(57)【要約】【課題】  エンジンの運転負荷領域に応じて好適な圧縮自己着火性能を発揮すること。【解決手段】  圧縮自己着火運転領域において、ＩＮ１で示すように吸気行程の前期で開く吸気弁を吸気下死点よりも前で閉じる。ＩＮ２で示すように吸気弁を吸気行程の後期から圧縮行程の前期までの間に再開弁動作させる。ＥＸ２で示すように再開弁動作する排気弁を、ＩＮ１の途中で開き、且つＩＮ２の開弁期間途中で閉じる。圧縮自己着火運転領域において、低負荷側では、着火時期の前に着火アシストを実行する。【選択図】      図１０
2007064021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部に燃焼室を形成する気筒と、前記燃焼室の中央部分に配置された点火プラグと、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートに設けられた吸気弁および排気ポートに設けられた排気弁とを備え、エンジンの所定運転領域において、排気弁を吸気行程で開く再開弁動作により筒内に既燃ガスを還流させ、圧縮自己着火運転を行うようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、
エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、
運転状態判定手段の判定に基づいて、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段と、
運転状態判定手段の判定に基づいて、点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と
を備え、弁開閉制御手段は、
前記所定の運転領域において、吸気行程の前期で開く吸気弁を吸気下死点よりも前で閉じるとともに、吸気弁を吸気行程の後期から圧縮行程の前期までの間に再開弁動作させ、再開弁動作する排気弁を、吸気弁の最初の開弁期間途中で開き、且つ再開弁動作する吸気弁の開弁期間途中で閉じるように吸気弁および排気弁を制御するものであり、
前記点火制御手段は、前記所定の運転領域において、低負荷側では、予め想定されている着火時期の前に点火を実行するように点火プラグを制御するものである
ことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
吸気ポートおよび吸気弁を複数組設け、
前記弁開閉制御手段は、吸気行程で一の吸気弁が開き、別の吸気弁で再開弁動作が実行されるように吸気弁を制御するものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【請求項３】
請求項１または２記載の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
前記点火プラグを中心として、気筒の前後軸線に対し、それぞれ反対側に吸気ポートおよび排気ポートを複数個配置し、吸気ポート毎に吸気弁を、排気ポート毎に排気弁をそれぞれ設け、
前記弁開閉制御手段は、複数の排気弁のうちの一つに再開弁動作を実行させるとともに、前記所定の運転領域における最初の吸気開弁時期では、前記一つの排気弁の再開弁動作によって生成する旋回流を弱める向きに吸気を流出する吸気ポートの吸気弁のみを開くように吸気弁および排気弁を制御するものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
前記弁開閉制御手段は、再開弁動作する排気弁の開弁タイミングを低負荷側ほど進角させるものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の火花点火式４サイクルエンジンにおいて、
前記弁開閉制御手段は、前記所定の運転領域における高負荷側では吸気弁の再開弁動作を禁止するものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【請求項６】
頂部に燃焼室を形成する気筒と、前記燃焼室の中央部分に配置された点火プラグと、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートに設けられた吸気弁および排気ポートに設けられた排気弁とを備え、エンジンの所定運転領域において、排気弁を吸気行程で開く再開弁動作により筒内に既燃ガスを還流させ、圧縮自己着火運転を行うようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、
エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、
運転状態判定手段の判定に基づいて、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段と、
運転状態判定手段の判定に基づいて、点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と
を備え、弁開閉制御手段は、
前記所定の運転領域において、高負荷運転領域では、吸気行程で開く吸気弁を吸気行程の下死点前に閉じるとともに、吸気行程途中から圧縮行程の前半にかけて排気弁の再開弁動作を行わせるように吸気弁および排気弁を制御し、運転領域が低負荷側になるに連れて、吸気弁が再開弁動作を行う排気弁よりも先に開くように吸気弁を進角させ、排気弁を遅角させるように制御するものであり、
