(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグとを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および
前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する遅角遷移ステップ
を備え、前記遅角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁とを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および
前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する遅角遷移ステップ
を備え、前記遅角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ、並びに
前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度を低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度を増加するスロットル制御ステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の内燃機関の制御方法において、
前記点火アドバンスステップ終了後の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも遅角している
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項４】
請求項１、２、または３に記載の内燃機関の制御方法において、
前記遅角遷移ステップは、
当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングとして、現在の有効圧縮比を正規化する正規化ステップ、
正規化された有効圧縮比を所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ、
前記第１閉弁タイミング範囲の最遅角時の吸気弁閉タイミングに基づく点火タイミングをベース値として算出するベース値算出ステップおよび
算出されたベース値、前記補正値、並びに前記最遅角点火タイミングに基づいて、目標となる有効圧縮比に対応する点火タイミングをテーリングするテーリングステップを含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項５】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグとを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および
前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する進角遷移ステップ
を備え、前記進角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項６】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁とを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および
前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する進角遷移ステップ
を備え、前記進角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ、並びに
前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度を低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度を増加するスロットル制御ステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の内燃機関の制御方法において、
前記点火アドバンスステップ終了後の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも進角している
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項８】
請求項５、６、または７に記載の内燃機関の制御方法において、
前記進角遷移ステップは、
当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングとして、現在の有効圧縮比を正規化する正規化ステップ、
正規化された有効圧縮比を所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ、
前記第２閉弁タイミング範囲の最進角時の閉弁タイミングに基づく点火タイミングをベース値として算出するベース値算出ステップおよび
算出されたベース値、前記補正値、並びに前記最遅角点火タイミングに基づいて、目標となる有効圧縮比に対応する点火タイミングをテーリングするテーリングステップを含んでいる
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の内燃機関の制御方法において、
前記点火タイミングの最遅角時は、機関速度が大きいほど遅角する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の内燃機関の制御方法において、
前記点火タイミングの最遅角時は、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングとほぼ等しい
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１１】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、制御器とを備えた内燃機関システムであって、
前記制御器は、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および
前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する遅角遷移ステップ
を実行するものであり、前記遅角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１２】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁と、制御器とを備えた内燃機関システムであって、
前記制御器は、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および
前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する遅角遷移ステップ
を実行するものであり、前記遅角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ、並びに
前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度が低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度が増加するように前記スロットル弁を制御するスロットル制御ステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２記載の内燃機関システムにおいて、
前記点火アドバンスステップ終了後の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも遅角している
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１４】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、制御器とを備えた内燃機関システムであって、
前記制御器は、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および
前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する進角遷移ステップ
を実行するものであり、前記進角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１５】
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁と、制御器とを備えた内燃機関システムであって、
前記制御器は、
前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、
前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および
前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する進角遷移ステップ
を実行するものであり、前記進角遷移ステップは、
各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および
前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ、並びに
前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度が低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度が増加するように前記スロットル弁を制御するスロットル制御ステップ
を含んでいる
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５記載の内燃機関システムにおいて、
前記点火アドバンスステップ終了後の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも進角している
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項１７】
請求項１１から請求項１６の何れか１項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記吸気弁駆動機構は、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標充填効率の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置である
ことを特徴とする内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関システムに関し、概略的には内燃機関の吸気弁閉タイミング設定方法に関し、より具体的には、比較的高い圧縮比を持つ内燃機関に好適な吸気弁閉タイミング設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気弁の最大バルブリフト量を機関運転条件に応じて変更することが、例えば特許文献１に開示されるように、知られている。機関速度が高いほど、吸気慣性力は大きい。従って、空気流量に応じて定まる所定以上のバルブリフト量があるならば、機関速度に応じて遅角する所定タイミングにおいて吸気弁が閉じるときに、気筒空気充填量が最大となる。この最大充填量に対応する所定タイミングから吸気弁閉タイミングが離れるほど、つまり進角または遅角するほど、気筒空気充填量は少なくなる。この原理に従い、特許文献１に記載されたカム駆動式の可変動弁装置は、各気筒への目標空気充填量の増加に応じてバルブリフト量を増大するように制御され、そして、バルブリフト量の増大に応じて吸気弁閉タイミングが遅角するように構成されている。従って、特許文献１の構成では、吸気管圧力を高く保った状態で、気筒空気充填量を目標量に制御することができる。
【０００３】
ここで、吸気行程においてピストンが下降する際には、ピストンの上下に各々気筒内圧力とクランクケース内圧力が作用する。気筒内圧力は、吸気管圧力に略等しく、クランクケース内圧力は大気圧に略等しい。従って、吸気管圧力が大気圧より低ければ、下降中のピストンの下面に作用する圧力が上面に作用する圧力を上回り、ピストン下降運動に対する抵抗力を生み、いわゆるポンプ損失が発生する。よって、吸気管圧力をできるだけ高く保つことで、ポンプ損失を低下させ、機関運転効率を向上することができる。
【０００４】
一方、機関運転効率を高める別の方策として、膨張比を高めることが知られている。膨張比は、ピストンが上死点にあるときの気筒容積に対するピストンが下死点にあるときの気筒容積の比である。従って、膨張比を高めるほど、混合気の持つエネルギーがピストンの仕事により高い効率で変換され、結果的に機関運転効率を向上させることができる。しかし、これは同時に圧縮比を高めることにもなる。
【０００５】
火花点火式内燃機関の圧縮比を高める場合、混合気の自着火やノッキング等の課題がある。それに対処するために、例えば、特許文献２には、自着火が生じやすい運転状態を検出した場合に、電磁駆動式吸気弁の閉タイミングを遅角または進角させ、有効圧縮比すなわち気筒空気充填量を低減させる方法が開示されている。
【０００６】
ところで、吸気弁の閉タイミングが運転状態に応じて変化する場合、点火タイミングの過渡的な過遅角または過進角を防止する必要がある。そのような観点から、吸気弁の開閉タイミングに応じて、点火タイミングを制御する内燃機関の制御システムも開発されている。
【０００７】
例えば、特許文献３に開示されている制御システムでは、吸気弁閉弁タイミングが吸気下死点から離れているときには、吸気弁閉弁時期が吸気下死点から離れていないときに比べ、点火手段による点火時期を進角させる構成を採用し、燃焼期間を確保して、出力の維持を図るようにしている。
【特許文献１】特開２００６−９７６４７号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９３４８号公報
【特許文献３】特開２００２−２５７０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１と特許文献２の方法を組み合わせて、高膨張比による機関運転効率を高める技術を開発する場合、目標充填効率が低い運転領域では、吸気弁閉タイミングを、当該機関速度において充填効率が最大となるタイミングよりも進角側に設定し（このような設定による閉弁動作を「早閉じ」ともいう）、低負荷運転領域での機械的なロスを抑制するとともに、目標充填効率が高い運転領域では、吸気弁閉タイミングを、当該機関速度において充填効率が最大となるタイミングよりも遅角側に設定し（このような設定による閉弁動作を「遅閉じ」ともいう）、高負荷運転領域での充分な充填効率を確保する必要がある。
【０００９】
ところが、早閉じ動作と遅閉じ動作との間で吸気弁閉タイミングがシフトする間は、空気過剰になる傾向が高く、特に、高圧縮比エンジンでは、プリイグニション等の異常燃焼懸念が高まるタイミングでもある。
