(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水温が所定温度以上の温間状態であって、エンジン負荷を、低負荷域、中負荷域、高負荷域に分けたときの低負荷域で、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前に設定するとともに、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期を、吸気上死点より後であって、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間が排気弁閉時期から吸気上死点までの期間よりも長くなる時期に設定し、かつ、排気弁及び吸気弁のうちの少なくとも一方に対してバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備え、吸気上死点を挟んでの上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間を、中速中負荷域は、低速中負荷域に対して大きくするように運転状態に応じてバルブ開閉タイミングを変更することを特徴とする自動車用４サイクルエンジン。
【請求項２】
上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間を、少なくとも中負荷から負荷の増大につれて小さくするように運転状態に応じてバルブ開閉タイミングを変更することを特徴とする請求項１記載の自動車用４サイクルエンジン。
【請求項３】
エンジンの冷却水温が所定温度以上の温間状態であって、エンジン負荷を、低負荷域、中負荷域、高負荷域に分けたときの低負荷域で、上記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間をクランク角で５°以上１５゜以下とし、かつ、吸気上死点を挟んでの上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間をクランク角で２０°以上３５゜以下としたことを特徴とする請求項１または２記載の自動車用４サイクルエンジン。
【請求項４】
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に既燃ガスを残留させることによる所謂内部ＥＧＲを積極的に利用するようにした自動車用４サイクルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの排気系と吸気系との間に外部ＥＧＲ通路を接続し、この外部ＥＧＲ通路を通して排気ガスの還流（ＥＧＲ）を行うことによりＮＯｘの低減を図ることは一般に知られている。しかし、このような外部ＥＧＲによると、そのための通路やＥＧＲバルブが必要になるとともに、ＥＧＲに伴って吸気系にデポジットが生じ易くなるという問題もある。
【０００３】
そこで、外部ＥＧＲ通路によって排気ガスの還流を行うものに替えて、積極的に燃焼室内に既燃ガスを残留させることによる所謂内部ＥＧＲを利用する手法が考えられており、この手法としては吸気弁と排気弁の開弁期間のオーバラップを大きくするものが一般的である。つまり、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を用い、内部ＥＧＲを必要とする領域では上記オーバラップを大きくすることによりそのオーバラップ期間中の排気の吹き返し等で残存既燃ガス量を増加させるようにしている。
【０００４】
しかし、このように吸、排気弁の開弁期間のオーバラップを大きくすると、吸気上死点で吸気弁及び排気弁が比較的大きく開いた状態となるので、これらとの干渉を避けるためピストン頂面に深いリセスを設ける必要があり、これが燃焼に悪影響を及ぼす等の問題がある。
【０００５】
また、燃焼室内に既燃ガスを残留させる手法についての他の従来技術として、特開平１０−２６６８７８号公報に示されるように、排気弁を吸気上死点前に閉弁させるようにしたものが考えられている。
【０００６】
この公報に示された発明では、エンジンの低負荷から中負荷にわたる負荷範囲内で、排気弁を上死点前に閉じさせるとともに要求負荷が低くなるにつれて排気弁閉時期を早め、かつ、上記負荷範囲内で、吸気弁を上死点後に開かせるとともに要求負荷が低くなるにつれて吸気弁開時期を早めるようにしている。そして、この公報の記載によると、上記負荷範囲内で、排気弁閉時期を早めることにより燃焼室内の残留既燃ガスを増加させ、この残留既燃ガスを利用して燃焼室内で多点的に自己着火を生じさせ、これにより燃焼性を高めるとともに局所的な燃焼温度の高温化を避けてＮＯｘを抑制する。また、スロットル弁を略全開に保った状態で、排気弁閉時期を変えることによる残留既燃ガス量の調節により吸入空気量をコントロールして、要求負荷に応じた出力制御を行いつつポンピングロスの低減を図るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平１０−２６６８７８号公報に示された発明では、スロットル弁を略全開に保った状態で排気弁閉時期を変えることによる残留既燃ガス量の調節により、要求負荷に応じた吸入空気量のコントロールを行なおうとしているが、残留既燃ガス量が増大しすぎると燃焼安定性が損なわれるので、現実には、残留既燃ガス量は燃焼安定性を損なわない程度にとどめて、低負荷時にスロットル弁により吸入空気量の調節を行なうことが必要であり、それによってポンピングロスが生じることは避け難い。また、上記公報記載の発明では排気弁を上死点前に閉じるときに吸気弁を上死点後に開くようにしているが、上死点から吸気弁開時期までの期間は排気弁閉時期から上死点までの期間と同程度となっている。
