(57)【要約】【課題】  本発明は低中負荷時のポンピング損失を大幅に低減し燃費を改善しつつ、さらに高負荷時にノッキングを防止することができる内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】  上記の目的を達成するために、内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バルブと排気バルブを含めた可変バルブ機構と、可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、アクセルの踏み込み量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁を備えた内燃機関の制御方法において、運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を低負荷または中負荷と判定した時に、アクセルの踏み込み量とは無関係に前記スロットル弁を全開近傍に制御し、且つ、吸気バルブの閉弁タイミングを制御して吸入空気量を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法を提供する。【選択図】図１
2007056880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの吸気ポートを開閉する吸気バルブ、この吸気バルブを電磁的に駆動する電磁駆動機構、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁、このスロットル弁を電磁的に駆動する電磁アクチュエータ、機関の運転状態に応じて前記電磁駆動機構と電磁アクチュエータへ制御信号を与える電子制御回路を有するものにおいて、
前記電子制御回路は、機関が低中負荷運転状態の時、前記スロットル弁を所定の高開度に保持する制御信号を前記電磁アクチュエータを与え、且つ、前記吸気バルブのリフト量および／または開閉タイミングを機関の運転状態に応じて制御する制御信号を前記電磁駆動機構に与えるものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
各シリンダの吸気ポートを開閉する吸気バルブ、この吸気バルブを電磁的に駆動する電磁駆動機構、機関の運転状態に応じて前記電磁駆動機構に制御信号を与える制御回路を有するものにおいて、
前記制御回路は、機関の低中負荷の特定の運転領域で、アクセルの操作量に応じて前記吸気バルブのリフト量および／または開閉タイミングを制御する制御信号を前記電磁駆動機構に与えるものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関が所定の低中負荷運転状態の時、アクセルの操作量とは無関係に所定の高開度状態に保持されるスロットル弁、
前記スロットル弁が、所定の高開度状態に保持されている間、機関の運転状態に応じて開弁タイミングおよび／またはリフト量が制御される電磁駆動形吸気バルブ、
とを有することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸排気バルブの開閉タイミングがエンジン運転状態によって制御されるようになっている内燃機関の制御装置及び内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の負荷制御方法は、負荷に応じて吸入空気量を制御しその空気量に見合った燃料量を供給する方法と、吸入空気量は制限せずに負荷に応じて燃料を供給する方法の２通りがある。この違いは使用する燃料の性状によるものであり、前者はガソリンエンジン、後者はディーゼルエンジンに対応する。一般にディーゼルエンジンが燃費が良いといわれているのは吸入空気量を絞らないので、ポンピング損失が発生しないためである。一方、ガソリンエンジンでは吸入空気量で負荷制御を行っているため、低負荷時には空気量を絞る必要があるため吸気管途中にスロットル弁を設けている。したがって、スロットル弁より下流の吸気ポート内は大気圧より圧力が下がり、負圧となる。排気行程終了時の燃焼室内圧力はおおむね大気圧となっているため、吸気行程開始時には吸気バルブ上流（吸気ポート側）では負圧、下流（燃焼室側）では大気圧となっている。このため吸気ポート側から燃焼室側に空気を流入させるためには、ピストンの下降運動によって空気を吸入してやらなくてはならず、エンジンは空気を吸入するという仕事をしなくてはならない。この仕事はエンジンに対しては負の仕事であり、ポンピング損失と言われている。特に、低中負荷時はスロットル弁の開度が小さく常にこのポンピング損失が発生しているので、燃費が悪いのである。