【００１０】
そのため、吸気弁の開閉タイミングを、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングの両側に設定可能にするとともに、早閉じ動作と遅閉じ動作と間で吸気弁閉タイミングを遷移する過渡的な状態において、特に異常燃焼や点火タイミングの過遅角、過進角を防止して、気筒サイクル毎に連続性を持たせる必要がある。
【００１１】
従って、吸気弁閉タイミングの変化の連続性を加味して膨張比を高めることができる技術を開発する余地がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグとを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する遅角遷移ステップを備え、前記遅角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップを含んでいることを特徴とする内燃機関の制御方法である。
【００１３】
この態様では、目標充填効率が所定充填効率よりも小さいときは、早閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲内で吸気弁が閉じられる一方、目標充填効率が所定充填効率以上のときは、遅閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲よりも遅角し、且つ離間した第２閉弁タイミング範囲内で吸気弁が閉じられる。従って、例えば、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標充填効率の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、目標充填効率が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される充填効率に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標充填効率が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な充填効率を充分に確保し、高い機関出力を得ることができる。また、目標充填効率の高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後機関速度が上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関速度が高いほど、一定の充填効率を得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、予め第２閉弁タイミング範囲を低速運転領域に設定しておくことで、高負荷時の回転上昇中に吸気弁閉タイミングが、第１閉弁タイミング範囲と第２閉弁タイミング範囲との間に位置する中間閉弁タイミング範囲に入る頻度を最小化することができるので、吸気管圧力を低下させる程度を最小化し、ポンプ損失を最小化することができる。それで、高圧縮比に伴う問題の発生を防止しつつ、膨張比を高めて、機関運転効率を向上させることができる。加えて、第１閉弁タイミング範囲から第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移する過程では、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに近づくほど点火タイミングを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングを進角するので、吸気弁閉タイミングの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁とを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する遅角遷移ステップを備え、前記遅角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ、並びに前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度を低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度を増加するスロットル制御ステップを含んでいることを特徴とする内燃機関の制御方法である。
【００１５】
この態様では、吸気弁閉タイミングが空気過剰となる領域に近いほど、スロットル開度が低減するので、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。しかも、異常燃焼を防止するに当たり、スロットル弁による気筒空気量低下制御の遅れを応答性の速い点火遅角量で制御しているので、機関出力を安定化させることができる。また、スロットル弁による気筒空気量低下により、点火タイミングの遅角量を抑制し、充分な混合気燃焼期間を確保して、機関運転効率を向上することができる。
【００１６】
各態様において、前記点火アドバンスステップ終了後の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも遅角していることが好ましい。その場合には、充填効率の多い遅閉じ動作時では、充填効率の少ない早閉じ動作時よりも点火タイミングが遅角しているので、充填効率を増加した後に遅閉じ動作が実行される運転領域であっても、より確実に異常燃焼の防止を図ることができる。
【００１７】
各態様において、前記遅角遷移ステップは、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングとして、現在の有効圧縮比を正規化する正規化ステップ、正規化された有効圧縮比を所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ、前記第１閉弁タイミング範囲の最遅角時の吸気弁閉タイミングに基づく点火タイミングをベース値として算出するベース値算出ステップおよび算出されたベース値、前記補正値、並びに前記最遅角点火タイミングに基づいて、目標となる有効圧縮比に対応する点火タイミングをテーリングするテーリングステップを含んでいることが好ましい。その場合には、吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となるとき（たとえば吸気下死点）の点火タイミングを最遅角タイミングとして、目標充填効率の変化に応じて点火タイミングを無段階に進角側に移行させ、燃焼安定性を確保しつつ吸気弁閉タイミングを遷移させることができる。
この態様において、「正規化」とは、有効圧縮比が幾何学的圧縮比と等しいときの値（例えば１）と、有効圧縮比がゼロのときの値（例えば０）とを設定し、両者の差（０−１）の値を算出することをいう。充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過する範囲で点火タイミングの切換を制御する際には、現在の点火タイミングと目標となる点火タイミングとが、最遅角を要する点火タイミングよりも進角側に存在するため、充填効率が最大となるタイミングで吸気弁が閉じるときには、適正な点火タイミングよりも遙かに進角側で点火されることになり、高圧縮比エンジンではプリイグニション等の異常燃焼が生じやすくなるおそれがある。これに対して、本態様では、充填効率が最大となるタイミングを最遅角タイミングとし、目標となる点火タイミングをベースとして、現在の有効圧縮比を正規化しているので、有効圧縮比が最大となるときの点火タイミングを最も遅角させることができる結果、所要の燃焼期間を確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。さらに、テーリングステップによって、正規化された有効圧縮比が所定の反映率で重み付けされるので、点火タイミングをより適正な位相に遅角または進角させることができる。
【００１８】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグとを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する進角遷移ステップを備え、前記進角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップを含んでいることを特徴とする内燃機関の制御方法である。この態様においても、第２閉弁タイミング範囲から第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移する過程では、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに近づくほど点火タイミングを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングを進角するので、吸気弁閉タイミングの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【００１９】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁とを有し、吸気弁の閉タイミングに応じて点火タイミングを制御する内燃機関の制御方法であって、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる遅閉じステップ、および前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを遷移する進角遷移ステップを備え、前記進角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを進角する点火アドバンスステップ、並びに前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度を低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度を増加するスロットル制御ステップを含んでいることを特徴とする内燃機関の制御方法である。この態様においても、吸気弁閉タイミングが空気過剰となる領域に近いほど、スロットル開度が低減するので、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。しかも、異常燃焼を防止するに当たり、スロットル弁による気筒空気量低下制御の遅れを応答性の速い点火遅角量で制御しているので、機関出力を安定化させることができる。また、スロットル弁による気筒空気量低下により、点火タイミングの遅角量を抑制し、機関運転効率を向上することができる。
【００２０】
各態様において、前記点火アドバンスステップ終了後の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも進角していることが好ましい。その場合には、充填効率の少ない早閉じ動作時では、充填効率の多い遅閉じ動作時よりも点火タイミングが進角しているので、充填効率の少ない運転領域でも確実に混合気の燃焼期間を確保し、燃焼安定性の確保と期間出力の維持を図ることができる。
【００２１】
各態様において、前記進角遷移ステップは、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングとして、現在の有効圧縮比を正規化する正規化ステップ、正規化された有効圧縮比を所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ、前記第２閉弁タイミング範囲の最進角時の閉弁タイミングに基づく点火タイミングをベース値として算出するベース値算出ステップおよび算出されたベース値、前記補正値、並びに前記最遅角点火タイミングに基づいて、目標となる有効圧縮比に対応する点火タイミングをテーリングするテーリングステップを含んでいることが好ましい。その場合にも吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となるとき（たとえば吸気下死点）の点火タイミングを最遅角タイミングとして、目標充填効率の変化に応じて点火タイミングを無段階に進角側に移行させ、燃焼安定性を確保しつつ吸気弁閉タイミングを遷移させることができる。
【００２２】
各態様において、前記点火タイミングの最遅角時は、機関速度が大きいほど遅角することが好ましい。その場合には、点火リタードステップと点火アドバンスステップの切換点が機関速度に応じて遅角するので、より運転条件に適合した点火タイミングで点火プラグを作動し、適切な機関出力を得ることができる。
【００２３】
各態様において、前記点火タイミングの最遅角時は、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングとほぼ等しいことが好ましい。その場合には、早閉じ動作と遅閉じ動作との間で吸気弁閉タイミングを遷移させるに当たり、より確実にプリイグニション等の異常燃焼を防止することができる。
【００２４】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、制御器とを備えた内燃機関システムであって、前記制御器は、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する遅角遷移ステップを実行するものであり、前記遅角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップを含んでいることを特徴とする内燃機関システムである。
【００２５】