【０００８】
このような上記公報記載のものでは、ポンピングロス低減等の面で改善の余地が残されている。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの低負荷域で，排気弁を吸気上死点より前に閉じて適度の内部ＥＧＲ効果が得られるようにするとともに、ポンピングロス低減効果をより一層高めることができる自動車用４サイクルエンジンを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの冷却水温が所定温度以上の温間状態であって、エンジン負荷を、低負荷域、中負荷域、高負荷域に分けたときの低負荷域で、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前に設定するとともに、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期を、吸気上死点より後であって、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間が排気弁閉時期から吸気上死点までの期間よりも長くなる時期に設定し、かつ、排気弁及び吸気弁のうちの少なくとも一方に対してバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備え、吸気上死点を挟んでの上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間を、中速中負荷域は、低速中負荷域に対して大きくするように運転状態に応じてバルブ開閉タイミングを変更するものである。
【００１１】
この発明によると、エンジンの温間状態での低負荷域で、排気弁が吸気上死点より所定期間前に閉じられることにより、燃焼室内に既燃ガスが残存して内部ＥＧＲ効果が得られ、ＮＯｘが低減される。また、排気弁閉時期が吸気上死点前、吸気弁開時期が吸気上死点後となっている場合、燃焼室内圧力は排気弁が閉じてから一端上昇して、吸気上死点を過ぎると下降し、さらに吸気弁が開かれると吸気圧力に対応するレベルとなり、このような燃焼室内圧力変化の過程で、吸気上死点ＴＤＣに達するまでの間の圧力と吸気上死点ＴＤＣを過ぎてからの圧力の格差分がポンピングロスとなるが、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間が排気弁閉時期から吸気上死点までの期間よりも長くなる程度まで吸気弁開時期が遅くされることにより、吸気弁開時期が早い場合と比べて上記格差が小さくなるため、ポンピングロスが低減される。
【００１２】
本発明において、排気弁及び吸気弁のうちの少なくとも一方に対してバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備え、吸気上死点を挟んでの上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間を、少なくとも中負荷から負荷の増大につれて小さくするように運転状態に応じてバルブ開閉タイミングを変更することが好ましい。
【００１３】
このようにすると、低負荷側では排気弁閉時期から吸気弁開時期までの期間が比較的大きくされることでＮＯｘ抑制及びポンピングロス低減の効果が充分に得られるようにしつつ、高負荷側では上記期間が小さくされることで出力が確保される。
【００１４】
また、本発明において、エンジンの冷却水温が所定温度以上の温間状態であって、エンジン負荷を、低負荷域、中負荷域、高負荷域に分けたときの低負荷域で、上記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間をクランク角で５°以上１５゜以下とし、かつ、吸気上死点を挟んでの上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間をクランク角で２０°以上３５゜以下とすることが好ましい。
【００１５】
このようにすることで、低負荷域でのＮＯｘ抑制及びポンピングロス低減の効果が充分に得られる。
【００１６】
また、本発明は燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた直噴式のエンジンに適用することが好ましい。このエンジンによると、低負荷域で成層燃焼により空燃比をリーンとしつつ燃焼安定性を高めて内部ＥＧＲ（残留既燃ガス）の許容量を増大することができる。従って、排気弁閉時期を吸気上死点より前とすることによる内部ＥＧＲ効果を充分に発揮させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明が適用される自動車用４サイクルエンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、１はエンジン本体であり、複数の気筒を有し、その各気筒２には、シリンダボアに挿入されたピストン４の上方に燃焼室５が形成されている。この燃焼室５には吸気ポート７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８は吸気弁９及び排気弁１０によって開閉されるようになっている。
【００１９】
上記吸気弁９及び排気弁１０はカムシャフト１１，１２等からなる動弁機構により開閉作動されるようになっている。また、吸気弁９に対する動弁機構及び排気弁１０に対する動弁機構には、それぞれ、バルブ開閉タイミングを変更可能にするバルブタイミング可変装置１３，１４が設けられている。このバルブタイミング可変装置１３，１４は、クランクシャフトに連動するカムプーリとカムシャフトとの間に設けられて、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより、開弁期間は一定としつつ開時期及び閉時期を変更することができるようになっている。このようなバルブタイミング可変装置１３，１４は従来から種々知られているため、具体的な構造の図示及び説明は省略する。