【０００３】
このポンピング損失を低減する技術として、同一燃料量に対して空気量を多くして燃焼させるリーンバーンが提案され実用化されている。しかし、リーンバーン方式においても空気量はスロットル弁で制御されており、かなりの運転領域でポンピング損失が発生している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポンピング損失の発生を極限まで低減するには、空気量を燃焼室近傍で制御することであり、吸気バルブで制御することが考えられている。吸気バルブの開弁期間およびリフト量を制御することで空気量を調整することができるが、アイドリング時に必要とする微妙な空気量の制御は、吸気バルブの開弁期間およびリフト量制御の精度に大きく影響する。
【０００５】
上記の事情から、本発明は吸気バルブの制御により空気量を制御する内燃機関において、運転範囲の全般に渡ってポンピング損失を低減し燃費を改善することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明では内燃機関の運転状態が低負荷または中負荷と判定される時に、アクセルの操作量とは無関係にスロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、吸気バルブの閉弁タイミングあるいはリフト量を制御して吸入空気量を制御するように構成した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の内燃機関の制御方法では、可変バルブ機構とスロットル弁を併用することで空気量を制御し、アイドリングなどの極低負荷時の燃焼を安定させるとともに低中負荷時のポンピング損失を低減し、また高負荷時には大出力の確保をはかることができる優れた効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１に示す内燃機関のエンジン１はコンロッド４およびクランクシャフト５からクランク機構を備え、そのクランク機構に連結されたピストン２とエンジン１のエンジンヘッド８によって燃焼室３が形成されている。その燃焼室３はエンジンヘッド８に装着されている吸気バルブ１０，排気バルブ１１および点火プラグ１２によって密閉される。吸気バルブ１０，排気バルブ１１は可変バルブ機構３０，４０で動作される。エンジン１はスロットルバルブ１７の操作とピストン２の往復動作によって、燃焼に必要な空気を燃焼室３に吸入する。エンジン１に吸入される空気はエアクリーナ１５で空気中に含まれる埃やごみが除去され、空気量センサ１６で燃料噴射量の演算に基となる吸入空気量が計測される。スロットルバルブ１７の開度が小さい場合はスロットルバルブ１７より下流の吸気ポート１９および燃焼室３内は大気圧より低い負圧となるため、吸気管内圧力センサ１４は吸気管内の圧力を常に計測し、エンジン１の制御に反映させている。エンジン１を制御するコントロールユニット６３は、各種のセンサからの信号を基にエンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段６６と、エンジン１に装着されている可変バルブ機構３０，４０の動作を制御する可変バルブ制御手段６４と、燃料噴射弁１３から噴射される燃料量と噴射時期を制御するコントロールユニット６３を備えている。エンジン１を搭載した車両の運転者６０によって操作されたアクセルペダル６１の操作量はポテンショメータ６２によって電気信号に変換され、コントロールユニット６３内の運転状態検出手段６６に入力される。運転状態検出手段に入力される信号として、その他には例えばクランクシャフト５に装着されたクランク角度センサ６，７から、前述した空気量センサ１６から、吸気管内圧力センサ１４から、排気管内に取り付けられた空燃比センサ２４から、排気触媒の温度を検出する温度センサ２５から、燃焼室３に取り付けられ燃焼室３内の圧力を検出する圧力センサ２１，ノッキングを検出するノックセンサ２２からのものがある。可変バルブ制御手段６４は運転状態検出手段６６からの信号を基にスロットルバルブ１７を動作させるモータ１８および吸気バルブ１０を動作させる可変バルブ機構３０に制御信号を出力し、エンジン１に吸入される空気量を調整する。コントロールユニット６３は運転状態検出手段６６からの信号を基に燃料噴射弁１３に制御信号を出力し、燃料噴射量と噴射時期を調整する。
【００１０】