この態様では、目標充填効率が所定充填効率よりも小さいときは、早閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲内で吸気弁が閉じられる一方、目標充填効率が所定充填効率以上のときは、遅閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲よりも遅角し、且つ離間した第２閉弁タイミング範囲内で吸気弁が閉じられる。従って、例えば、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標充填効率の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、目標充填効率が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される充填効率に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標充填効率が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な充填効率を充分に確保し、高い機関出力を得ることができる。また、目標充填効率の高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後機関速度が上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関速度が高いほど、一定の充填効率を得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、予め第２閉弁タイミング範囲を低速運転領域に設定しておくことで、高負荷時の回転上昇中に吸気弁閉タイミングが、第１閉弁タイミング範囲と第２閉弁タイミング範囲との間に位置する中間閉弁タイミング範囲に入る頻度を最小化することができるので、吸気管圧力を低下させる程度を最小化し、ポンプ損失を最小化することができる。それで、高圧縮比に伴う問題の発生を防止しつつ、膨張比を高めて、機関運転効率を向上させることができる。加えて、第１閉弁タイミング範囲から第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移する過程では、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに近づくほど点火タイミングを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングを進角するので、吸気弁閉タイミングの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【００２６】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁と、制御器とを備えた内燃機関システムであって、前記制御器は、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および前記第１閉弁タイミング範囲から前記第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する遅角遷移ステップを実行するものであり、前記遅角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の増加に応じて遅角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの遅角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ、並びに前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度が低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの遅角量増加に応じて前記スロットル開度が増加するように前記スロットル弁を制御するスロットル制御ステップを含んでいることを特徴とする内燃機関システムである。
【００２７】
この態様では、吸気弁閉タイミングが空気過剰となる領域に近いほど、スロットル開度が低減するので、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。しかも、異常燃焼を防止するに当たり、スロットル弁による気筒空気量低下制御の遅れを応答性の速い点火遅角量で制御しているので、機関出力を安定化させることができる。また、スロットル弁による気筒空気量低下により、点火タイミングの遅角量を抑制し、充分な混合気燃焼期間を確保して、機関運転効率を向上することができる。
【００２８】
各内燃機関システムにおいて、前記点火アドバンスステップ終了後の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも遅角していることが好ましい。その場合には、充填効率の多い遅閉じ動作時では、充填効率の少ない早閉じ動作時よりも点火タイミングが遅角しているので、充填効率を増加した後に遅閉じ動作が実行される運転領域であっても、より確実に異常燃焼の防止を図ることができる。
【００２９】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、制御器とを備えた内燃機関システムであって、前記制御器は、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する進角遷移ステップを実行するものであり、前記進角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングを遅角する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップを含んでいることを特徴とする内燃機関システムである。この態様においても、第２閉弁タイミング範囲から第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移する過程では、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに近づくほど点火タイミングを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングを進角するので、吸気弁閉タイミングの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【００３０】
本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構と、気筒内の混合気を火花点火する点火プラグを含む点火システムと、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁と、制御器とを備えた内燃機関システムであって、前記制御器は、前記気筒内への目標充填効率が所定充填効率よりも小さいとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する早閉じステップ、前記目標充填効率が前記所定充填効率以上のとき、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁が閉じるように前記吸気弁駆動機構を制御する遅閉じステップ、および前記第２閉弁タイミング範囲から前記第１閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングが遷移するように前記吸気弁駆動機構を制御する進角遷移ステップを実行するものであり、前記進角遷移ステップは、各気筒サイクルでの目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに至るまでは、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが遅角するように前記点火システムを制御する点火リタードステップ、および前記目標充填効率の減少に応じて進角する前記吸気弁閉タイミングが、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングを通過した後は、前記吸気弁閉タイミングの進角に応じて、前記点火プラグの点火タイミングが進角するように前記点火システムを制御する点火アドバンスステップ、並びに前記点火リタードステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度が低減し、前記点火アドバンスステップにおいて、前記吸気弁閉タイミングの進角量増加に応じて前記スロットル開度が増加するように前記スロットル弁を制御するスロットル制御ステップを含んでいることを特徴とする内燃機関システムである。この態様においても、吸気弁閉タイミングが空気過剰となる領域に近いほど、スロットル開度が低減するので、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。しかも、異常燃焼を防止するに当たり、スロットル弁による気筒空気量低下制御の遅れを応答性の速い点火遅角量で制御しているので、機関出力を安定化させることができる。また、スロットル弁による気筒空気量低下により、点火タイミングの遅角量を抑制し、機関運転効率を向上することができる。
【００３１】
各内燃機関システムにおいて、前記点火アドバンスステップ終了後の前記第１閉弁タイミング範囲内での点火タイミングは、前記点火リタードステップ開始前の前記第２閉弁タイミング範囲内での点火タイミングよりも進角していることが好ましい。その場合には、充填効率の少ない早閉じ動作時では、充填効率の多い遅閉じ動作時よりも点火タイミングが進角しているので、充填効率の少ない運転領域でも確実に混合気の燃焼期間を確保し、燃焼安定性の確保と期間出力の維持を図ることができる。
【００３２】
各内燃機関システムにおいて、前記吸気弁駆動機構は、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標充填効率の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置であることが好ましい。その場合には、目標充填効率が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される充填効率に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標充填効率が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な充填効率を充分に確保し、高い機関出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明は、目標充填効率が所定充填効率よりも小さいときは、早閉じ動作によって、要求される充填効率に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標充填効率が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な充填効率を充分に確保し、高い機関出力を得ることができる。一方、早閉じ動作が実行される第１閉弁タイミング範囲と遅閉じ動作が実行される第２閉弁タイミング範囲との間で吸気弁閉タイミングが遷移する過程では、当該機関速度において充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングに近づくほど点火タイミングを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングを進角するので、吸気弁閉タイミングの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の一形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。
【００３６】
図１を参照して、同内燃機関システムは、エンジン１、エンジン１に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、およびそしてセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御する制御器としてのエンジン制御ユニット１００を有する。
【００３７】
エンジン１は、火花点火式内燃機関であって、第１〜第４の４つの気筒１１、１１、…を有するものであるが、いかなる数の気筒を有するものであってもよい。エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、そのクランクシャフト１４は、変速機を介して駆動輪に連結され、車両を推進する。
【００３８】
本実施形態に係るエンジン１は、１３：１以上の幾何学的圧縮比をもち、幾何学的圧縮比は、１４：１以上１６：１以下であるのが好ましい。幾何学的圧縮比が大きいことは、膨張比が大きいことを意味するので、大きいほど、機関効率は上がる。そこで、本実施形態では、幾何学的圧縮比を１３以上に設定し、点火リタード等の方法によってノッキングを回避しつつ高トルクと燃費の大幅な低減を図ることとしている。
【００３９】
尤も、圧縮比が高いほど、異常燃焼発生の可能性が高まるので、有効圧縮比を小さく、すなわち、充填効率ＣＥを下げる必要が生じる。そうなると、気筒容積の割りに得られる出力が低下するために、機関の重量比で見たときの効率は低下する。他方、エンジン１を自動車等の車両に搭載する際に、エンジンルーム内への搭載性に問題を生じる。従って、幾何学的圧縮比の上限は、１６：１以下にするのが好ましい。
【００４０】
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、それらの内部に気筒１１、１１、…が形成されている。周知のように、シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４がピストン１５に対し、コネクティングロッド１６を介して連結されている。
【００４１】
ピストン１５は、各気筒１１内に摺動自在に嵌挿されて燃焼室１７を区画している。図には１つのみ示すが、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成されて、それぞれ燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成されて、それぞれ燃焼室１７に連通している。図に示すように、吸気弁２１および排気弁２２は、それぞれ、吸気ポート１８および排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）できるように配設されている。吸気弁２１は、動弁装置としての吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動されて、所定のタイミングで往復動し、吸気ポート１８および排気ポート１９を開閉するものである。
【００４２】
吸気弁駆動機構３０は、吸気カムシャフト３１を有し、排気弁駆動機構４０は、排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１、４１は、クランクシャフト１４により、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介して連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１、４１が一回転するように構成される。
【００４３】
カムシャフトの位相角は、カム位相センサ３５により検出され、その検出信号θVCT_Aがエンジン制御ユニット１００に入力される。
【００４４】
点火プラグ５１は、例えばねじ等、周知の構造によってシリンダヘッド１３に取り付けられている。点火システム５２は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＳＡDを受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。
【００４５】
燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については２つの吸気ポート１８の下方に、また、水平方向についてはそれら２つの吸気ポート１８の中間に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。
【００４６】