前記点火制御手段は、エンジンの前記所定の運転領域において、低負荷側では、予め想定されている着火時期の前に点火を実行するように点火プラグを制御するものである
ことを特徴とする火花点火式４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火花点火式４サイクルエンジンに関し、特に、予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を行わせる運転モードと火花点火を行わせる運転モードとを有する火花点火式４サイクルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内部ＥＧＲガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるに当たり、広い運転領域で必要なＥＧＲ率を確保する技術が知られている（例えば特許文献１）。この先行技術に係る構成では、吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部ＥＧＲを実現するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１０７７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、内部ＥＧＲガスを利用したエンジンの性能をトータルに向上するに当たり、圧縮自己着火運転領域において、低負荷側では、失火を防止し、高負荷側では、ノッキングを防止することが要請される。しかしながら、特許文献１の構成では、運転状態の判定に基づいて、内部ＥＧＲの開弁タイミングを調整していたに過ぎなかったので、負荷領域に応じて圧縮自己着火性能を向上させたり、ノッキングを防止したりすることができなかった。
【０００４】
特に、単に吸気行程で排気弁の再開弁動作を行うだけでは、既燃ガスが燃焼室の点火プラグ回りに偏在した状態で筒内が成層化するため、圧縮自己着火が困難になるばかりでなく、点火プラグによって圧縮自己着火を促進するいわゆる着火アシストも困難になるという不具合があった。
【０００５】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、エンジンの運転負荷領域に応じて好適な圧縮自己着火性能を発揮することのできる火花点火式４サイクルエンジンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、頂部に燃焼室を形成する気筒と、前記燃焼室の中央部分に配置された点火プラグと、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートに設けられた吸気弁および排気ポートに設けられた排気弁とを備え、エンジンの所定運転領域において、排気弁を吸気行程で開く再開弁動作により筒内に既燃ガスを還流させ、圧縮自己着火運転を行うようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、運転状態判定手段の判定に基づいて、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段と、運転状態判定手段の判定に基づいて、点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段とを備え、弁開閉制御手段は、前記所定の運転領域において、吸気行程の前期で開く吸気弁を吸気下死点よりも前で閉じるとともに、吸気弁を吸気行程の後期から圧縮行程の前期までの間に再開弁動作させ、再開弁動作する排気弁を、吸気弁の最初の開弁期間途中で開き、且つ再開弁動作する吸気弁の開弁期間途中で閉じるように吸気弁および排気弁を制御するものであり、前記点火制御手段は、前記所定の運転領域において、低負荷側では、予め想定されている着火時期の前に点火を実行するように点火プラグを制御するものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンである。この態様では、エンジンの所定の運転領域で、吸気行程で開く吸気弁を吸気下死点よりも前で閉じるとともに、排気弁が吸気行程で再開弁動作することにより、まず新気が筒内に導入され、次いで筒内に既燃ガスが還流する。この段階では、吸気行程で最初に開いた吸気弁からの新気の上層に既燃ガスが所定の方向にスワールを形成し、点火プラグ回りに偏在した状態で筒内が成層化する。ここで、本態様では、吸気行程の後期から圧縮行程の前期までの間に吸気弁が再開弁動作するとともに、再開弁動作する排気弁が、吸気弁の最初の開弁期間途中で開き、且つ再開弁動作する吸気弁の開弁期間途中で閉じるので、吸気弁の再開弁動作により、成層化した既燃ガスのさらに上層に新気が供給されて成層化し、点火プラグ回りに吸気弁の再開弁動作による新気が充満する。この結果、点火前に点火プラグが駆動されることにより、着火アシスト作用を奏し、筒内温度が低い状態であっても、比較的リーンな状態で確実に筒内の混合気を着火させることが可能になる。
【０００７】
好ましい態様において、吸気ポートおよび吸気弁を複数組設け、前記弁開閉制御手段は、吸気行程で一の吸気弁が開き、別の吸気弁で再開弁動作が実行されるように吸気弁を制御するものである。この態様では、吸気弁の開弁タイミングを容易に多段化することが可能になる。
【０００８】