まず、本発明のポイントである吸気バルブ１０の閉弁タイミングと吸入空気量の関係を図２を用いて説明する。横軸は吸気バルブ１０の閉弁タイミングであり、開弁タイミングはＴＤＣ近傍のある一定値に固定されているとする。図のように吸気バルブ１０の閉弁タイミングを吸気行程から圧縮行程まで変化させると吸入空気量は実線１０１，破線１０２のように変化する。吸気行程中に吸気バルブ１０を閉弁するということは燃焼室３に流入する空気を遮断することになるので、空気量が減少することになる。その閉弁タイミングを遅くしていく（ＢＤＣに近づけていく）と実線１０１のように空気量が増加していく。吸入空気量の最大値はＢＤＣを少し（クランク角度で２０〜３０度）過ぎた閉弁タイミングで得られる。これは慣性過給といわれている現象で、吸入空気の慣性（質量）のためにＢＤＣを過ぎたあとにも空気が流入してくるためである。ＢＤＣ以降は圧縮行程であるため、そのタイミングを過ぎた後はピストン２の上昇運動のために燃焼室３内に吸入された空気が押し戻される（吸気ポート側に吹き戻る）ため、燃焼室３内の空気量は破線１０２のように減少する。また、点火タイミングまでの圧縮が不十分になると燃焼が不完全になるので吸気バルブ１０の閉弁タイミングを遅らせ過ぎるのは好ましくない。
【００１１】
次に運転状態検出手段６６がエンジン１の状態を低・中・高負荷と判定した場合の吸気バルブ１０の閉弁タイミング決定方法について図３を用いて説明する。後述（図９）するようにスロットル弁１７はアイドリングなどの極低負荷時と高負荷時に空気量を制御するために使われているだけで、低中負荷状態ではほぼ全開状態となっている。そのため、燃焼室３内に流入する空気量は吸気バルブ１０の開弁期間で制御される。開弁タイミングを一定とした場合は吸気バルブ１０の閉弁タイミングで制御されることになる。したがって、吸気バルブ１０の閉弁タイミングは図３に示すように低中負荷時は実線１０５または
１０６のように決定される。１０６は吸気バルブ１０を吸気行程のＢＤＣ前に閉弁する早閉じ式の場合であり、１０５はＢＤＣ以降に閉弁する遅閉じの場合である。遅閉じ式の場合は実線１０８で示す点火タイミングとの時間間隔に注意する必要がある。高負荷状態と判定した場合は実線１０７のように吸気バルブ１０の閉弁タイミングはある一定値に固定される。この一定値とは前述したように空気の慣性を利用した慣性過給効果が最大になるようなタイミングであり、おおむねＢＤＣの２０〜３０度後である。
【００１２】
次に、可変バルブ機構と筒内噴射エンジンを組み合わせた時の制御方法について、ポート噴射エンジンの場合と比較して説明する。
【００１３】
まず、図４にポート噴射エンジンに可変バルブ機構を組み合わせた場合の、吸排気バルブ１０，１１の開閉弁動作とその時のエンジン１の状態を模式的に示した。図１に記載したエンジン１に装着されるクランク角度センサ６，７から出力されるクランク角度に対するバルブリフト量を示した。矩形波７０は排気バルブ１１の、矩形波８０は吸気バルブ
１０のバルブリフト量の変化を示している。クランク角度７４で排気バルブ１１は開弁動作７１が始まり、直ちに最大リフト量近傍（最大リフト量含む）のある所定値７２に達し、ある所定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジンは９０のような状態にあり、排気バルブ１１のみ開弁しており燃焼室３内の排気ガスはピストン２の上昇運動によって矢印９０ａのように排出される。クランク角度７５で排気バルブ１１は閉弁動作７３が始まり、ＴＤＣ前に閉弁が完了する。次に、ＴＤＣ後のクランク角度８４で吸気バルブ
１０が開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量近傍（最大リフト量含む）のある所定値８２に達し、ある所定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジン１は９１のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁し吸気バルブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降運動によって燃焼室３内に空気が矢印９１ａのように流入するとともに、燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧２０が吸入される。この吸気行程中に燃料噴霧２０と空気は十分に混合し、均一な混合気を形成する。吸気のＢＤＣを過ぎるとピストン２は上昇運動を始め、エンジン１は９２のような状態になる。この時、吸気バルブ１０はまだ開弁しており燃焼室３内の混合気２０ｂは矢印９２ａのように吸気ポート方向に一部を吹き返してしまう。ＢＤＣ後のクランク角度８５になって吸気バルブ１０は閉弁動作８３を開始し、閉弁する。吸気バルブ１０が閉弁した後のクランク角度８６以降は、エンジン１が１回転すると再びクランク角度７６の位置となり同様の動作が繰り返される。したがって、