燃料供給システム５４は、図示は省略するが、燃料噴射弁５３に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに燃料タンクから燃料を送給する配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路とを備えている。この電気回路は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＦＰDを受けて燃料噴射弁５３のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を噴射させる。
【００４７】
吸気ポート１８は、吸気マニホールド５５内の吸気経路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流はスロットルボデー５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６にはスロットル弁５７が配置されており、周知のようにサージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットルアクチュエータ５８が、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＴＶＯDを受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。
【００４８】
排気ポート１９は、排気マニホールド６０内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。排気マニホールド６０よりも下流の排気通路には、一つ以上の触媒コンバータ６１を有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータ６１は、周知の三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。
【００４９】
また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる（以下、ＥＧＲともいう）ために、吸気マニホールド５５（スロットル弁５７よりも下流側）と排気マニホールド６０との間がＥＧＲパイプ６２によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホールド５５に流れ込むようになり（ＥＧＲガスと呼ぶ）、この吸気マニホールド５５から燃焼室１７に吸入される新気と混ざることになる。ＥＧＲパイプ６２にはＥＧＲ弁６３が配設され、ＥＧＲガスの流量を調整するようになっている。ＥＧＲ弁アクチュエータ６４は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＥＧＲOPENを受けて、ＥＧＲ弁６３の開度を調整する。
【００５０】
エンジン制御ユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央算出処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラムおよびデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。
【００５１】
エンジン制御ユニット１００は、エアフローセンサ７１から吸気流量ＡＦ、吸気圧センサ７２から吸気マニホールド圧ＭＡＰ、クランク角センサ７３からクランク角パルス信号、というように種々の入力を受け入れる。エンジン制御ユニット１００は、例えば、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転速度ＮENGを計算する。また、エンジン制御ユニット１００は、酸素濃度センサ７４から排気ガスの酸素濃度ＥＧＯについての入力も受け入れる。さらに、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル制御信号αを受け入れる。またエンジン制御ユニット１００は、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰを受け入れる。
【００５２】
より具体的に、エンジン制御ユニット１００は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン１の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度ＴＶＯ、燃料噴射量ＦＰ、点火タイミングＳＡ、バルブ位相角θVCT、バルブリフト量θVVL、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁開度）ＱEGR等である。そして、それら制御パラメータに基づいて、対応する制御信号として、スロットル制御信号ＴＶＯD、燃料噴射パルス信号ＦＰD、点火パルス信号ＳＡD、バルブ位相角信号θVCT_D、バルブリフト量信号θVVL_D、ＥＧＲ制御信号ＥＧＲOPENを、スロットルアクチュエータ５８、燃料供給システム５４、点火システム５２、吸気カムシャフト位相可変機構３２およびＥＧＲアクチュエータ６４等に出力する。
【００５３】
次に、図２以下を参照して、本実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の詳細について説明する。図２は、図１の実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の具体的な構成を示す斜視図であり、図３は、図１の吸気弁駆動機構３０の要部を示す断面図である。図３において、（Ａ）は大リフト制御状態においてバルブリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示し、（Ｃ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。
【００５４】
本実施形態の吸気弁駆動機構３０は、可変カムタイミング機構（ＶＣＴ機構）３２と、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ機構）３３とを備えている。
【００５５】
ＶＣＴ機構３２は、図略のチェーンドライブ機構によってクランクシャフト１４に駆動連結されている。チェーンドライブ機構は、ドリブンスプロケット１０４の他に、図示しないが、クランクシャフト１４のドライブスプロケットと、それら両スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備える。
【００５６】
ＶＣＴ機構３２は、ドリブンスプロケット１０４に一体に回転するように固定されたケースと、それに収容されるとともにインナシャフト１０５に一体に回転するように固定されたロータとを有する。ケースとロータとの間には複数の液圧室が、中心軸Ｘ（図３に示す）の周りに（周方向に）並んで形成される。そして、ポンプにより加圧された液体（例えばエンジンオイル）が各々の液圧室に選択的に供給されて、互いに対向する液圧室の間に圧力差を形成する。
【００５７】
ＶＣＴ機構３２は、ＶＣＴ制御ユニットとしてのエンジン制御ユニット１００により制御される。エンジン制御ユニット１００は、ＶＣＴ機構３２の電磁バルブ３２ａに制御信号（バルブ位相角信号）θVCT_Dを出力し、この制御信号θVCT_Dを受けて、電磁バルブ３２ａが液圧のデューティ制御をすることで、前記液圧室に供給する液体の流量や圧力等を調整する。これによりスプロケット１０４とインナシャフト１０５との間の実際の位相差が変更され、それによって、周知のようにインナシャフト１０５の所望の回転位相が達成される。なお、エンジン制御ユニット１００と別構成のユニットでＶＣＴ制御ユニットを構成してもよい。
【００５８】
吸気弁駆動機構３０のＶＶＬ機構３３は、インナシャフト１０５を備えている。
【００５９】
インナシャフト１０５は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように各々の気筒１１に対応して一体的に設けられたディスク形状のカム１０６を有する。このカム１０６は、インナシャフト１０５の軸芯から偏心して設けられ、ＶＣＴ機構３２により規定される位相で回転する。この偏心カム１０６の外周にはリング状アーム１０７の内周が回転自在に嵌め合わされており、インナシャフト１０５がその中心軸Ｘ周りに回転すると、リング状アーム１０７は、同じ中心軸Ｘの回りを公転しながら偏心カム１０６の中心の周りを回動する。
【００６０】
また、前記インナシャフト１０５には、気筒１１毎にロッカーコネクタ１１０が配設されている。このロッカーコネクタ１１０は円筒状で、インナシャフト１０５に外挿されて同軸に軸支され、換言すれば、その中心軸Ｘ周りに回動可能に支持されている一方、該ロッカーコネクタ１１０の外周面はベアリングジャーナルとされ、シリンダヘッド１３に配設されたベアリングキャップ（図示せず）によって回転可能に支持されている。
【００６１】
前記ロッカーコネクタ１１０には、第１および第２のロッカーカム１１１、１１２が一体的に設けられている。両者の構成は同じなので、図３（Ａ）〜（Ｄ）にはロッカーカム１１１について示すが、このロッカーカム１１１は、カム面１１１ａと円周状のベース面１１１ｂとを有し（図３（Ｄ）参照）、それらはいずれもタペット１１５の上面に摺接するようになっている。ロッカーカム１１１は、連続的には回転せず、揺動運動することを除いては、一般的な吸気弁駆動機構のカムと同様にタペット１１５を押圧してバルブを開くものである。タペット１１５はバルブスプリング１１６で支えられている。バルブスプリング１１６は、周知のように保持器１１７、１１８の間に支持されている。
【００６２】
再度、図２を参照すると、インナシャフト１０５およびロッカーカム部品１１０〜１１２の組立体と並んで、その上方にコントロールシャフト１２０が配置されている。このコントロールシャフト１２０は、図示しないベアリングによって回転可能に支持されており、その長手方向の中央付近には、外周面から突出する同軸状のウォームギヤ１２１が一体的に設けられている。
【００６３】
ウォームギヤ１２１はウォーム１２２と噛合している。このウォーム１２２は、ＶＶＬ機構３３のアクチュエータである例えばステッピングモータ１２３の出力軸に固定されている。よって、エンジン制御ユニット１００からの制御信号（バルブリフト量信号）θVVL_Dを受けたステッピングモータ１２３の作動により、コントロールシャフト１２０を所望の位置に回動させることができる。こうして回動されるコントロールシャフト１２０には、気筒１１毎のコントロールアーム１３１が取り付けられており、これらコントロールアーム１３１は、コントロールシャフト１２０の回動によって一体的に回動される。
【００６４】
また、そうして回動されるコントロールアーム１３１は、コントロールリンク１３２によってリング状アーム１０７に連結されている。すなわち、コントロールリンク１３２の一端部はコントロールピボット１３３によってコントロールアーム１３１の先端部に回転自在に連結され、該コントロールリンク１３２の他端部はコモンピボット１３４によってリング状アーム１０７に回転自在に連結されている。
【００６５】
ここで、コモンピボット１３４は、前記のようにコントロールリンク１３２の他端部をリング状アーム１０７に連結するとともに、このリング状アーム１０７を貫通してそれをロッカーリンク１３５の一端部にも回転自在に連結している。そして、このロッカーリンク１３５の他端部がロッカーピボット１３６によってロッカーカム１１１に回転自在に連結されており、これによりリング状アーム１０７の回転がロッカーカム１１１に伝えられるようになっている。
【００６６】
より具体的に、インナシャフト１０５が回転して、これと一体に偏心カム１０６が回転するとき、図３（Ａ）（Ｃ）に示すように偏心カム１０６が下側に位置すれば、リング状アーム１０７も下側に位置するようになり、一方、図３（Ｂ）（Ｄ）に示すように偏心カム１０６が上側に位置すれば、リング状アーム１０７も上側に位置するようになる。
【００６７】
その際、リング状アーム１０７とコントロールリンク１３２とを連結するコモンピボット１３４の位置は、コントロールピボット１３３の位置と、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心位置との、３者相互の位置関係によって規定されるから、図示のようにコントロールピボット１３３の位置が変化しない（コントロールシャフト１２０が回動しない）とすれば、コモンピボット１３４は、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心周りの回転のみに対応して概略上下に往復動作するようになる。
【００６８】
そのようなコモンピボット１３４の往復動作はロッカーリンク１３５によって第１のロッカーカム１１１に伝えられ、該第１のロッカーカム１１１を、ロッカーコネクタ１１０で連結された第２のロッカーカム１１２と共に中心軸Ｘ周りに揺動させる。こうして揺動するロッカーカム１１１は、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、カム面１１１ａがタペット１１５の上面に接触する間は、当該タペット１１５をバルブスプリング１１６のばね力に抗して押し下げ、このタペット１１５が吸気弁２１を押し下げて、吸気ポート１８を開かせる。
【００６９】
一方、図３（Ａ）（Ｃ）に示すように、ロッカーカム１１１のベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触するとき、タペット１１５は押し下げられない。これは、中心軸Ｘを中心とするロッカーカム１１１のベース面１１１ｂの半径が、その中心軸Ｘとタペット１１５の上面との間隔以下に設定されているからである。
【００７０】
上述の如きコントロールピボット１３３と、コモンピボット１３４と、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心との相互の位置関係において、コントロールピボット１３３の位置が変化すれば、これにより３者相互の位置関係に変化が生じ、コモンピボット１３４は前記とは異なる軌跡を描いて往復動作するようになる。
【００７１】
よって、モータ１２３の作動によりコントロールシャフト１２０およびコントロールアーム１３１を回転させて、コントロールピボット１３３の位置を変えることにより、ロッカーカム１１１、１１２の揺動範囲を変更することができる。例えば、コントロールアーム１３１を図３において時計回りに回動させて、コントロールピボット１３３を図３（Ａ）に示す位置から図３（Ｃ）に示すように左斜め上側にずらすと、ロッカーカム１１１の揺動範囲は、相対的にベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触する傾向の強いものとなる。
【００７２】
図４は、本実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の設定例を示す図である。
【００７３】
図４を参照して、本実施形態では、上述した吸気弁駆動機構３０およびこれに関連する構成部品により、バルブリフト量θVVLは、例えばθVVL_minからθVVLmaxまでの範囲で、各気筒１１への目標充填効率ＣＥの増加に応じて増大するように制御されるとともに、吸気弁閉タイミングは、バルブリフト量θVVLの増大に応じてθVCT_minからθVCTmaxの範囲で遅角する。吸気弁２１の開作動タイミングおよび閉作動タイミングは、必要に応じていかなる組合せも可能であり、例えば、バルブリフト量を０にするいわゆるロストモーション動作も可能である。