好ましい態様において、前記点火プラグを中心として、気筒の前後軸線に対し、それぞれ反対側に吸気ポートおよび排気ポートを複数個配置し、吸気ポート毎に吸気弁を、排気ポート毎に排気弁をそれぞれ設け、前記弁開閉制御手段は、複数の排気弁のうちの一つに再開弁動作を実行させるとともに、前記所定の運転領域における最初の吸気開弁時期では、前記一つの排気弁の再開弁動作によって生成する旋回流を弱める向きに吸気を流出する吸気ポートの吸気弁のみを開くように吸気弁および排気弁を制御するものである。この態様では、前記所定の運転領域では、排気弁によるスワールを乱す方向に新気を筒内に導入することになるので、新気と既燃ガスとの混合が促進される。この結果、特に低負荷側では、筒内温度が速やかに上昇し、着火アシストの作用と相俟って、リーンな状態で燃え残りのない圧縮自己着火を確実に行わせることが可能になる。
【０００９】
好ましい態様において、前記弁開閉制御手段は、再開弁動作する排気弁の開弁タイミングを低負荷側ほど進角させるものである。この態様では、低負荷側ほど再開弁動作する排気弁の開弁タイミングが進角することに伴い、吸気行程前半では、内部ＥＧＲ率が低負荷ほど上昇し、筒内温度を高めることができるとともに、吸気弁の再開弁動作によって新気が点火プラグ回りに導入され、筒内温度を高めつつも、比較的リーンな状態で圧縮自己着火を実現することが可能になる。
【００１０】
好ましい態様において、前記弁開閉制御手段は、前記所定の運転領域における高負荷側では吸気弁の再開弁動作を禁止するものである。この態様では、吸気弁の再開弁動作が禁止されることにより、排気弁の再開弁動作による既燃ガスが燃焼室に偏在した状態で成層化が残存することによって、着火タイミングの制御が容易になり、ノッキングを防止することが可能になる。また、高負荷側の運転領域において、特にエンジン低回転領域にあっては、吸気弁の再開弁動作を禁止することによって有効圧縮比が高くなり、これによって着火性能が高くなることで（詳しくは、高負荷側での運転によって既燃ガスの温度が高くなり、筒内のガス温度が高くなることと、有効圧縮比の低減が抑制されることとの双方により、着火性能のポテンシャルが高くなることで）、排気弁の再開弁動作によって燃焼室上層部へ既燃ガスが供給されても失火を招く恐れはなくなり、着火タイミングの制御が容易になる。すなわち、点火時期を調整して着火アシストの時期を調整することで着火タイミングを容易に制御できる。
【００１１】
本発明の別の態様は、頂部に燃焼室を形成する気筒と、前記燃焼室の中央部分に配置された点火プラグと、前記燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートに設けられた吸気弁および排気ポートに設けられた排気弁とを備え、エンジンの所定運転領域において、排気弁を吸気行程で開く再開弁動作により筒内に既燃ガスを還流させ、圧縮自己着火運転を行うようにした火花点火式４サイクルエンジンであって、エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、運転状態判定手段の判定に基づいて、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段と、運転状態判定手段の判定に基づいて、点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段とを備え、弁開閉制御手段は、前記所定の運転領域において、高負荷運転領域では、吸気行程で開く吸気弁を吸気行程の下死点前に閉じるとともに、吸気行程途中から圧縮行程の前半にかけて排気弁の再開弁動作を行わせるように吸気弁および排気弁を制御し、運転領域が低負荷側になるに連れて、吸気弁が再開弁動作を行う排気弁よりも先に開くように吸気弁を進角させ、排気弁を遅角させるように制御するものであり、前記点火制御手段は、エンジンの前記所定の運転領域において、低負荷側では、予め想定されている着火時期の前に点火を実行するように点火プラグを制御するものであることを特徴とする火花点火式４サイクルエンジンである。この態様では、圧縮自己着火運転を実行する所定の運転領域において、高負荷運転領域では、吸気行程で開く吸気弁が吸気行程の下死点前に閉じるとともに、吸気行程途中から圧縮行程の前半にかけて排気弁が再開弁動作を行うので、この再開弁動作による既燃ガスが燃焼室に偏在した状態で成層化することによって、着火タイミングの制御が容易になり、ノッキングを防止することが可能になる。他方、低負荷側では、高負荷運転領域の設定をベースにして、吸気弁が再開弁動作を行う排気弁よりも先に開くように吸気弁が進角し、排気弁が遅角するので、新気が燃焼室に偏在した状態で筒内の成層化が促進される。従って、点火プラグ回りの成層ガスを運転状態に応じてコントロールし、好適な圧縮自己着火特性を得ることが可能になる。そして、この状態で点火プラグが着火時期の前に点火を実行するので、筒内温度が低い状態であっても、比較的リーンな状態で確実に筒内の混合気を着火させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