ＢＤＣから閉弁までの期間は混合気２０ｂを吹き返すので、燃焼室３内に残る混合気20ｂ（すなわち燃料）は減少し、エンジン出力が低下することになる。また、吸気ポートに吹き返った混合気は次のサイクルで燃焼室３内に吸入されることになるので、空燃比がずれる原因となる。このことから、吸気ポートエンジンに本発明の可変バルブ機構の制御方法を採用することは好ましくない。
【００１４】
次に図５に筒内噴射エンジンに可変バルブ機構を組み合わせた場合について説明する。吸気バルブ１０と排気バルブ１１の動作が図４と同じ場合について考える。排気バルブ
１１が開弁している期間はエンジン１の状態は９３のようになっていて、排気ガスは矢印９３ａのように排出される。排気バルブ１１が閉じ、吸気バルブ１０が開弁するとエンジン１の状態は９４のようになる。ピストン２の下降運動によって空気のみが矢印９４ａのように吸入される。吸気行程のＢＤＣ後はエンジン１は９５のような状態で、吸気バルブ１０はまだ開弁していてピストン２が上昇運動をするため燃焼室３内の空気は矢印９５ａのように吹き返す。この時吹き返されるのは空気のみである。ＢＤＣ後のクランク角度
８５になって吸気バルブ１０は閉弁動作８３を開始し、閉弁する。吸気バルブ１０が閉弁し燃焼室３が密閉された後に燃料２０を噴射することで燃料の吹き返しを防止できる。吸気バルブ１０の閉弁後に燃料を噴射することが本発明のポイントであり、筒内噴射エンジンと組み合わせた理由である。このような噴射タイミングの設定は点火８８までの時間が短くなり燃料の気化時間が十分にとれないので、低負荷，低回転時に限られる。吸気バルブ１０が閉弁した後のクランク角度８６以降は、エンジン１が１回転すると再びクランク角度７６の位置となり同様の動作が繰り返される。
【００１５】
図６には吹き返しを発生させないように吸気バルブ１０を早く閉弁（早閉じ式）する方法を示した。排気行程終了後のクランク角度８４で吸気バルブ１０が開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量近傍（最大リフト量含む）のある所定値８２に達し、ある所定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジン１は９４のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁し吸気バルブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降運動によって燃焼室３内に空気が矢印９４ａのように流入する。吸気行程の途中、クランク角度８５で吸気バルブ１０の閉弁動作８３を開始させると、吸気バルブ１０はＢＤＣよりかなり前で閉弁することになり、空気の流入が遮られ吸入空気量は減少する。閉弁後のエンジン１は９９のような状態になっていて、燃焼室３内は吸排気バルブ１０，１１で密閉されていてピストン２が下降運動をする。ＢＤＣ後は圧縮行程となり、ピストン２の上昇運動によって燃焼室３内の空気が圧縮される。この早閉じ式の場合は吹き返し現象が発生しないので、燃料の噴射タイミングは吸気行程でも圧縮行程でもよく、リーンバーン運転を行うのに最適な噴射タイミングでかまわない。
【００１６】
図７に高負荷時の吸排気バルブ１０，１１の動作とエンジン状態を示す。運転状態検出手段６６がエンジン１の状態を高負荷と判定した場合には、吸気バルブ１０は図２に述べたように慣性過給効果を考慮して空気量が最大になるような閉弁タイミングに制御される。排気行程終了後のクランク角度８４で吸気バルブ１０が開弁動作８１を開始し、直ちに最大リフト量近傍（最大リフト量含む）のある所定値８２に達し、ある所定期間そのリフト量を継続維持する。この時エンジンは９７のような状態にあり、排気バルブ１１は閉弁し吸気バルブ１０のみ開弁しており、ピストン２の下降運動によって燃焼室３内に空気が矢印９７ａのように流入するとともに、燃料噴射弁１３が燃料２０を噴射する。この吸気行程中に燃料噴霧２０と空気は十分に混合し、均一な混合気を形成する。高負荷時には多くの空気量を吸入できるように、吸気バルブ１０はＢＤＣ後２０〜３０度付近で閉弁するようにクランク角度８５で閉弁動作８３を開始する。吸気バルブ１０の閉弁タイミングは吸気管内の慣性過給効果などを考慮して空気量が多くなるように決められる。吸気バルブ１０が閉弁後の燃焼室３内の状態は９８のように均一混合気２０ｂが形成されている。高負荷時の吸気バルブ１０の動作としては、吸入空気量が多くなるように吹き返しが最小になるような閉弁タイミングに設定される。したがって、燃料の噴射タイミングは吸気バルブ１０の閉弁タイミング前に設定し、吸入空気と燃料を十分混合する。