【００７４】
例えばエンジン回転速度（機関速度）ＮENGが１５００ｒｐｍの時の吸気行程において吸気弁２１を開閉する際、本実施形態では、吸気弁２１の開タイミングについては、殆どの運転領域で排気上死点直前（クランク角度で例えば２０°ＣＡ）から開弁を開始し、要求トルクに応じて閉タイミングを変更するようにしている。
【００７５】
ここで、本実施形態では、吸気弁２１の閉タイミングとして、当該エンジン回転速度（機関速度）ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stと、当該エンジン回転速度（機関速度）ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stから離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndとが設定されており、吸気弁２１が第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stで閉じるように運転される早閉じ運転モードＭEIVCと、吸気弁２１が第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndで閉じるように運転される遅閉じ運転モードＭLIVCと、運転モードを早閉じ運転モードＭEIVCから遅閉じ運転モードＭLIVCに切り換える遅角遷移モードＭTR-Rと、運転モードを遅閉じ運転モードＭLIVCから早閉じ運転モードＭEIVCに切り換える進角遷移モードＭTR-Aとを設定可能に構成されている。なお、第１、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st、ＩＶＣ2ndは、何れも、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて、充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを挟んで設定されており、詳しくは後述するように、必ずしも吸気下死点を基準として設定されるものではない（後述する図１５参照）。
【００７６】
早閉じ運転モードＭEIVCは、低負荷時に選択されるモードであり、吸気弁２１のバルブリフト量θVVL を小さくし、このバルブリフト量θVVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも進角する。
【００７７】
他方、遅閉じ運転モードＭLIVCは、高負荷時に選択されるモードであり、吸気弁２１のバルブリフト量θVVL を大きくし、このバルブリフト量θVVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも遅角する。
【００７８】
ここで、本実施形態において、遅閉じ運転モードＭLIVCが設定される第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndは、早閉じ運転モードＭEIVCが設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stよりも遅角し且つ離間している。従って、各閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st、ＩＶＣ2ndの間には、吸気弁２１が閉じることのない中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣIMが設定されることになる。
【００７９】
次に、上述のような運転モードを設定している理由について説明する。
【００８０】
エンジン１の出力を高め、燃費を低減するために、吸気弁２１の閉タイミングを吸気下死点よりも進角または遅角させて、膨張比を高くする方法として、吸気弁２１の閉タイミングを吸気下死点よりも進角する早閉じでエンジン１を運転制御する場合には、図３（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、ロッカーカム１１１の揺動量は、小さくなり、バルブスプリング１１６の抵抗も小さくなるので、低負荷側では好ましいものとなる。しかし、要求負荷の増加に応じて、吸気弁２１の閉タイミングを吸気下死点に遅角すると、上述のような高圧縮比に設定されたエンジン１では、プリイグニション等の異常燃焼を来してしまうことになる。また、単に、異常燃焼が懸念される運転領域を回避して吸気弁２１の早閉じ制御をすれば、要求負荷が高くなるにつれて充填効率ＣＥを確保できなくなり、必要な出力を得ることができなくなる。
【００８１】
他方、吸気弁閉タイミングＩＶＣを、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて目標充填効率ＣＥが最大となるタイミングよりも遅角側に設定した場合、ピストン１５が下死点に移動するまで気筒１１内に空気を導入することができるため、有効圧縮比が低減するところで吸気弁２１を閉じても比較的充分な目標充填効率ＣＥを確保することができる反面、図３（Ｃ）（Ｄ）に示したように、低速低負荷時の目標充填効率ＣＥが小さい運転領域では、吸気弁２１のバルブリフト量、動弁範囲を最大値近傍まで大きく設定する必要があり（図４参照）、機械的損失が大きくなる等の不具合を回避することができない。
【００８２】
そこで、本実施形態では、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndとを設定し、高圧縮比エンジンにおいて、可及的に連続的な運転領域で膨張比を高めるとともに、異常燃焼懸念の高い中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣIMでは、ノッキング対策を講じることによって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、出力の向上と燃費の低減を図ることとしているのである。
【００８３】
かかる構成を実現するため、本実施形態では、図５以下のフローチャートが実行されるように設定されている。
【００８４】
図５〜図９は、本発明の実施形態に係るエンジン１の制御例を示すフローチャートである。
【００８５】
まず、図５を参照して、エンジン制御ユニット１００は、最初に諸設定の初期化を実行する（ステップＳ１）。この初期化において、エンジン制御ユニット１００は、現在の運転モードＭを早閉じ運転モードＭEIVCに設定する。
【００８６】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、アクセル開度センサ７５からのアクセル制御信号α、クランク角パルス信号に基づくエンジン回転速度ＮENG、車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰを読み取りまたは算出し、これらの情報に基づいて、目標トルクＴＱを算出する（ステップＳ２）。
【００８７】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、算出された目標トルクＴＱと、予め想定されている損失要素ｐｆとに基づき、目標燃焼トルクＰｉを算出する（ステップＳ３）。このステップＳ３において、損失要素ｐｆは、機械抵抗やポンプ損失であり、運転状態（エンジン回転速度ＮENGや、筒内温度等）に基づいて予め実験等で求められたデータをマップ化したものである。
【００８８】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、エンジン回転速度ＮENGに基づき、運転領域切換しきい値Ｌ１、Ｌ２を算出する（ステップＳ４）。
【００８９】
エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ４による運転モード領域を算出した後、目標燃焼トルクＰｉ、運転領域切換しきい値Ｌ１、Ｌ２、およびエンジン回転速度ＮENGに基づき、目標ブーストＢｔ_t、目標吸気弁閉タイミングＩＶＣ_t、目標運転領域Ｒ_tを算出する（ステップＳ５）。
【００９０】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、算出されたパラメータに基づき、運転領域の切換が必要か否かを判定する（ステップＳ６）。
【００９１】
仮に運転モードの切換が不要である場合（ステップＳ６においてＮＯの場合）、エンジン制御ユニット１００は、現在の運転モードＭ_nowに対応する制御信号ＦＰD、ＥＧＲOPEN、ＳＡD、θVVL-D、θVCT-D、ＴＶＯDを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する（ステップＳ７）。その後、ステップＳ２に移行し、上述した制御を繰り返す。
【００９２】
次に、図５のフローチャートにおいて、ステップ６で運転モードの切換が必要であると判定した場合（ステップＳ６においてＹＥＳの場合）、エンジン制御ユニット１００は、目標運転モードＭ_tが遅閉じ運転モードＭLIVCであるか否かを判定する（ステップＳ８）。仮に目標運転モードＭ_tが遅閉じ運転モードＭLIVCである場合には、遅角遷移モードＭTR-Rを実行する遅角遷移ステップＳ１０が実行され、目標運転モードＭ_tが早閉じ運転モードＭEIVCである場合には、進角遷移モードＭTR-Aを実行する進角遷移ステップＳ２０が実行される。何れかのサブルーチンが実行された後は、ステップＳ７に移行して、上述したフローが繰り返される。
【００９３】
図６および図７は、遅角遷移ステップのフローチャートである。
【００９４】
図６を参照して、遅角遷移ステップＳ１０が実行される場合、エンジン制御ユニット１００は、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換えるために、目標燃焼トルクＰｉの増加に伴って、吸気弁閉タイミングＩＶＣを遅角させる（ステップＳ１０１）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角に伴って、スロットル開度ＴＶＯを低減する（ステップＳ１０２）。吸気弁閉タイミングＩＶＣを遅角させることにより、有効圧縮比εｒが高くなり、空気充填量が増加するので、このスロットル開度ＴＶＯの低減により、空気過剰による異常燃焼を回避するようにしているのである。
【００９５】
次いで（或いは、ステップＳ１０２の制御と並行して）、エンジン制御ユニット１００は、カム位相センサ３５の検出信号θVCT_Aに基づき、現在のＩＶＣ_nowを算出する（ステップＳ１０３）。さらに、エンジン制御ユニット１００は、算出した現在のＩＶＣ_nowから、現在の有効圧縮比εｒを算出する（ステップＳ１０４）。上述したステップＳ１０１による吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角により、エンジン１の有効圧縮比εｒは増加する（図１３参照）。
【００９６】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、制御マップＭＴ１から現在の運転条件（主として吸気下死点通過後の）に対応する目標有効圧縮比εｒ_tを索引する（ステップＳ１０５）。次いで、索引した目標有効圧縮比εｒ_tを０とし、幾何学的圧縮比εを１として、現在の有効圧縮比εｒを正規化（内分）する（ステップＳ１０６）。
【００９７】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、テーリング処理を実行する（ステップＳ１０７）。このテーリング処理では、正規化された有効圧縮比ε_NRに所定の反映率で重み付けを行い、この重み付けに対応する点火タイミングを算出することによって点火タイミングをテーリングする。
【００９８】
テーリング処理の後、エンジン制御ユニット１００は、点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＳＡDを算出する（ステップＳ１０８）とともに、遅角遷移モードＭTR-Rでのバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT等に基づき、制御信号ＦＰD、ＥＧＲOPEN、ＳＡD、θVVL-D、θVCT-D、ＴＶＯDを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する（ステップＳ１０９）。
【００９９】
次いでエンジン制御ユニット１００は、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて目標充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過したか否かを判定し（ステップＳ１１０）、追加している場合には、次のフローに移行する一方、通過していない場合には、ステップＳ１０１に戻って上述した処理を繰り返す。
【０１００】
次に、図７を参照して、ステップＳ１１０の判定において、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過していると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換えるために、目標燃焼トルクＰｉの増加に伴って、吸気弁閉タイミングＩＶＣをさらに遅角させる（ステップＳ１１２）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角に伴って、スロットル開度ＴＶＯを増加する（ステップＳ１１３）。吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過後は、吸気弁閉タイミングＩＶＣを遅角させることにより、有効圧縮比εｒが低くなり、空気充填量が低減するので、このスロットル開度ＴＶＯの増加により、充填効率を調整するようにしているのである。
【０１０１】
次いで（或いは、ステップＳ１１３の制御と並行して）、エンジン制御ユニット１００は、カム位相センサ３５の検出信号θVCT_Aに基づき、現在のＩＶＣ_nowを算出する（ステップＳ１１４）。さらに、エンジン制御ユニット１００は、算出した現在のＩＶＣ_nowから、現在の有効圧縮比εｒを算出する（ステップＳ１１５）。上述したステップＳ１１２による吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角により、エンジン１の有効圧縮比εｒは減少する（図１３参照）。
【０１０２】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、制御マップＭＴ２から現在の運転条件（主として吸気下死点通過後の）に対応する目標有効圧縮比εｒ_tを索引する（ステップＳ１１６）。次いで、索引した目標有効圧縮比εｒ_tを０とし、幾何学的圧縮比εを１として、現在の有効圧縮比εｒを正規化（内分）する（ステップＳ１１７）。