以上、説明したように、本発明によれば、低負荷側では、排気弁の再開弁動作による既燃ガスよりも燃焼室側に新気を偏在させ、着火アシストによる圧縮自己着火を確実なものとしているので、エンジンの運転負荷領域に応じて好適な圧縮自己着火性能を発揮することが可能にな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】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の一形態に係る火花点火式４サイクルエンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン本体２０の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁４０および排気弁６０等の構造を示す断面略図である。また図３はエンジン本体２０の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁４０および排気弁６０等の構造を示す平面略図である。
【００１５】
これらの図において、図示の火花点火式４サイクルエンジン１０のエンジン本体２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。
【００１６】
シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ２７が設けられている。
【００１７】
各燃焼室２６の側部には、当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。また、各燃焼室２６の頂部には、点火プラグ２９が装備され、そのプラグ先端が燃焼室２６内に臨んでいる。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。
【００１８】
エンジン本体２０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。
【００１９】
吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気管３１と、この吸気管３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２を備え、このインテークマニホールド３２はサージタンクから分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される分岐吸気管３３を備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気ポート２４ａが形成されており（図１参照）、前記分岐吸気管３３の下流端は、各気筒２４の吸気ポート２４ａに対応して二股に形成されている。
【００２０】
図３を参照して、各気筒２４に設けられた各吸気ポート２４ａの下流端におけるスロート部は、何れも点火プラグ２９を中心として、気筒２４の前後方向の軸線Ｌに沿って並んでいる。さらに本実施形態において、各吸気ポート２４ａの下流端近傍のスロート部は、当該スロート軸線ＬINが、下流端が後方から前方へ斜めに延びて軸線Ｌと交差するように形成されている。このため、各吸気ポート２４ａ、２４ａから導入された新気は、図において、反時計回り方向にスワールを形成するように構成されている。
【００２１】
図１、図２を参照して、吸気システム３０の吸気管３１には、エアフローセンサ３４が設けられている。さらに吸気管３１には、吸気流量を調節するスロットル弁３５が設けられている。このスロットル弁３５は、アクチュエータ３６によって開閉駆動されるように構成されている。
【００２２】
各気筒２４に設けられた各吸気ポート２４ａには吸気弁４０が設けられ、図示の実施形態では吸気ポートに対応して気筒毎に２つずつの吸気弁４０が設けられている。各吸気弁４０は、動弁機構４１のカムシャフト４１ａによって駆動される構成になっている。この動弁機構４１は、ＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）等で構成されるＶＣＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃａｍｓｈａｆｔ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）４２を有しているが、ＶＣＴの詳細な構成については、本件出願人が先に提案している特開２００２−２４２６１７号等に開示されているので、詳細な説明については、これを省略する。前記カムシャフト４１ａには、圧縮自己着火運転領域において、前側の吸気弁４０を小リフトで開弁する小リフト用吸気カム４３ａと、同じく前側の吸気弁４０を通常運転時において大リフトで開弁する大リフト用吸気カム４３ｂと、後ろ側の吸気弁４０に再開弁動作を実行させる再開弁用カム４３ｃとがそれぞれ所定の位相で固定されている。なお本実施形態において、ＶＣＴ４２を構成する電磁弁が励磁されていない状態では、吸気弁４０が吸気行程の前半で開弁する最進角状態になるように設定されている。
【００２３】
図３に示すように、前後一対の吸気弁４０において、各吸気弁４０には、ロストモーション機能を有する弁動作切換機構７０が設けられている。
【００２４】
図４は吸気システム４０に設けられた弁動作切換機構７０の分解斜視図、図５は同弁動作切換機構７０の正面断面図、図６は同弁動作切換機構７０の平面断面図である。
【００２５】
これらの図を参照して、弁動作切換機構７０は、大リフト用吸気カム４３ｂが吸気弁４０のステム４０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。
【００２６】