【００１７】
次に、エンジン１の運転状態の判定方法について説明する。燃焼室３内圧力から判定する方法について図８を用いて説明する。横軸は吸気バルブ１０の閉弁タイミングで（開弁タイミングはＴＤＣ近傍の一定値に固定されている）、縦軸は吸気バルブ１０が閉弁した時の燃焼室３内圧力である。燃焼室３内圧力はエンジン１に装着されているセンサ２１で計測される。エンジン１が過給機を装着している場合、吸入空気量は過給圧力に比例して増加する。したがって、過給圧力が大気圧以上に上昇し吸入空気量が増加すると、吸気バルブが閉弁するときの燃焼室３内圧力も破線１１１のように大気圧以上となる。このような状態の時は高負荷運転状態と判定し、大気圧以下の時は低中負荷状態と判定する。エンジン１が無過給エンジンの場合は燃焼室３内圧力は実線１１０のように常に大気圧以下となるため、この判定方法は適用できない。
【００１８】
そこで、無過給エンジンにも適用できる別の判定方法について説明する。図９にアクセルの踏み込み量とスロットル弁開度の関係を示した。アクセルペダル６１が踏み込まれていない状態においても、アイドリングに必要な空気量をエンジン１に供給するためスロットル弁１７はわずかに開いている。スロットル弁１７とアクセルペダル６１がワイヤで接続されている場合は、スロットル弁１７はアクセル踏み込み量に対応して破線１１８のように制御される。本発明の１つのポイントは極低負荷時と高負荷時を除いてスロットル弁１７は全開すなわち実線１１６の状態として、ポンプ損失を低減することである。極低負荷時においても、アイドリング直後から実線１１５のように空気量が急激に変化しないような傾斜をもってスロットル弁１７は制御される。アクセル踏み込み量は運転者６０の要求トルクを表わす指標となるので、アクセルペダル６１が最大踏み込み量の３／４以上踏み込まれた場合は高負荷状態と判定し、実線１１７のようにスロットル弁１７をアクセル踏み込み量に連動させる。アクセル踏み込み量３／４までは吸気バルブの閉弁タイミングで吸入空気量を制御するが、３／４以上では吸気バルブの閉弁タイミングは空気量が最大限に吸入されるようなタイミングに固定し、スロットル弁１７や過給機の制御で空気量を増加させる。以上のスロットル弁１７の操作はエンジン１に装着されている電子制御モータ１８で行われる。したがって、アクセル踏み込み量でエンジンの運転状態を判定することが出来る。
【００１９】
図１０はアクセル踏み込み量と吸気バルブ１０の閉弁タイミングとの関係を示したもので、その時の吸入空気量の変化を同時に示している。アクセル踏み込み量が３／４までは早閉じ式の場合には実線１２１、遅閉じ式の場合には１２０によって閉弁タイミングが決定される。３／４以降は前述したように空気が最大限に吸入されるようなタイミング122に制御される。実線で表示したのは空燃比が理論混合比の場合であり、空燃比を大きくしてリーンバーン運転を行う場合は同一トルク、すなわちアクセル踏み込み量に対して、空気量を１３１のように増加させる必要があるため、吸気バルブの閉弁タイミングは１２３または１２４および１２５のようになる。
【００２０】
さらに別の判定方法として、ノッキングの有無で判定する方法について図１１のフローチャートを用いて説明する。エンジン１に装着されているノックセンサ２２は常にノッキングを検出している。ブロック１４１でノッキング有無を判定し、ノッキングが発生していない場合は低中負荷と判定し、再びノッキング判定ブロック１４１の処理を開始する。ノッキングが発生している場合は高負荷と判定し、ブロック１４２で、まずノッキングの強度を判定する。ノッキングはエンジン破損の原因になるので極力避けなければならないが、ノッキング強度が小さい場合は高負荷時の運転モード、すなわちブロック１４３で吸気バルブ１０の閉弁タイミングを前述したＢＤＣ後２０〜３０度付近に設定し、スロットル弁１７で空気量を制御し、ブロック１４４で燃料噴射タイミングを吸気バルブ閉弁タイミングより前に設定する。このようにすることによって、燃焼室３内で空気と燃料が十分に混合し、均一混合気が形成され、燃料の気化潜熱により燃焼室３内温度が低下し、ノッキングの発生が防止できる。