【００２０】
上記燃焼室５の中央部には点火プラグ１６が配設され、そのプラグ先端が燃焼室に臨んでいる。さらに燃焼室５には、側方からインジェクタ１８の先端部が臨み、このインジェクタ１８から燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。
【００２１】
上記エンジン本体１には吸気通路２０及び排気通路３０が接続されている。上記吸気通路２０には、その上流側から順に、エアクリーナ２１、エアフローセンサ２２、スロットル弁２３及びサージタンク２４が設けられている。上記スロットル弁２３は、図外のアクセルペダルに機械的に連結され、アクセルペダル踏込み量に応じた開度に開かれるようになっている。このスロットル弁２３に対し、その開度を検出するスロットル開度センサ２５が設けられている。
【００２２】
上記排気通路３０には、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって空燃比を検出するＯ2センサ３１が設けられるとともに、その下流に排気ガス浄化用の触媒３２が設けられている。この触媒３２は、三元触媒により構成してもよいが、空燃比をリーンにして成層運転を行う場合の浄化性能を高めるため、空燃比が理論空燃比よりもリーンな条件下にある場合でもＮＯｘを効果的に浄化することができる触媒を用いることが望ましい。当実施形態では、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が低下したときに、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっているリーンＮＯｘ触媒が用いられている。
【００２３】
４０はエンジン制御用のコントロールユニット（ＥＣＵ）である。このＥＣＵ４０には、上記エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５及びＯ2センサ３１からの信号が入力されるとともに、クランク角センサ３５からエンジン回転数検出等のためのクランク角信号が入力され、さらにエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３６等からの信号も入力されている。
【００２４】
また、ＥＣＵ４０から、上記インジェクタ１８に対して燃料噴射を制御する信号が出力されるとともに、バルブタイミング可変装置１３，１４に対してこれを制御する信号が出力されている。
【００２５】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、バルブタイミング制御手段４２及び燃料噴射制御手段４３を含んでいる。運転状態判別手段４１は、クランク角センサ３５からのクランク角信号の周期の計測等によって検出されるエンジン回転数と、エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５等からの信号によって調べられるエンジン負荷とに基づき、エンジンの運転状態を判別するようになっている。
【００２６】
バルブタイミング制御手段４２は、運転状態判別手段４１により判別される運転状態に応じ、バルブタイミング可変装置１３，１４を制御することにより、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉タイミングを後に詳述するように設定、変更するようになっている。
【００２７】
また、燃料噴射制御手段４３は、運転状態判別手段４１により判別される運転状態に応じてインジェクタ１８からの燃料噴射量及び噴射時期を制御する。例えばエンジンの低負荷側の所定領域（後述の図４における領域Ｂもしくはこの領域Ｂを含む低負荷から中負荷にかけての低・中速域）では、空燃比を理論空燃比よりもリーンとするとともに、圧縮行程後半に燃料を噴射することにより点火プラグ１６まわりに混合気を偏在させて成層燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。一方、上記所定領域以外の領域では、空燃比を理論空燃比もしくはこれに近い値とするとともに、吸気行程で燃料を噴射することにより混合気を拡散させて均一燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００２８】
図２は吸・排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表しており、ＩｎＶは吸気弁、ＥｘＶは排気弁を意味する。また、ＩｎＯ及びＩｎＣは吸気弁の開時期及び閉時期、ＥｘＯ及びＥｘＣは排気弁の開時期及び閉時期である。ここで、吸気弁及び排気弁の開時期ＩｎＯ，ＥｘＯは、カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義し、吸気弁及び排気弁の閉時期ＩｎＣ，ＥｘＣは、カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義することとする（図３参照）。
【００２９】