前側の吸気弁４０に設けられた弁動作切換機構７０は、矩形のハウジング７１と、ハウジング７１内に昇降可能に収容され、前記吸気弁４０のステム４０ａの端部に固定されるサイドタペット７２と、サイドタペット７２に対し、当該サイドタペット７２と相対変位可能に組み付けられ、センタタペット７３とを有している。そして、上記サイドタペット７２に小リフト用吸気カム４３ａが当接し、センタタペット７３に大リフト用吸気カム４３ｂが当接している。
【００２７】
サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト４１ａと直交する直径方向に収容凹部７２ａを形成している。収容凹部７２ａの両側の壁部７２ｂには、前記カムシャフト４１ａと平行な挿通孔７２ｃが形成されている。各挿通孔７２ｃには、有底のスリーブ状ホルダ７５ａ、７５ｂが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側には軸受７６が固定され、その軸受７６に保持された転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａに転がり接触している。これにより、サイドタペット７２は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向（吸気弁４０を開閉する方向）沿いに移動可能になっている。サイドタペット７２の下部には、バルブスプリング６０ｄを受けるスプリングシート７２ｄが固定されている。
【００２８】
他方、センタタペット７３は、平面でみて前記サイドタペット７２の収容凹部７２ａの輪郭に沿う「Ｉ」字形の構造体であり、前記収容凹部７２ａと、ハウジング７１に設けられた係止部に規定されたストロークＳにおいて、サイドタペット７２に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記大リフト用吸気カム４３ｂに臨んでいる。
【００２９】
センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａの底部に配置された一対のコイルばね７７によって、常時、大リフト用吸気カム４３ｂの方へ付勢されている。このコイルばね７７は、バルブスプリング６０ｄよりも付勢力が充分小さくなるよう、ばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット７２の壁部７２ｂの上面と、センタタペット７３の上面とは、図５に示すように面一になっている。センタタペット７３には、上記自由状態において前記挿通孔７２ｃと同心に連通するピン孔７３ａが穿設されている。このピン孔７３ａには、ピンユニット７８が収容されている。
【００３０】
ピンユニット７８は、一方のスリーブ状ホルダ７５ａの内に出没可能に設けられたロックプランジャ７８ａと、このロックプランジャ７８ａとスリーブ状ホルダ７５ａの間に介装されるコイルばね７８ｂと、ロックプランジャ７８ａのコイルばね７８ｂと反対側に同心に配置されたロックピン７８ｃと、ロックピン７８ｃを前記ロックプランジャ７８ａ側に駆動するために他方のスリーブ状ホルダ７５ｂ内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ７８ｄと、ロックピン７８ｃを支持するためにピン孔７３ａの両開口端に固定される一対のブッシュ７８ｅ、７８ｆと、ロックピン７８ｃの略中央部に一体形成されたフランジ７８ｇと軸受７６の配置されている側のブッシュ７８ｅとの間に介装されて、フランジ７８ｇを介し、ロックピン７８ｃをロック解除プランジャ７８ｄ側へ付勢するコイルばね７８ｈとを有している。自由状態において、ロックプランジャ７８ａおよびロックピン７８ｃは、それぞれ壁部７２ｂと、センタタペット７３との間に介在し、センタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になる。この状態では、サイドタペット７２が小リフト用吸気カム４３ａに駆動されたときに吸気弁４０を開作動するとともに、センタタペット７３が大リフト用吸気カム４３ｂに駆動されたときもサイドタペット７２を介して吸気弁４０を開作動することになる。
【００３１】
また、軸受７６が設けられた側とは反対側において、壁部７２ｂとこれに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、作動油回路ＰＨが形成されている。そして、後述するＥＣＵ１００の制御によって、この作動油回路ＰＨに作動油回路７９から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが、図５、図６の左側に駆動されて、ロックピン７８ｃを壁部７２ｂからセンタタペット７３へ押込み、これと同時にロックプランジャ７８ａも対応する壁部７２ｂ内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット７３が大リフト用吸気カム４３ｂに駆動されると、センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降し、その力は、コイルばね７７に吸収されて吸気弁４０には伝達されなくなる。これにより、サイドタペット７２が小リフト用吸気カム４３ａに駆動されたときにのみ吸気弁４０が開作動して、大リフト用吸気カム４３ｂによる吸気弁４０の開作動（通常運転時における吸気行程での大リフトの開弁）を停止させることが可能になる。作動油回路７９には、電磁弁７９ａが設けられており、この電磁弁７９ａは、制御装置としてのＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。