【０１０３】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、テーリング処理を実行する（ステップＳ１１８）。このテーリング処理では、正規化された有効圧縮比ε_NRに所定の反映率で重み付けを行い、この重み付けに対応する点火タイミングを算出することによって点火タイミングをテーリングする。
【０１０４】
テーリング処理の後、エンジン制御ユニット１００は、点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＳＡDを算出する（ステップＳ１１９）とともに、遅角遷移モードＭTR-Rでのバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT等に基づき、制御信号ＦＰD、ＥＧＲOPEN、ＳＡD、θVVL-D、θVCT-D、ＴＶＯDを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する（ステップＳ１２０）。
【０１０５】
次いでエンジン制御ユニット１００は、現在の吸気弁閉タイミングＩＶＣ_eが第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndに到達しているか否かを判定し（ステップＳ１２１）、到達している場合には、現在の運転モードＭ_nowを遅閉じ運転モードＭLIVCに切り換え（ステップＳ１２２）、メインルーチンに復帰する一方、通過していない場合には、ステップＳ１１２に戻って上述した処理を繰り返す。
【０１０６】
次に、図５の判定において、進角遷移ステップＳ２０が実行された場合について説明する。
【０１０７】
図８および図９は、進角遷移ステップのフローチャートである。
【０１０８】
図８を参照して、進角遷移ステップＳ２０が実行される場合、エンジン制御ユニット１００は、遅閉じ動作を早閉じ動作に切り換えるために、目標燃焼トルクＰｉの減少に伴って、吸気弁閉タイミングＩＶＣを進角させる（ステップＳ２０１）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角に伴って、スロットル開度ＴＶＯを減少する（ステップＳ２０２）。進角遷移モードでは、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過する前は、吸気弁閉タイミングＩＶＣを進角させることにより有効圧縮比εｒが高くなり、空気充填量が増加するので、このスロットル開度ＴＶＯの減少により、空気過剰による異常燃焼を回避するようにしているのである。
【０１０９】
次いで（或いは、ステップＳ２０２の制御と並行して）、エンジン制御ユニット１００は、カム位相センサ３５の検出信号θVCT_Aに基づき、現在のＩＶＣ_nowを算出する（ステップＳ２０３）。さらに、エンジン制御ユニット１００は、算出した現在のＩＶＣ_nowから、現在の有効圧縮比εｒを算出する（ステップＳ２０４）。上述したステップＳ２０１による吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角により、エンジン１の有効圧縮比εｒは増加する（図１３参照）。
【０１１０】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、制御マップＭＴ２から現在の運転条件（主として吸気下死点通過後の）に対応する目標有効圧縮比εｒ_tを索引する（ステップＳ２０５）。次いで、索引した目標有効圧縮比εｒ_tを０とし、幾何学的圧縮比εを１として、現在の有効圧縮比εｒを正規化（内分）する（ステップＳ２０６）。
【０１１１】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、テーリング処理を実行する（ステップＳ２０７）。このテーリング処理では、正規化された有効圧縮比ε_NRに所定の反映率で重み付けを行い、この重み付けに対応する点火タイミングを算出することによって点火タイミングをテーリングする。
【０１１２】
テーリング処理の後、エンジン制御ユニット１００は、点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＳＡDを算出する（ステップＳ２０８）とともに、進角遷移モードＭTR-Aでのバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT等に基づき、制御信号ＦＰD、ＥＧＲOPEN、ＳＡD、θVVL-D、θVCT-D、ＴＶＯDを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する（ステップＳ２０９）。
【０１１３】
次いでエンジン制御ユニット１００は、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて目標充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過したか否かを判定し（ステップＳ２１０）、追加している場合には、次のフローに移行する一方、通過していない場合には、ステップＳ２０１に戻って上述した処理を繰り返す。
【０１１４】
次に、図９を参照して、ステップＳ２１０の判定において、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過していると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、遅閉じ動作を早閉じ動作に切り換えるために、目標燃焼トルクＰｉの減少に伴って、吸気弁閉タイミングＩＶＣをさらに進角させる（ステップＳ２１１）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角に伴って、スロットル開度ＴＶＯを増加する（ステップＳ２１２）。吸気弁閉タイミングＩＶＣを進角させることにより、有効圧縮比εｒが低くなり、空気充填量が減少するので、このスロットル開度ＴＶＯの低減により、充填効率を調整するようにしているのである。
【０１１５】
次いで（或いは、ステップＳ２１２の制御と並行して）、エンジン制御ユニット１００は、カム位相センサ３５の検出信号θVCT_Aに基づき、現在のＩＶＣ_nowを算出する（ステップＳ２１３）。さらに、エンジン制御ユニット１００は、算出した現在のＩＶＣ_nowから、現在の有効圧縮比εｒを算出する（ステップＳ２１４）。上述したステップＳ２１１による吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角により、エンジン１の有効圧縮比εｒは減少する（図１３参照）。
【０１１６】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、制御マップＭＴ１から現在の運転条件（主として吸気下死点通過後の）に対応する目標有効圧縮比εｒ_tを索引する（ステップＳ２１５）。次いで、索引した目標有効圧縮比εｒ_tを０とし、幾何学的圧縮比εを１として、現在の有効圧縮比εｒを正規化（内分）する（ステップＳ２１６）。
【０１１７】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、テーリング処理を実行する（ステップＳ２１７）。このテーリング処理では、正規化された有効圧縮比ε_NRに所定の反映率で重み付けを行い、この重み付けに対応する点火タイミングを算出することによって点火タイミングをテーリングする。
【０１１８】
テーリング処理の後、エンジン制御ユニット１００は、点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＳＡDを算出する（ステップＳ２１８）とともに、進角遷移モードＭTR-Aでのバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT等に基づき、制御信号ＦＰD、ＥＧＲOPEN、ＳＡD、θVVL-D、θVCT-D、ＴＶＯDを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する（ステップＳ２１９）。
【０１１９】
次いでエンジン制御ユニット１００は、現在の吸気弁閉タイミングＩＶＣ_eが第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stに到達しているか否かを判定し（ステップＳ２２０）、到達している場合には、現在の運転モードＭ_nowを早閉じ運転モードＭEIVCに切り換え（ステップＳ２２１）、メインルーチンに復帰する一方、通過していない場合には、ステップＳ２１１に戻って上述した処理を繰り返す。
【０１２０】
図１０は、図５のフローチャートに係る運転領域の例を示す特性図である。
【０１２１】
図１０に示すように、本実施形態では、エンジン回転速度ＮENGに比例する特性Ｌ１、Ｌ２（所定充填効率の一例）が図５のフローチャートのステップＳ４によって決定され、高負荷側の特性Ｌ１以上の高負荷側である運転領域ＲLIVCではモードＭLIVCが、低負荷側の特性Ｌ２以下の低負荷側である運転領域ＲEIVCでは、早閉じ運転モードＭEIVCが、それぞれ選定されるように設定されている。図示の例において、特性Ｌ１と特性Ｌ２の間の過渡領域ＲTRは、ヒステリシスを設けて運転モードの切換に用いられる領域であり、運転領域ＲEIVCから要求負荷が高くなっても、特性Ｌ１を越えるまでは、運転モードは早閉じ運転モードＭEIVCが維持され、運転領域ＲLIVCから要求負荷が低くなっても、特性Ｌ２を越えるまでは、運転モードは運転領域ＲLIVCが維持される。
【０１２２】
図５のステップＳ７で実行される運転モードＭ_nowが早閉じ運転モードＭEIVCである場合、例えば図１１（Ａ）（Ｂ）に示す制御例で吸気弁閉タイミングＩＶＣやスロットル開度ＴＶＯが制御される。
【０１２３】
図１１は、本実施形態に係る早閉じ運転モードＭEIVCでの制御例を示す図であり、（Ａ）は、吸気弁閉タイミングの制御例、（Ｂ）はスロットル開度の制御例である。
【０１２４】
図１１（Ａ）を参照して、図５のステップＳ７で早閉じ運転モードＭEIVCが実行される場合、制御領域は、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stとなる。この領域では、エンジン回転速度ＮENGが高くなるほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。また、目標充填効率ＣＥが増加するほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。この結果、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stで運転される場合では、吸気弁２１の閉タイミングが遅角することによって、充填効率ＣＥを増加させ、要求トルクに見合うトルクを出力できるようになっている。
【０１２５】
図１１（Ｂ）を参照して、同図に示した制御例では、特性Ｌ１と平行にエンジン回転速度ＮENGに比例する特性Ｌ３を低負荷側に設定している。特性Ｌ３は、図１１の特性Ｌ２よりも低負荷側であってもよく、特性Ｌ２以上であってもよい。この特性Ｌ３よりも低負荷側の運転領域では、スロットル開度ＴＶＯは、全開になっており、目標充填効率ＣＥは、専ら、吸気弁２１の閉タイミングで制御されるようになっている。このため、充分な充填効率ＣＥを確保し、ポンプ損失が生じないように制御することが可能になる。他方、特性Ｌ１から特性Ｌ３の間では、要求負荷が高まるにつれて、或いはエンジン回転速度ＮENGが低減するにつれて、スロットル開度ＴＶＯを小さくするように制御される。このため、運転状態が、中高速低中負荷運転領域から運転モードＭを遅閉じ運転モードＭLIVCに設定する必要のある低速高負荷運転領域に近づくにつれて、目標充填効率ＣＥを低減することができるので、高圧縮比エンジンを採用した本実施形態において、運転モードＭを切り換える過渡的で不安定な運転領域であっても、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、運転モードＭを切り換えて、所要の目標充填効率ＣＥを確保することができるのである。
【０１２６】
次に、図５のステップＳ７で実行される運転モードＭ_nowが遅閉じ運転モードＭLIVCである場合、例えば図１１（Ａ）（Ｂ）に示す制御例で吸気弁閉タイミングＩＶＣやスロットル開度ＴＶＯが制御される。
【０１２７】
図１２は、本実施形態に係る遅閉じ運転モードＭLIVCでの制御例を示す図であり、（Ａ）は、吸気弁閉タイミングの制御例、（Ｂ）は、スロットル開度を一定に維持する制御例を示す図である。
【０１２８】
図１２（Ａ）（Ｂ）を参照して、図５のステップＳ７で遅閉じ運転モードＭLIVCが実行される場合、制御領域は、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndとなる。この領域では、スロットル開度ＴＶＯを変更しながら目標充填効率ＣＥを制御することにより、目標充填効率ＣＥの増減に拘わらず、吸気弁２１の閉タイミングを一定にし、有効圧縮比と膨張比との関係を維持して、出力を高めている。
【０１２９】
また、エンジン回転速度ＮENGが高くなるほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角し、エンジン回転速度ＮENGが高くなるほど、スロットル開度ＴＶＯは、大きく制御される。これは、エンジン回転速度ＮENGが高くなるほど、吸気慣性力が増加し、当該エンジン回転速度（機関速度）ＮENGにおいて目標充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングが遅角することに対応しているのであり、この制御によって、所要の目標充填効率ＣＥを確保することができるのである。
【０１３０】
図１３は、本実施形態に係る各遷移ステップＳ１０、Ｓ２０を実行した場合の一例を示すタイミングチャートである。
【０１３１】
図１３を参照して、遅角遷移ステップＳ１０が実行される運転条件では、時間は、同図のタイミングチャートの左から右に経過し、目標燃焼トルクＰｉ_tは、右肩上がりに上昇する。
【０１３２】
この上昇によって、吸気弁閉タイミングＩＶＣは、吸気下死点前（例えば、−９５°ＣＡ）から吸気下死点後の所定位置（例えば、９０°ＣＡ）に移動する（図６のステップＳ１０１、図７のステップＳ１１２参照）。この間、充填効率ＣＥを調整してプリイグニション等の異常燃焼の防止と要求トルクの充足とを両立するために、スロットル開度ＴＶＯは、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stの終端（最遅角側）から遅角するにつれて低減する（図６のステップＳ１０１参照）とともに、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax経過後は、吸気弁閉タイミングＩＶＣが遅角するにつれて増加する（図７のステップＳ１１３）。
【０１３３】
