに合わせてリフトするリフト量およびリフト量積分値も小さくなるのである（図６（ｂ）参照）。なお、上述してきた通り、排気側可変動弁機構７２は吸気弁２１の開閉時期を変化させることができるが、図６に示したように、排気側可変動弁機構７２によって吸気弁２１の開閉時期を変化させると吸気弁２１のリフト量も変化するので、このことから、排気側可変動弁機構７２は吸気弁２１の開閉時期に加えてリフト量も変化させることができると言える。
【００４７】
そして、吸気弁２１のリフト量積分値は、高回転では実質的に気筒１８に導入される新気の量に相当し、低回転では同一新気量を導入する際のポンピングロスに概ね相当する。従って、吸気側可変動弁機構71のソレノイドバルブ１ｂを閉弁する時期を制御することにより気筒１８内に導入される新気量とその際に発生するポンピングロスを制御することができる。
【００４８】
図７は、ＣＩ運転時における吸気弁と排気弁のリフト量とクランク角との関係を示している。そして、図７中、実線のグラフＧ２１は、排気弁２２の動作を示し、破線のグラフＧ２２乃至Ｇ２５は、吸気弁２１の動作を示す。図７に示すように、排気弁２２は、排気行程においてリフト量が増大して開弁量が増加し、リフト量が最大値に達した後、開弁量が減少する。そして、排気弁２２のリフト量は、吸気行程において一旦増加し、いわゆる排気の二度開きを行う。これにより、排気行程で気筒１８内から排気された既燃ガスを、内部ＥＧＲガスとして気筒１８内に戻す。
【００４９】
一方で、吸気弁２１は、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフＧ２２乃至Ｇ２５のいずれかのリフトカーブに従って動作する。グラフＧ２２乃至Ｇ２５は、リフト開始の時期が異なるものであり、吸気弁２１のリフト開始の時期を、例えば時期ｔ１乃至ｔ４の何れかの時期となるように制御することにより、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値を制御することができる。
【００５０】
そしてリフト開始の時期ｔ１乃至ｔ４は、エンジンの負荷に応じて予め決定された値であり、エンジンの負荷が低いほど、遅い時期となり、反対に、エンジンの負荷が高いほど、早い時期となる。即ち、エンジンの負荷が低い場合、気筒１８内のＥＧＲガス量を、新気の量に対して多くし、気筒１８内の温度を保つことが求められる。従って、エンジンの負荷が低い場合には、吸気弁２１のリフト開始時期を遅くし、例えば時期ｔ４とすることにより、グラフＧ２５によって描かれる曲線のリフト量積分値に相当する新気を気筒１８内に導入することができる。これにより、気筒１８内のＥＧＲガスの相対量が多くなり、気筒１８内の温度を保つことができる。
【００５１】
また、エンジンの負荷が高い場合、気筒１８内のＥＧＲガス量を、新気の量に対して少なくし、高いエンジン負荷に応じた適切なエンジン出力を得ることが求められる。従って、エンジンの負荷が高い場合には、吸気弁２１のリフト開始時期を早くし、例えば時期ｔ１とすることにより、グラフＧ２２によって描かれる曲線のリフト量積分値に相当する新気を気筒１８内に導入することができる。
【００５２】
そして、リフト開始の時期が時期ｔ１乃至ｔ４の何れであったとしても、吸気側可変動弁機構７１のソレノイドバルブ７１ｂを閉弁する時期を制御することにより、吸気弁２１のリフト量が、時期ｔ５においてゼロとなるように制御することが好ましい。時期ｔ５は、エンジン負荷には因らず、エンジンの回転数に応じて決定される値であり、例えば、吸気行程を開始したときから一定のクランクアングルに達したときに設定される。
【００５３】
このように、本発明の実施形態によれば、圧縮自己燃焼制御を行う際に、吸気可変動弁機構７１によって、エンジン１の負荷が低いほど吸気行程時の吸気弁２１が開く時期を遅らせることができる。そして、吸気行程において吸気弁２１が開く時期を遅らせることで、気筒１８内に流入する新気の量を制限し気筒１８内のＥＧＲガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒１８内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。
【００５４】
また、上述した実施形態では、いわゆる排気の二度開きによって、一旦、気筒１８内から排出されたＥＧＲガスを気筒１８内に戻す制御を行ったが、排気行程時に、吸気弁２１及び排気弁２２の両弁を閉じたままにする、いわゆる吸排気のネガティブオーバーラップ（ＮＶＯ）制御を行うことによって既燃ガスを気筒１８内に留めてもよい。この場合も同様に、吸気行程時の吸気弁２１の開弁時期を、エンジン負荷に応じて決定することにより、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン
１０  ＰＣＭ
１８  気筒
２１  吸気弁
２２  排気弁
２５  点火プラグ
６７  インジェクタ
７１  吸気側可変動弁機構
７２ｂ  ソレノイドバルブ
７２ｃ  圧力室
７２ｄ  カム
【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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