ブロック１４５でノッキングの有無を判定し、ノッキングが発生していない場合は処理を終了する。ブロック１４５でノッキングが発生している場合と、ブロック１４２でノッキング強度が大きい場合はノッキング回避制御を行う。この状況で発生しているノッキングは燃焼室３内の燃焼圧力が大きくなり過ぎたために生じていると考えられるため、吸気バルブ１０の閉弁タイミングを進角または遅角して実効圧縮比を低下させることで抑えられる。ブロック１４６でノッキングが発生しないような吸気バルブ閉弁タイミングが決定されるので、ブロック１４３では、吸気バルブ１０の閉弁タイミングを前述したＢＤＣ後２０〜３０度付近の設定値からブロック１４６で決定された値に変更し、スロットル弁１７で空気量を制御する。さらに、ブロック１４４で燃料噴射タイミングを吸気バルブ閉弁タイミングより前に設定する。このようにして、ノッキングの有無でエンジン１の運転状態を判定し、ノッキングが発生している場合は高負荷運転モードにするとともにノッキング回避制御を行う。
【００２１】
図１２は空燃比一定で、吸気バルブ閉弁タイミングを変化させた時のエンジン試験結果を示したものである。エンジンは４サイクル、４気筒の１.８ リットルで、エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式のものである。縦軸は燃料消費率であり、横軸は式（１）に示すようにエンジンのクランク軸から出力される正味軸トルクＴ（kgｆｍ）を排気量Ｖｓ（Ｌ）で割り、正味平均有効圧力Ｐｅ（kg／cm2）に変換したものである。
【００２２】
Ｐｅ＝１.２５７*Ｔ／Ｖｓ                                            …（１）
吸気バルブ閉弁タイミングが３０°の場合、Ｐｅに対する燃料消費率ＳＦＣ(ｇ／psh)は実線１８０のように変化する。この時の空燃比は１４.７ である。自動車用エンジンではＰｅがａからｅ付近の低中負荷の運転範囲が多いため、この範囲の燃料消費率を低減することは車両の燃費（km／Ｌ）を向上させるには効果的である。吸気バルブ閉タイミングを変更して、例えば５０°の場合、Ｐｅがａからｄ付近のＳＦＣは○印になり燃料消費率が改善されていることがわかる。この時の空燃比は１４.７ である。同様に空燃比一定で吸気バルブ閉弁タイミングを大きくしていくと燃料消費率は改善している。これはスロットル開度が大きくなりポンプ損失が低減したことと、膨張行程が圧縮行程より長くなり熱効率が向上したためである。しかし、吸気バルブ閉弁タイミングを大きくし過ぎると圧縮行程が短くなり、すなわち圧縮圧力が低くなってしまい燃焼が不安定または不完全となり好ましくない。最大出力は吸気バルブ閉弁タイミングが３０°の場合はＰｅがｆであるのに対し、５０°では吸入空気量の吹き返しのため空気量が少なくなるためｅとなる。吸気バルブ閉弁タイミングを７０°，９０°とさらに大きくすると、同様の理由により最大出力はそれぞれｄ，ｂとなる。
【００２３】
図１３は空燃比と吸気バルブ閉弁タイミングを変化させた時のエンジン試験結果を示したものである。吸気バルブ閉弁タイミングが３０°と７０°の場合で、空燃比はそれぞれ１４.７と２０である。実線１８０は吸気バルブ閉弁タイミングが３０°で空燃比１４.７の場合で、空燃比２０のリーンバーン運転した場合、ＳＦＣは実線１８５のように運転範囲全域で向上する。これはリーンバーン運転によりスロットル開度が大きくなり、ポンプ損失が低減したためである。吸気バルブ閉弁タイミングを７０°の場合も、空燃比14.7の実線１８２に対して空燃比２０のリーンバーン運転を行うと実線１８６となり、リーンバーン運転は可能であり、同様の燃費低減効果が期待できるという結果を示している。
【００２４】
図１４に吸気バルブのバルブリフト量と吸入空気量の関係を示す。吸気バルブ１０のバルブリフト量を制御することで吸入空気量は実線１９０のように変化する。この時においても図２に記載した吸気バルブ１０の閉弁タイミングによる空気量制御の効果は期待できる。ここでは吸気バルブ１０の閉弁タイミングは一定に制御されているとする。吸気バルブ１０のバルブリフト量が増加すると空気の流入面積がそれに比例して増大するため、吸入空気量も実線１９０のように増加する。したがって、エンジン１の運転状態が低中負荷と判定された状態では、スロットル弁１７は全開状態となっていても吸入空気量を制御できる。吸入空気量が少ない時はバルブリフト量が小さいので、吸気バルブ１０を通過する空気流速は大きくなり、燃焼室３内にリーンバーン等に必要な空気流動を生成できる。エンジン１の運転状態が高負荷と判定された状態では、バルブリフト量を最大リフト量まで大きくし、燃焼室３内に空気が入り易い状況にする。このようにすることで最大出力も確保できる。