【００３２】
本実施形態では、図１に示すように、作動油回路７９および電磁弁７９ａを設けて、前側の吸気システム４０の弁動作切換機構７０を作動させることができるようになっている。
【００３３】
また、後ろ側の吸気システム３０に設けた弁動作切換機構７０は、図４〜図６で説明した弁動作切換機構７０と原理的には全く同様のものであり、再開弁用カム４３ｃは、大リフト用吸気カム４３ｂに相当する位置に設けられ、所定のタイミングでロストモーションするように構成されている。そして、再開弁用カム４３ｃのロストモーションは、図１に示したように、作動油回路１７９および電磁弁１７９ａを駆動することにより、制御されるものである。
【００３４】
次に、排気システム５０は、各気筒２４に２つ一組で形成された排気ポート２４ｂに接続された二股状の分岐排気管５１を下流排出側で集合させたエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２の下流側集合部に接続されて、エキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気管５３とを有している。
【００３５】
上記各排気ポート２４ｂには排気弁６０が設けられている。
【００３６】
図３を参照して、この排気弁６０も、一つの気筒２４に対し、２つ一組で装備されている。各排気弁６０は、動弁機構６２によって駆動されるようになっている。この動弁機構６２は、排気弁６０を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作を可能にするように構成されている。
【００３７】
すなわち、上記動弁機構６２は、ＶＣＴ４１と同様なＶＣＴ６４と、ＶＣＴ６４を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト６２ａとを備え、一方の排気弁６０に対し、異なる位相で排気弁６０を駆動する二組の排気カム６２ｂ、６２ｃがカムシャフト６２ａに設けられるとともに、これらの排気カム６２ｂ、６２ｃと一方の排気弁６０との間に弁動作切換機構７０が設けられている。なお本実施形態において、ＶＣＴ６４を構成する電磁弁が励磁されていない状態では、排気弁６０が最遅角状態になるように設定されている。
【００３８】
また本実施形態において、弁動作切換機構７０が設けられる排気弁６０は、図３に示すように、前後方向において、前側の排気弁６０であり、後ろ側の排気弁６０については、再開弁動作しないように構成されている。そして、この弁動作切換機構７０により、排気カム６２ｂ、６２ｃの両方の駆動を排気弁６０に伝える状態と一方の排気カム６２ｂの駆動のみを排気弁６０に伝える状態とに切換可能となっている。二組の排気カム６２ｂ、６２ｃのうちの一方は、排気行程において気筒２４内の既燃ガスを排出するために排気弁６０を開く第１排気カム６２ｂであり、他方は、後述する吸気行程で排気弁６０を再度開いて、筒内に既燃ガスを還流させる第２排気カム６２ｃである。本実施形態では、第１排気カム６２ｂは２つ一組の対をなしており、第２排気カム６２ｃはカムシャフト６２ａの軸方向において第１排気カム６２ｂ、６２ｂ間に配置されている。
【００３９】
排気システム５０に設けられた弁動作切換機構７０の具体的構造もまた、図４〜図６で説明した弁動作切換機構７０と原理的には全く同様のものであり、第１排気カム６２ｂが、小リフト用吸気カム４３ａに相当する位置に設けられ、通常の排気行程での排気タイミングで排気弁６０を開くように構成されているとともに、第２排気カム６２ｃが大リフト用吸気カム４３ｂに相当する位置に設けられることにより、所定のタイミングでロストモーションするように構成されている。そして、第２排気カム６２ｃのロストモーションは、図１に示したように、作動油回路２７９および電磁弁２７９ａを駆動することにより、制御されるものである。
【００４０】
次に、火花点火式４サイクルエンジン１０には、ＥＣＵ１００が設けられている。
【００４１】
図１に示すように、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。
【００４２】
ＥＣＵ１００のメモリ１０２には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図２に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷等の運転状態を判定する運転状態判定手段１１０と、判定された運転状態に応じてエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段１２０と、判定された運転状態に応じてスロットル弁３５を制御するスロットル弁制御手段１４０とを機能的に有している。特に本実施形態においては、後述するＶＣＴ制御手段１２１が吸気用のＶＣＴ４２と排気用のＶＣＴ６４とを進角／遅角するための制御マップ１１１を有している。
【００４３】
上記燃焼制御手段１２０は、吸気システム３０の動弁機構４１に設けられたＶＣＴ４２の電磁弁を制御するＶＣＴ制御手段１２１と、吸気システム３０および排気システム５０に設けた電磁弁１７９ａ、７９ａを駆動制御することにより、吸気弁４０および排気弁６０に対して設けられた弁動作切換機構７０を切換制御する弁開閉制御手段１２３と、点火プラグ２９による点火を制御する点火制御手段１２４とを含んでいる。