図２において、排気弁は開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときに実線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより前、最も遅角したときに破線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後となり、吸気弁は開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときに破線のように開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより前、最も遅角したときに実線のように開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後となる。従って、破線で示すような排気弁が遅角、吸気弁が進角の状態では両者の開弁期間にオーバラップがあるが、実線で示すような排気弁が進角、吸気弁が遅角の状態では両者の開弁期間にオーバラップがない。このようなオーバラップがない状態での排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間を、実施形態の説明の中では便宜的にマイナスオーバラップ（マイナスＯ／Ｌ）と呼ぶ。
【００３０】
次に、運転状態に応じたバルブタイミングの設定、変更の仕方を、図４乃至図６を参照しつつ説明する。なお、以下の説明の中で吸気弁、排気弁の開閉タイミング等についての時期及び期間を表す数値はクランク角によるものであり、また、ＢＴＤＣは上死点前を意味し、ＡＴＤＣは上死点後を意味する。
【００３１】
エンジンの温間状態において、図４中に一点鎖線で囲った低負荷領域Ｂでは、図５に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより所定期間前に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後であって、吸気上死点ＴＤＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間θInが排気弁閉時期ＥｘＣから吸気上死点ＴＤＣまでの期間θExよりも長くなる時期に設定される。
【００３２】
排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより所定期間前とは、低負荷時の燃焼安定性を確保しつつ適量の内部ＥＧＲが得られる程度の時期であり、具体的には吸気上死点ＴＤＣより５°以上前、好ましくはＢＴＤＣ５〜１５°程度に設定される。また、吸気弁開時期ＩｎＯは、好ましくは［θIn−θEx］≧５°となる時期に設定され、例えばＡＴＤＣ１０〜２０°程度に設定される。なお、この領域Ｂでの排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間は２０°以上であることが好ましい。
【００３３】
また、エンジンの中負荷乃至高負荷側の領域（中負荷域及び高負荷域のうちで全開及びその近傍の領域を除く領域）における中・高速域では、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより所定期間前とされるとともに吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後とされることにより、マイナスＯ／Ｌが生じるように設定される。そして、この中負荷乃至高負荷側の領域うちの中速域では高速域よりもマイナスＯ／Ｌが大きくされる。
【００３４】
すなわち、図４において、エンジン中負荷からこれより多少高負荷側にまでわたる領域における中速域（領域Ａ）でマイナスＯ／Ｌが最も大きくされる。具体的には、中速中負荷（上記領域Ａ内）では図６（ｂ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣよりも２０°以上前、好ましくはＢＴＤＣ３０〜４０°に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後、好ましくはＡＴＤＣ３５〜４５°に設定される。なお、中速中負荷域において吸気弁の閉時期ＩｎＣは吸気下死点後８０°程度、排気弁の開時期は排気下死点前８０°程度とされる。そして、当実施形態において用いられているバルブタイミング可変装置によると、吸気弁及び排気弁の開弁期間は一定に保たれつつ、吸気弁開時期の変化に伴って吸気弁閉時期も変化し、また排気弁閉時期の変化に対応して排気弁開時期も変化する。
【００３５】
領域Ａより高速側の領域である高速中負荷域では、図６（ｃ）に示すように、マイナスＯ／Ｌを有するがその期間が中速中負荷域より小さくされ、例えば排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ２０〜３０°に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２５〜３５°に設定される。
【００３６】
また、領域Ａから全開域に近づくと、それにつれて排気弁が徐々に遅角され、かつ、吸気弁が徐々に進角されることにより、マイナスＯ／Ｌが徐々に小さくされ、あるいはさらに正のオーバラップが生じる状態に至る。そして、中速全開域では、図６（ｅ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより前、例えばＢＴＤＣ１０〜１５°程度に設定される。また、高速高負荷域では、図６（ｆ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０〜１５°に設定される。
【００３７】