【００２５】
本実施例における内燃機関の制御方法の実施の態様は以下の通りである。
【００２６】
実施態様１
内燃機関のシリンダの吸気ポート及び排気ポートにそれぞれ設けられた吸気バルブと排気バルブを含む弁機構と、前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁を備えた内燃機関の制御方法において、前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を低負荷または中負荷と判定した時に、アクセルの操作量とは無関係に前記スロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、前記吸気バルブの閉弁タイミングおよび／またはリフト量を制御して吸入空気量を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００２７】
実施態様２
実施態様１に記載の内燃機関の制御方法において、前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中の下死点を過ぎる前に閉じることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００２８】
実施態様３
実施態様１に記載の内燃機関の制御方法において、前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中の下死点を過ぎた後に閉じることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００２９】
実施態様４
内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バルブと排気バルブを含めた弁機構と、前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁を備え前記各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を有し、た内燃機関の制御方法において、前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を高負荷と判定した時に、前記スロットル弁の開度をアクセル操作量に応じて制御し、且つ、前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中の下死点後の所定のタイミングで閉弁するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３０】
実施態様５
内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バルブと排気バルブを含めた弁機構と、前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁を備えた内燃機関の制御方法において、前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を低負荷または中負荷と判定した時に、アクセルの操作量とは無関係に前記スロットル弁を高開度状態に制御し、且つ、前記吸気バルブの閉弁タイミングおよび／またはリフト量を制御して吸入空気量を制御すると共に、前記内燃機関はこの燃料噴射装置は前記吸気バルブが閉じてから燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３１】
実施態様６
内燃機関の気筒に組み合わされる吸気バルブと排気バルブを含めた弁機構と、前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、アクセルの操作量に応じて吸入空気量を制御するスロットル弁を備えた内燃機関の制御方法において、前記運転状態検出手段が内燃機関の運転状態を高負荷と判定した時に、前記スロットル弁の開度をアクセル操作量に応じて制御し、且つ、前記吸気バルブを前記内燃機関のピストンが吸気行程中の下死点を過ぎた後の所定のタイミングで閉弁するように制御すると共に、前記内燃機関は前記各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を有し、この燃料噴射装置は前記吸気バルブが閉じる前に燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３２】