また、有効圧縮比εｒは、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに至るまでは、当該吸気弁２１の閉タイミングＩＶＣが遅角するにつれて増加する一方、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax経過後は、遅角するにつれて低減する。ここで、有効圧縮比εｒの変化は、図１３に示すように、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxをピークとする曲線的な特性となるため、本実施形態では、図６のステップＳ１０６、或いは図７のステップＳ１１７で説明したように、この有効圧縮比εｒを正規化して、点火タイミングＳＡの制御に反映するようにしている。
【０１３４】
図６のステップＳ１０９、および図７のステップＳ１２０で算出される点火タイミングＳＡの制御信号ＳＡDは、有効圧縮比εｒの特性を反映しない場合には、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stの最遅角タイミングから第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndの最進角点との間を結ぶ直線的な特性ＳＡ1になる。しかし、この点火タイミングＳＡ1では、非常に高くなっている充填効率ＣＥに対して進角過剰になっているため、スロットル開度ＴＶＯを下げたとしても、高圧縮比エンジンではプリイグニションが生じやすくなる。そこで、正規化された有効圧縮比εｒを反映することにより、図１３の特性ＳＡ2に示すような点火タイミングを得ることにより、過渡的に充填効率（有効圧縮比εｒ）が非常に高くなる運転領域でも、確実に異常燃焼の防止を図るようにしているのである。
【０１３５】
さらに本実施形態では、図６のステップＳ１０７、および図７のステップＳ１１８で有効圧縮比εｒに重み付けをし、点火タイミングをテーリングすることにより、図１３のＳＡDで示す点火タイミングになるように制御されている。そのため、ＩＶＣmaxは、もちろん、その両側の運転領域でも、確実に異常燃焼の防止を図ることができるようになっている。
【０１３６】
他方、進角遷移ステップＳ２０が実行される運転条件では、時間は、同図のタイミングチャートの右から左に経過し、目標燃焼トルクＰｉ_tは、時間の経過とともに減少することになる。
【０１３７】
この減少によって、吸気弁閉タイミングＩＶＣは、吸気下死点後（例えば、９０°ＣＡ）から吸気下死点前の所定位置（例えば、−９５°ＣＡ）に移動する（図８のステップＳ１０１、図９のステップＳ１１２参照）。この間、充填効率ＣＥを調整してプリイグニション等の異常燃焼の防止と要求トルクの充足とを両立するために、スロットル開度ＴＶＯは、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndの終端（最進角側）から進角するにつれて低減する（図８のステップＳ２０２）とともに、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax経過後は、吸気弁閉タイミングＩＶＣが進角するにつれて増加する（図９のステップＳ２１２参照）。
【０１３８】
また、有効圧縮比εｒは、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに至るまでは、当該吸気弁２１の閉タイミングＩＶＣが進角するにつれて増加する一方、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax経過後は、進角するにつれて低減する。有効圧縮比εｒの変化は、図１３に示すように、吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxをピークとする曲線的な特性となるため、進角遷移ステップＳ２０においても、図８のステップＳ２０６、或いは図９のステップＳ２１６で説明したように、この有効圧縮比εｒを正規化して、点火タイミングＳＡの制御に反映するとともに、図８のステップＳ２０７、および図９のステップＳ２１７で有効圧縮比εｒに重み付けをし、点火タイミングをテーリングすることにより、図１３のＳＡDで示す点火タイミングになるように制御されている。そのため、進角遷移ステップＳ２０においても、ＩＶＣmaxは、もちろん、その両側の運転領域でも、確実に異常燃焼の防止を図ることができるようになっている。
【０１３９】
次に、各遷移ステップＳ１０、Ｓ２０における点火タイミングの具体的な算出アルゴリズムについて説明する。
【０１４０】
図１４は、本実施形態に係る各遷移ステップＳ１０、Ｓ２０の具体的なアルゴリズムの一例を示すブロック図である。
【０１４１】
次に、図１４を参照して、エンジン制御ユニット１００には、有効圧縮比算出部２０１、ＩＶＣボトム算出部２０２、切換判定部２０３、およびＳＡ算出部２０４が論理的に構成されている。また、エンジン制御ユニット１００には、有効圧縮比εｒを正規化するための正規化算出部３１１、４１１と、正規化算出部３１１、４１１の算出結果に基づいてテーリング処理を実行するテーリング処理部３１２、４１２とが、対になって論理的に構成されており、各対の一方が吸気弁閉タイミングＩＶＣmax以前の進角側での算出処理を担い、他方が吸気弁閉タイミングＩＶＣmax以降の遅角側での算出処理を担っている。
【０１４２】
また、一方のテーリング処理部３１２と他方のテーリング処理部４１２からの出力を排他的に用いるために、切換判定部２０３とＳＡ算出部２０４との間には、ゲート２０５が論理的に形成されている。
【０１４３】
有効圧縮比算出部２０１は、カム位相センサ３５の検出信号θVCT_Aに基づき、現在の有効圧縮比εｒを算出するモジュールである。この有効圧縮比算出部２０１により、図６のステップＳ１０４、図７のステップＳ１１５、図８のステップＳ２０４、図９のステップＳ２１４が実行されることになる。
【０１４４】
ＩＶＣボトム算出部２０２は、制御時のエンジン回転速度ＮENGにおいて、目標充填効率ＣＥが最大となるときの論理値（例えば、１）を出力するモジュールである。このＩＶＣボトム算出部２０２によって算出された吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxにより、図６のステップＳ１０６、Ｓ１０７、図７のステップＳ１１７、Ｓ１１８、図８のステップＳ２０６、Ｓ２０７、図９のステップＳ２１６、Ｓ２１７等がそれぞれ実行されることになる。
【０１４５】
切換判定部２０３は、エンジン回転速度ＮENG毎に充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを算出するモジュールである。この切換判定部２０３によって、図５のステップＳ６、図６のステップＳ１１０、図８のステップＳ２１０等の制御が実行され、ゲート２０５が切り換えられることになる。
【０１４６】
ＳＡ算出部２０４は、ゲート２０５を経由して入力された各テーリング処理部３１２、４１２の算出値に基づき、制御信号ＳＡDを出力するモジュールである。このＳＡ算出部２０４により、点火システム５２は、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。
【０１４７】
各正規化算出部３１１、４１１は、正規化された有効圧縮比ε_NRを算出するためのモジュールである。これら正規化算出部３１１、４１１によって、現在の有効圧縮比εｒと幾何学的圧縮比εとの差ε_df1と、対応する制御マップＭＴ１、ＭＴ２から読み出された目標有効圧縮比εｒ_tと幾何学的圧縮比εとの差ε_df2がそれぞれ算出され、これらの有効圧縮比ε_df1、ε_df2に基づいて、正規化された有効圧縮比ε_NRが算出される。なお、各正規化算出部３１１、４１１において、３１１ａ、４１１ａは、０除算を禁止するための０除算禁止算出子であり、３１１ｂ、４１１ｂは、有効圧縮比ε_NRの領域を０から１の範囲に制約するドメイン算出子である。
【０１４８】
テーリング処理部３１２、４１２は、正規化算出部３１１、４１１の算出結果に基づいてテーリング処理を実行するモジュールである。このテーリング処理部３１２、４１２により、図６のステップＳ１０７、図７のステップＳ１１８、図８のステップＳ２０７、図９のステップＳ２１７がそれぞれ実行されることになる。
【０１４９】
各テーリング処理部３１２、４１２には、対応する反映率算出子３１２ａ、４１２ａと、算出の基礎となるベース値ＳＡEB、ＳＡLBを出力するベース値算出子３１２ｂ、４１２ｂとが設けられている。
【０１５０】
反映率算出子３１２ａ、４１２ａは、対応する正規化算出部３１１、４１１が出力した正規化された有効圧縮比ε_NRに重み付けを付けるモジュールである。この反映率算出子３１２ａ、４１２ａの出力結果により、例えば、図１３の破線ＳＡ2で示す特性を実線のＳＡDで示す特性に補正することが可能になる。
【０１５１】
ベース値算出子３１２ｂは、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax以前の進角側での算出処理を担う一方のテーリング処理部３１２において、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stの最遅角時の吸気弁閉タイミングに基づく点火タイミング（ベース値）ＳＡEBを算出し、出力するものである。また、ベース算出子４１２ｂは、吸気弁閉タイミングＩＶＣmax以降の遅角側での算出処理を担う他方のテーリング処理部４１２において、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndの最進角時の閉弁タイミングに基づく点火タイミング（ベース値）ＳＡLBを算出し、出力するものである。
【０１５２】
各テーリング処理部３１２、４１２は、対応する反映率算出子３１２ａ、４１２ａによって補正された有効圧縮比ε_NRをテーリング要素とし、ＩＶＣボトム算出部２０２が出力した論理値と、対応するベース値算出子３１２ｂ、４１２ｂが出力したベース値ＳＡEBＳＡLBに基づいて、最終的な目標点火タイミングＳＡ_tを算出する。これにより、図６のステップＳ１０８、図７のステップＳ１１９、図８のステップＳ２０８、図９のステップＳ２１８のような制御が実現され、図１３の特性ＳＡDに準じた点火タイミングで遷移モードでの運転が実行されることになる。
【０１５３】
図１５は、図５〜図９のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフである。
【０１５４】
図１５を参照して、本実施形態では、遅閉じ運転モードＭLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御しているので、吸気弁２１の閉タイミングを最も進角側に固定して目標充填効率ＣＥを制御することができ、早閉じ運転モードＭEIVCから遅閉じ運転モードＭLIVCへ切り換える時の変位量（図３におけるコントロールシャフト１２０の回動角度）も最小となり、早閉じ運転モードＭEIVCからの切り換えに要する時間を可及的に短くすることができる。
【０１５５】
また、エンジン回転速度ＮENGが上昇するにつれて、吸気弁閉タイミング（従って、点火タイミングＳＡの最遅角時）ＩＶＣは、遅角するので、エンジン回転速度ＮENGが高いほど第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndとの間の中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣIMが小さくなり、ある回転速度（例えば、２５００ｒｐｍ）以上では、専ら第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndで吸気弁２１が閉じることとなり、運転モードＭの切り換えは不要となる。
【０１５６】
以上説明したように本実施形態は、往復動するピストン１５とともに燃焼室１７を規定する気筒１１と、燃焼室１７内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を燃焼室１７から遮断可能な吸気弁２１と、吸気弁２１の開閉タイミングを制御する吸気弁駆動機構３０と、気筒１１内の混合気を火花点火する点火プラグ５１を含む点火システム５２と、制御器としてのエンジン制御ユニット１００とを備えた内燃機関システムないしその制御方法であって、エンジン制御ユニット１００は、気筒１１内への目標充填効率ＣＥ_tが所定充填効率よりも小さいとき、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st内で吸気弁２１を閉じる早閉じステップ（早閉じ運転モードＭEIVCでのステップＳ７）、目標充填効率ＣＥ_tが所定充填効率以上のとき、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxよりも遅角側に設定され、且つ第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stから離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2nd内で吸気弁２１を閉じる遅閉じステップ（遅閉じ運転モードＭLIVCでのステップＳ７）、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stから第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndに吸気弁閉タイミングＩＶＣを遷移する遅角遷移ステップＳ１０、並びに第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndから第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stに吸気弁閉タイミングＩＶＣを遷移する進角遷移ステップＳ２０を実行するものである。
【０１５７】
このため本実施形態では、目標充填効率ＣＥ_tが所定充填効率よりも小さいときは、早閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st内で吸気弁２１が閉じられる一方、目標充填効率ＣＥ_tが所定充填効率以上のときは、遅閉じ動作によって第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stよりも遅角し、且つ離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2nd内で吸気弁２１が閉じられる。従って、例えば、吸気弁開タイミングＩＶＣを一定に維持しつつ目標充填効率ＣＥ_tの増加に応じて吸気弁閉タイミングＩＶＣが遅角する吸気弁駆動機構３０を採用していても、図４に示したように、目標充填効率ＣＥ_tが比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される充填効率に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標充填効率ＣＥ_tが高い運転領域では、遅閉じ動作によって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、必要な充填効率ＣＥを充分に確保し、高い機関出力を得ることができる。また、目標充填効率ＣＥ_tの高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後エンジン回転速度ＮENGが上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、エンジン回転速度ＮENGが高いほど、一定の充填効率ＣＥを得る吸気弁閉タイミングＩＶＣが遅くなる。従って、予め第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndを低速運転領域に設定しておくことで、高負荷時の回転上昇中に吸気弁閉タイミングＩＶＣが、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndとの間に位置する中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣIMに入る頻度を最小化することができるので、吸気管圧力を低下させる程度を最小化し、ポンプ損失を最小化することができる。それで、高圧縮比に伴う問題の発生を防止しつつ、膨張比を高めて、機関運転効率を向上させることができる。