【００４４】
ＥＣＵ１００には、入力要素として、クランク角センサ２７、エアフローセンサ３４、アクセル開度センサ６６等の各種検出手段が接続されている。他方、制御要素として、スロットル弁３５のアクチュエータ３６、動弁機構４１のＶＣＴ４２に設けられた電磁弁、各弁動作切換機構７０を駆動する作動油回路７９〜２７９の電磁弁７９ａ〜２７９ａ、点火プラグ２９による点火をコントロールする点火回路２９ａ、燃料噴射弁２８等が接続されている。
【００４５】
次に、ＥＣＵ１００に記憶されている制御特性について説明する。
【００４６】
図７は、上記ＥＣＵ１００の燃焼制御手段１２０による運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
【００４７】
同図に示すように、ＥＣＵ１００に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火運転（図中にＨＣＣＩと表記）を行う領域Ａと、火花点火運転（図中にＳＩと表記）を行う領域Ｂとが設定されている。圧縮自己着火運転の領域Ａは、エンジン回転数ｎｅが比較的低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の領域となっている。また、火花点火運転の領域Ｂは、圧縮自己着火運転の領域Ａ以外の領域、つまり高回転側および高負荷側の領域である。
【００４８】
ＥＣＵ１００の運転状態判定手段１１０は、クランク角センサ２７やアクセル開度センサ６６等から、エンジンの運転状態を検出し、運転状態が上記領域Ａ，Ｂの何れにあるかを判定する機能を奏するものである。
【００４９】
燃焼制御手段１２０のＶＣＴ制御手段１２１は、運転状態判定手段１１０の判定に基づき、吸気弁４０および排気弁６０の開弁タイミングを個別に進角または遅角するように、ＶＣＴ４１、６４を制御する機能を奏するものである。本実施形態においては、ＥＣＵ１００に記憶されているＶＣＴ制御マップ１１１とプログラムに基づき、ＶＣＴ制御手段１２１は詳しくは後述する手順で、吸気側のＶＣＴ４１並びに排気側のＶＣＴ６４を制御するように構成されている。
【００５０】
弁開閉制御手段１２３は、運転状態判定手段１１０の判定に基づき、作動油回路７９、１７９に設けた電磁弁７９ａ〜２７９ａを操作して、表１に示すように、吸気弁４０および排気弁６０の開弁動作を制御する機能を奏するものである。
【００５１】
【表１】
2007064021.tif 000003
【００５２】
点火制御手段１２４は、運転状態判定手段１１０の判定に基づき、所定のタイミングで点火回路２９ａを駆動し、点火プラグ２９による点火を実行させるものである。本実施形態においては、火花点火運転領域Ｂにおける通常の火花点火の他、圧縮自己着火運転領域Ａにおいて、低負荷側の運転領域にあるときには、圧縮自己着火が始まる前に点火プラグ２９を駆動させ、いわゆる着火アシストを実行するように構成されている。
【００５３】
スロットル弁制御手段１４０は、運転状態判定手段１１０の判定に基づき、アクチュエータ３６を駆動してスロットル弁３５の開弁量を制御するように構成されている。
【００５４】
図９は本実施形態に係るフローチャートである。また図１０は同フローチャートに基づく説明図であり、（Ａ）はピストンの模式図、（Ｂ）は圧縮自己着火運転時のタイミングチャートを示している。
【００５５】
まず、図９を参照して、以上の構成では、運転状態判定手段１１０によって運転状態が判定され（ステップＳ２０）、判定された運転状態に応じて、各電磁弁７９ａ〜２７９ａを駆動し、動弁タイミングを運転領域に応じて調整する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１では、運転状態に応じて、表１で示した通り、各ポート２４ａ、２４ｂの開弁タイミングが決定される。この結果、通常運転時であれば、前側の吸気弁４０が大リフト用吸気カム４３ｂで駆動され、この吸気弁４０は、図１０（Ｂ）の破線ＩＮで示すように、吸気行程の前半から比較的高いリフト量で開弁し、圧縮行程の前半で閉弁する。吸気行程では、再開弁動作を行わせる第２排気カム６３ｃがロストモーションすることにより、閉弁したままの状態になっている。
【００５６】
他方、圧縮自己着火運転領域Ａにおいて、低負荷側と判断された場合には、大リフト用吸気カム４３ｂがロストモーションし、前側の吸気弁４０は、カム４３ａによって、小リフトで吸気行程の前半から開弁し、吸気行程の途中で閉弁する。他方、前側の排気ポート２４ｂは、作動油が作動油回路２７９に供給されることに伴い、図１０（Ｂ）に示すように、吸気行程の途中から開弁し、圧縮行程の初期に閉弁する。そして、後ろ側の吸気弁４０は、低負荷側では、吸気行程の途中から開弁し、圧縮行程の前半で閉弁するいわゆる再開弁動作を行い、高負荷側では再開弁用カム４３ｃがロストモーションすることにより、閉弁したままの状態になっている。
【００５７】
この結果、図１０（Ａ）で示すように、前側の吸気弁４０による最初の吸気開弁ＩＮ１により、まず、気筒２４内に新気が導入され、次いで、前側の排気弁６０による再開弁動作により、既燃ガスが吸気行程後半で導入される。さらに、低負荷側で再開弁する後ろ側の吸気弁４０により、既燃ガスよりも燃焼室２６側にさらなる新気が導入され、筒内は、これらの気体による成層化が促進する。