実施態様７
実施態様１から実施態様６のいずれかにおいて、前記運転状態検出手段は燃焼室内圧力検出手段を用いて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記燃焼室内圧力が大気圧以下の場合は低負荷または中負荷と判定し、前記燃焼室内圧力が大気圧以上の場合は高負荷と判定することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３３】
実施態様８
実施態様１から実施態様６のいずれかにおいて、前記運転状態検出手段はアクセル操作量検出手段を用いて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記アクセル操作量が最大操作量の３／４以下の場合は低負荷または中負荷と判定し、前記アクセル操作量が最大操作量の３／４以上の場合は高負荷と判定することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３４】
実施態様９
実施態様１から実施態様６のいずれかにおいて、前記運転状態検出手段はノッキング検出手段を用いて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記内燃機関にノッキングが発生した場合は高負荷と判定することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３５】
実施態様１０
実施態様１から実施態様６のいずれかにおいて、前記運転状態検出手段はノッキング検出手段を用いて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記内燃機関にノッキングが発生した場合は高負荷と判定すると共に、前記内燃機関は前記弁機構を用いて吸気バルブの閉弁タイミングを調整しノッキング回避制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３６】
実施態様１１
実施態様１から実施態様１０のいずれかにおいて、前記内燃機関はリーンバーン運転を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００３７】
実施態様１２
実施態様１または実施態様１０のいずれかにおいて、前記内燃機関は過給機を備えたことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が採用されるシステム図。
【図２】吸気バルブの閉弁タイミングと吸入空気量の関係を示す図。
【図３】運転状態検出結果と吸気バルブの閉弁タイミングを示す図。
【図４】遅閉じ式の本発明を採用した吸気ポート噴射エンジンの状態を示す図。
【図５】遅閉じ式の本発明を採用した筒内噴射エンジンの状態を示す図。
【図６】早閉じ式の本発明を採用した筒内噴射エンジンの状態を示す図。
【図７】本発明を採用した筒内噴射エンジンの高負荷運転時の状態を示す図。
【図８】吸気バルブの閉弁タイミングと燃焼室内圧力の関係を示す図。
【図９】本発明におけるアクセル踏み込み量とスロットル開度の関係を示す図。
【図１０】本発明におけるアクセル踏み込み量と吸気バルブの閉弁タイミング，吸入空気量の関係を示す図。
【図１１】ノッキングによる運転状態判定方法のフローチャート図。
【図１２】吸気バルブの閉弁タイミングを変化させたときの正味平均有効圧力と燃料消費率の関係を示す図。
【図１３】吸気バルブの閉弁タイミングと空燃比を変化させたときの正味平均有効圧力と燃料消費率の関係を示す図。
【図１４】吸気バルブのバルブリフト量と吸入空気量の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１…エンジン、２…ピストン、３…燃焼室、４…コンロッド、５…クランクシャフト、８…エンジンヘッド、１０…吸気バルブ、１１…排気バルブ、１２…点火プラグ、１３…燃料噴射弁、１９…吸気ポート、２０…燃料噴霧、２１…燃焼圧力センサ、２２…ノックセンサ、２４…空燃比センサ、３０…吸気バルブ用可変バルブ機構、４０…排気バルブ用可変バルブ機構、６３…コントロールユニット。
【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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