【０１５８】
また、本実施形態に係る遅角遷移ステップＳ１０は、各気筒サイクルでの目標充填効率ＣＥ_tの増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングＩＶＣがＩＶＣmaxに至るまでは、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角に応じて、点火タイミングＳＡを遅角する点火リタードステップ（図６の各処理）、および目標充填効率ＣＥ_tの増加に応じて遅角する吸気弁閉タイミングＩＶＣがＩＶＣmaxを通過した後は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角に応じて、点火タイミングＳＡを進角する点火アドバンスステップ（図７の各処理）を含んでいる。そのため、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stから第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndに吸気弁閉タイミングＩＶＣが遷移する過程では、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率が最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに近づくほど点火タイミングＳＡを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングＳＡを進角するので、吸気弁閉タイミングＩＶＣの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【０１５９】
また、本実施形態に係る進角遷移ステップＳ２０は、各気筒サイクルでの目標充填効率ＣＥ_tの減少に応じて進角する吸気弁閉タイミングＩＶＣがＩＶＣmaxに至るまでは、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角に応じて、点火タイミングＳＡを遅角する点火リタードステップ（図８の各処理）、および吸気弁閉タイミングＩＶＣがＩＶＣmaxを通過した後は、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角に応じて、点火タイミングＳＡを進角する点火アドバンスステップ（図９の各処理）を含んでいる。このため本実施形態では、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndから第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stに吸気弁閉タイミングＩＶＣが遷移する過程においても、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに近づくほど点火タイミングＳＡを遅角し、遠ざかるほど点火タイミングＳＡを進角するので、吸気弁閉タイミングＩＶＣの大幅な変化に拘わらず、機関出力を安定させることができる。
【０１６０】
また、本実施形態では、各遷移ステップＳ１０、Ｓ２０において、吸気通路の空気流量を調整するスロットル弁５７が設けられているとともに、エンジン制御ユニット１００は、遅角遷移ステップＳ１０では、点火リタードステップにおいて、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角量増加に応じてスロットル開度ＴＶＯを低減し（図６のステップＳ１０２）、点火アドバンスステップにおいて、吸気弁閉タイミングＩＶＣの遅角量増加に応じてスロットル開度ＴＶＯを増加するスロットル制御ステップ（図７のステップＳ１１３）を含んでいる一方、進角遷移ステップＳ２０では、点火リタードステップにおいて、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角量増加に応じてスロットル開度ＴＶＯを低減し（図８のステップＳ２０２）、点火アドバンスステップにおいて、吸気弁閉タイミングＩＶＣの進角量増加に応じてスロットル開度ＴＶＯを増加するスロットル制御ステップ（図９のステップＳ２１２）を含んでいる。このため本実施形態では、吸気弁閉タイミングＩＶＣが空気過剰となる領域に近いほど、スロットル開度ＴＶＯが低減するので、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。しかも、異常燃焼を防止するに当たり、スロットル弁５７による気筒空気量低下制御の遅れを応答性の速い点火遅角量で制御しているので、機関出力を安定化させることができる。また、スロットル弁５７による充填効率ＣＥの低下により、点火タイミングＳＡの遅角量を抑制し、機関運転効率を向上することができる。
【０１６１】
また本実施形態では、遅角遷移ステップＳ１０の終了後の第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2nd内での点火タイミングＳＡは、遅角遷移ステップＳ１０の開始前の第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st内での点火タイミングＳＡよりも遅角している。そのため本実施形態では、充填効率の多い遅閉じ動作時では、充填効率の少ない早閉じ動作時よりも点火タイミングＳＡが遅角しているので、充填効率を増加した後に遅閉じ動作が実行される運転領域であっても、より確実に異常燃焼の防止を図ることができる。
【０１６２】
また本実施形態では、進角遷移ステップＳ２０の終了後の第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1st内での点火タイミングＳＡは、進角遷移ステップＳ２０の開始前の第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2nd内での点火タイミングＳＡよりも進角している。そのため本実施形態では、充填効率の少ない早閉じ動作時では、充填効率の多い遅閉じ動作時よりも点火タイミングＳＡが進角しているので、充填効率の少ない運転領域でも確実に混合気の燃焼期間を確保し、燃焼安定性の確保と期間出力の維持を図ることができる。
【０１６３】
また本実施形態では、点火タイミングＳＡの最遅角時は、エンジン回転速度ＮENGが大きいほど遅角する。そのため本実施形態では、点火リタードステップと点火アドバンスステップの切換点がエンジン回転速度ＮENGに応じて遅角するので、より運転条件に適合した点火タイミングＳＡで点火プラグ５１を作動し、適切な機関出力を得ることができる。
【０１６４】
また、本実施形態の遅角遷移ステップＳ１０は、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングＳＡmaxとして、現在の有効圧縮比εｒを正規化する正規化ステップ（図６のステップＳ１０６、図７のステップＳ１１７）、正規化された有効圧縮比εｒを所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ（図１３の反映率算出子３１２ａによる処理）、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ1stの最遅角時の吸気弁閉タイミングに基づく点火タイミングをベース値ＳＡEBとして算出するベース値算出ステップ（図１３のベース値算出子３１２ｂによる処理）および算出されたベース値ＳＡEB、補正値、並びに最遅角点火タイミングＳＡmaxに基づいて、目標となる有効圧縮比εｒに対応する点火タイミングＳＡをテーリングするテーリングステップを含んでいる。
【０１６５】
また、本実施形態の進角遷移ステップＳ２０は、当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxに対応する点火タイミングを最遅角点火タイミングＳＡmaxとして、現在の有効圧縮比εｒを正規化する正規化ステップ（図８のステップＳ２０６、図９のステップＳ２１６）、正規化された有効圧縮比εｒを所定の反映率で重み付けして補正値を算出するステップ（図１３の反映率算出子４１２ａによる処理）、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ2ndの最進角時の閉弁タイミングに基づく点火タイミングをベース値ＳＡLBとして算出するベース値算出ステップ（図１３のベース値算出子４１２ｂによる処理）および算出されたベース値ＳＡLB、補正値、並びに最遅角点火タイミングＳＡmaxに基づいて、目標となる有効圧縮比εｒに対応する点火タイミングＳＡをテーリングするテーリングステップを含んでいる。そのため本実施形態では、吸気弁閉タイミングＩＶＣが当該エンジン回転速度ＮENGにおいて充填効率ＣＥが最大となるとき（たとえば吸気下死点）の点火タイミングＳＡを最遅角タイミングＳＡbottom（図１３参照）として、目標充填効率ＣＥ_tの変化に応じて点火タイミングＳＡを無段階に進角側に移行させ、燃焼安定性を確保しつつ吸気弁閉タイミングＩＶＣを遷移させることができる。
【０１６６】
吸気弁閉タイミングＩＶＣmaxを通過する範囲で点火タイミングＳＡの切換を制御する際には、現在の点火タイミングＳＡと目標点火タイミングＳＡ_tとが、最遅角を要する最遅角タイミングＳＡbottomよりも進角側に存在するため、充填効率ＣＥが最大となるタイミングで吸気弁２１が閉じるときには、適正な点火タイミングＳＡよりも遙かに進角側で点火されることになり、高圧縮比エンジンではプリイグニション等の異常燃焼が生じやすくなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、充填効率ＣＥが最大となるときの点火タイミングＳＡbottom（図１３参照）を最も遅角させることができる結果、所要の燃焼期間を確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を確実に防止することができる。さらに、テーリングステップによって、正規化された有効圧縮比が所定の反映率で重み付けされるので、点火タイミングＳＡをより適正な位相に遅角または進角させることができる。
【０１６７】
上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の実施の一形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。
【図２】図１の実施形態に係る吸気弁駆動機構の具体的な構成を示す斜視図である。
【図３】図１の吸気弁駆動機構の要部を示す断面図であり、（Ａ）は大リフト制御状態においてバルブリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示し、（Ｃ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。
【図４】本実施形態に係る吸気弁駆動機構の設定例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るエンジンの制御例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る遅角遷移ステップのフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る遅角遷移ステップのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る進角遷移ステップのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る進角遷移ステップのフローチャートである。
【図１０】図５のフローチャートに係る運転領域の例を示す特性図である。
【図１１】本実施形態に係る早閉じ運転モードでの制御例を示す図であり、（Ａ）は、吸気弁閉タイミングの制御例、（Ｂ）はスロットル開度の制御例である。
【図１２】本実施形態に係る遅閉じ運転モードでの制御例を示す図であり、（Ａ）は、吸気弁閉タイミングの制御例、（Ｂ）は、スロットル開度を一定に維持する制御例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る各遷移ステップを実行した場合の一例を示すタイミングチャートである。
【図１４】本実施形態に係る各遷移ステップの具体的なアルゴリズムの一例を示すブロック図である。
【図１５】図５〜図９のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフである。
【符号の説明】
【０１６９】
１  エンジン（内燃機関の一例）
１１  シリンダ
１５  ピストン
１７  燃焼室
１８  吸気ポート
１９  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
３０  吸気弁駆動機構
３２  吸気カムシャフト位相可変機構
１００  エンジン制御ユニット（制御器の一例）
２０１  有効圧縮比算出部
２０２  ＩＶＣボトム算出部
２０３  切換判定部
２０４  ＳＡ算出部
３１１、４１１  正規化算出部
３１２、４１２  テーリング処理部
３１２ａ、４１２ａ  反映率算出子
３１２ｂ、４１２ｂ  ベース値算出子
ＣＥ  充填効率
ＩＶＣ  閉弁タイミング範囲
ＩＶＣ1st  第１閉弁タイミング範囲
ＩＶＣ2nd  第２閉弁タイミング範囲
ＩＶＣIM  中間閉弁タイミング範囲
ＭEIVC  早閉じ運転モード
ＭLIVC  遅閉じ運転モード
ＭTR-A  進角遷移モード
ＭTR-R  遅角遷移モード
Ｒ  運転領域
ＲEIVC  早閉じ運転モード運転領域
ＲLIVC  遅閉じ運転領域
ＲTR  過渡領域
ＳＡ  点火タイミング
ＳＡmax 最遅角点火タイミング
【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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