また、低速中負荷域では図６（ａ）のように、中速中負荷域よりマイナスＯ／Ｌが小さくされ、例えば排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ２０〜３０°、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２５〜３５°に設定される。低速全開域では図６（ｄ）のように、中速全開域と略同じで排気弁閉時期ＥｘＣがＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯがＢＴＤＣ１０〜１５°程度に設定される。
【００３８】
なお、以上のような図５，図６に示すバルブ開閉タイミングの設定は、エンジンの冷却水温が所定温度以上の温間時のものであり、一方、冷却水温が所定温度よりも低い冷間時には、内部ＥＧＲを少なくして燃焼安定性を確保するように、排気弁閉時期ＥｘＣ及び吸気弁開時期ＩｎＯを略吸気上死点に設定しておけばよい。
【００３９】
以上のような当実施形態のエンジンによると、低負荷領域Ｂでは、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより前に設定されていることにより、既燃ガスを排出し終える前に排気弁が閉じるため燃焼室５内に既燃ガスが残存して内部ＥＧＲ効果が得られ、これによりＮＯｘが低減される。この場合、当実施形態のように燃焼室５に直接燃料を噴射するインジェクタ１８を備え、低負荷域Ｂを含む所定運転領域では空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とするとともに圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行なわせるようにした直噴式のエンジンでは、低負荷域Ｂでも成層燃焼によりリーン空燃比での燃焼安定性が高められて比較的多量の内部ＥＧＲが許容され、例えばＥＧＲ率で約３０％から４０％程度まで許容される。
【００４０】
そして、排気弁閉時期ＥｘＣを早くする程内部ＥＧＲ量が多くなるので、内部ＥＧＲ量が許容される範囲（燃焼安定性が損なわれない範囲）で排気弁閉時期ＥｘＣを早くすればよく、排気弁閉時期ＥｘＣをＢＴＤＣ５〜１５°程度とすることにより、低負荷領域Ｂでの燃焼安定性を損なわない適度の内部ＥＧＲ量が得られる。
【００４１】
さらに、このように排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより所定期間前に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯは吸気上死点ＴＤＣ後で、かつ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間θInが排気弁閉時期から吸気上死点までの期間θExよりも大きくなる時期に設定されているため、充分にポンピングロス低減効果が得られる。
【００４２】
このポンピングロス低減効果を、図７を参照しつつ説明する。吸気上死点ＴＤＣ前に排気弁が閉じると、燃焼室内圧力が排気圧力に対応するレベルから一端上昇して、吸気上死点ＴＤＣを過ぎると下降し、さらに吸気弁が開かれると吸気圧力に対応するレベルまで下降するが、この過程で、吸気上死点ＴＤＣに達するまでの間の圧力と吸気上死点ＴＤＣを過ぎてからの圧力の格差分がポンピングロスとなる。そして、吸気上死点ＴＤＣ後において比較的早い時期に吸気弁が開かれる場合（例えば吸気上死点ＴＤＣから吸気弁開時期までの期間が排気弁閉時期から吸気上死点ＴＤＣまでの期間と同じかそれより短い場合）には、吸気弁が開かれた時点で燃焼室内圧力が吸気圧力まで急減して上記格差が増大することによりポンピングロスが増大する。
【００４３】
これに対し、θIn＞θExとなるように吸気弁開時期ＩｎＯを遅らせば、燃焼室内圧力が吸気圧力まで低下する時期が遅れることにより、θIn＝θExの場合と比べて図７中にハッチングで示す分だけポンピングロスが低減されることとなる。とくに、［θIn−θEx］≧５°となる程度まで吸気弁開時期ＩｎＯを遅らせることにより充分にポンピングロス低減効果が高められる。ポンピングロス低減のために最も好ましくは、吸気弁が閉じている状態で燃焼室内圧力が吸気圧力とが略同じとなる時期に吸気弁を開くようにすればよい。
【００４４】
また、エンジンの中負荷乃至高負荷側の領域でもマイナスＯ／Ｌとされて内部ＥＧＲによりＮＯｘが低減され、とくに中負荷乃至高負荷側の領域での中・高速域では、低速低負荷域と比べて燃焼安定性が高いことから、マイナスＯ／Ｌが大きくされることにより、比較的多量の内部ＥＧＲが行われて充分にＮＯｘが低減される。さらに、排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣより所定期間前、吸気弁開時期ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣ後とすることにより、内部ＥＧＲによる燃焼室内の既燃ガスが充分に冷却されて熱効率の向上による燃費改善及び排気温度上昇抑制等の効果も得られる。
【００４５】
すなわち、排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣより所定期間前とするとともに吸気弁開時期ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣ後とした場合、図７に示したように排気弁閉時期ＥｘＣから吸気上死点ＴＤＣになるまで間に燃焼室内圧力が上昇し、吸気上死点ＴＤＣを過ぎてから燃焼室圧力が低下する。そして、圧力上昇に伴って温度が上昇し、圧力低下に伴って温度が低下するが、圧力上昇により燃焼室内温度が高められる期間には、燃焼室を構成する周囲の壁（ウォータジャケットが内蔵されて比較的温度が低いシリンダヘッドないしシリンダ壁）との温度差が大きくなることにより、この周囲の壁への放熱量が増大する。従って、排気弁が閉じた時点で燃焼室内に残留する既燃ガスの温度が高くても、排気弁が閉じてからの圧力が高い期間に充分に放熱が行われた上で、その後の圧力低下に伴い温度が低下する。こうして、既燃ガスを冷却する作用が得られ、これにより、外部から冷却されたＥＧＲガスを導入する場合と同様に、燃焼温度及び排気温度が低下する。
【００４６】
この場合、排気弁閉時期ＥｘＣから吸気上死点ＴＤＣまで燃焼室内圧力を上昇させるために吸気弁開時期ＩｎＯは少なくとも吸気上死点ＴＤＣ後であることが必要である。さらに、吸気上死点ＴＤＣ後でも比較的早い時期に吸気弁が開くとその時点で燃焼室内圧力が吸気圧力まで急減して放熱効果が損なわれるのに対し、吸気弁開時期を遅くすれば放熱の期間を稼ぎ得るので、例えば吸気上死点ＴＤＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間が排気弁閉時期ＥｘＣから吸気上死点ＴＤＣまでの期間以上となる程度にまで吸気弁開時期を遅くすることにより、燃焼温度及び排気温度の低下に寄与する。また、このように吸気弁開時期を遅くすることで上述のようにポンピングロス低減作用も得られる。
【００４７】
そして、燃焼温度の低下により、熱効率が向上され、これとポンピングロス低減作用とで燃費が改善されるとともに、排気温度の低下により、触媒の温度上昇が抑制されて触媒の信頼性、耐久性が向上される。さらに、燃焼温度の低下は、高負荷側の領域でノッキング抑制の効果も発揮する。
【００４８】
また、このようにマイナスＯ／Ｌによって内部ＥＧＲを得るようにすれば、吸気上死点で吸気弁及び排気弁が閉じているので、従来の正のオーバラップによって内部ＥＧＲを得る場合のようにピストン頂面に深いリセスを設ける必要がない。
【００４９】
さらに、このようなマイナスＯ／Ｌによると、エンジン回転速度が高くなるにつれ、吸気弁及び排気弁の有効開弁期間が減少することが実質的にマイナスＯ／Ｌを大きくするのと同等に作用するので、高速域では中速域と比べてマイナスＯ／Ｌを小さくしても内部ＥＧＲの確保及び燃焼温度、排気温度の低減等の効果が充分に得られる。従って、例えば中速中負荷では図６（ｂ）に示すように排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ３０〜４０°程度、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ３５〜４５°程度に設定されてマイナスＯ／Ｌが大きくされるのに対し、高速中負荷では図６（ｃ）に示すように排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ２０〜３０°程度、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２５〜３５°程度に設定されてマイナスＯ／Ｌが中速中負荷よりも小さくされることにより、内部ＥＧＲ量が過剰になることが避けられ、上記のような効果が得られつつ出力が確保される。
【００５０】
また、エンジンの全開域では排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣよりも多少遅いＡＴＤＣ１０°程度とされることにより、内部ＥＧＲが極力少なくされて全開トルクが確保される。
【００５１】
なお、低速全開域では、中速全開域と略同様に吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが設定されている。また、低速中負荷域では、燃焼安定性確保のため中速中負荷域と比べて内部ＥＧＲを少なくすべく、排気弁閉時期ＥｘＣを上死点ＴＤＣに近づけて、マイナスＯ／Ｌを小さくしている。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジンによると、低負荷域で、排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前に設定するとともに、吸気弁開時期を、吸気上死点より後であって、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間が排気弁閉時期から吸気上死点までの期間よりも長くなる時期に設定しているため、低負荷域で、内部ＥＧＲ効果により充分にＮＯｘが低減されるとともに、ポンピングロス低減効果を高め、大幅な燃費改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による４サイクルエンジンの概略図である。
【図２】吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表した図である。
【図３】カムリフト曲線の部分拡大図である。
【図４】運転状態に応じたバルブタイミングの設定、変更の仕方をマップ的に示す説明図である。
【図５】低負荷域での排気弁の閉時期及び吸気弁の開閉時期を示す図である。
【図６】低速中負荷、中速中負荷、高速中負荷、低速全開、中速全開、高速全開の各運転域での排気弁の閉時期及び吸気弁の開閉時期を示す図である。
【図７】排気行程後期から吸気行程前期にかけての燃焼室容積及び燃焼室内圧力の変化を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
５  燃焼室
９  吸気弁
１０  排気弁
１３，１４  バルブタイミング可変装置
４０  ＥＣＵ
４２  バルブタイミング制御手段
４３  燃料噴射制御手段
【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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