【００５８】
次いで、判定した運転状態が図７のＡで示す圧縮自己着火運転領域であるか否かが判別される（ステップＳ２２）。
【００５９】
仮に運転領域が圧縮自己着火運転領域Ａである場合、ＶＣＴ制御手段１２１は、ＥＣＵ１００に記憶されているＶＣＴ制御マップ１１１からＶＣＴ４２の遅角量、ＶＣＴ６４の進角量を索引し（ステップＳ２３）、索引された値に基づいて両ＶＣＴ４２、６４が駆動される（ステップＳ２４）。
【００６０】
次いで、運転状態が低負荷運転領域にあるか否かが判定される（ステップＳ２５）。このステップＳ２５で低負荷運転領域にあると判定された場合、点火制御手段１２４は、着火アシストタイミングに達しているか否かを判別し（ステップＳ２６）、着火アシストタイミングに達すると、点火プラグ２９の点火回路２９ａを駆動し、圧縮自己着火の着火タイミング前に点火プラグ２９をスパークさせる（ステップＳ２７）。上述したように、圧縮自己着火運転領域Ａにおける低負荷側では、図１０（Ｂ）で示したように、後ろ側の吸気弁４０の再開弁動作によって、燃焼室の点火プラグ２９回りには、新気が偏在した状態になっている。これにより、先に導入された既燃ガスによる筒内温度の上昇と相俟って、ステップＳ２６、Ｓ２７の着火アシストを実行することにより、確実に失火を防止することが可能になる。
【００６１】
点火プラグ２９を駆動させた後、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の停止条件が成立しているか否かを判別し（ステップＳ２８）、成立していれば、処理を終了し、成立していなければステップＳ２０に復帰する。
【００６２】
また、ステップＳ２２において、圧縮自己着火運転領域ではないと判定された場合には、通常モードによる運転が実行され（ステップＳ２９）、ステップＳ２８に移行する。また、ステップＳ２５において、圧縮自己着火運転領域であっても、運転領域が高負荷側である場合には、着火アシストは実行せず、逆に吸気弁４０の再開弁動作を禁止して（ステップＳ３０）、ステップＳ２８に移行する。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態においては、エンジン１０の所定の運転領域、すなわち圧縮自己着火運転領域Ａで、図１０（Ｂ）のＩＮ１で示すように、吸気行程で開く吸気ポート２４ａを吸気下死点よりも前で閉じるとともに、図１０（Ｂ）のＥＸ２で示すように、排気弁６０が吸気行程で再開弁動作することにより、まず新気が筒内に導入され、次いで筒内に既燃ガスが還流する。この段階では、吸気行程で最初に開いた吸気ポート２４ａからの新気の上層に既燃ガスが所定の方向にスワールを形成し、点火プラグ２９回りに偏在した状態で筒内が成層化する。ここで、本実施形態では、図１０（Ｂ）のＩＮ２で示すように、吸気行程の後期から圧縮行程の前期までの間に吸気弁４０が再開弁動作するとともに、再開弁動作する排気弁６０が、吸気弁４０の最初の開弁期間途中で開き、且つ再開弁動作する吸気弁４０の開弁期間途中で閉じるので、吸気弁４０の再開弁動作により、図１０（Ａ）で示したように、成層化した既燃ガスのさらに上層に新気が供給されて成層化し、点火プラグ２９回りに再開弁動作による新気が充満する。この結果、点火前に点火プラグ２９が駆動されることにより、着火アシスト作用を奏し、筒内温度が低い状態であっても、比較的リーンな状態で確実に筒内の混合気を着火させることが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態では、吸気ポート２４ａおよび吸気弁４０を複数組設け、弁開閉制御手段１２３は、吸気行程で一の吸気弁４０が開き、別の吸気弁４０で再開弁動作が実行されるように吸気弁４０を制御するものである。このため本実施形態では、吸気弁４０の開弁タイミングを容易に多段化することが可能になる。
【００６５】
また、本実施形態では、前記点火プラグ２９を中心として、気筒２４の前後軸線Ｌに対し、それぞれ反対側に吸気ポート２４ａおよび排気ポート２４ｂを複数個配置し、吸気ポート２４ａ毎に吸気弁４０を、排気ポート２４ｂ毎に排気弁６０をそれぞれ設け、前記弁開閉制御手段１２３は、複数の排気弁６０のうちの一つに再開弁動作を実行させるとともに、前記圧縮自己着火運転領域Ａにおける最初の吸気開弁時期では、前記一つの排気弁６０の再開弁動作によって生成する旋回流を弱める向きに吸気を流出する吸気ポート２４ａの吸気弁４０のみを開くように吸気弁４０および排気弁６０を制御するものである。このため本実施形態では、前記圧縮自己着火運転領域Ａでは、排気弁６０によるスワールを乱す方向に新気を筒内に導入することになるので、新気と既燃ガスとの混合が促進される。この結果、特に低負荷側では、筒内温度が速やかに上昇し、着火アシストの作用と相俟って、リーンな状態で燃え残りのない圧縮自己着火を確実に行わせることが可能になる。
【００６６】
また、本実施形態では、前記弁開閉制御手段１２３は、再開弁動作する排気弁６０の開弁タイミングを低負荷側ほど進角させるものである。このため本実施形態では、低負荷側ほど再開弁動作する排気弁６０の開弁タイミングが進角することに伴い、吸気行程前半では、内部ＥＧＲ率が低負荷ほど上昇し、筒内温度を高めることができるとともに、吸気弁４０の再開弁動作によって新気が点火プラグ２９回りに導入され、筒内温度を高めつつも、比較的リーンな状態で圧縮自己着火を実現することが可能になる。
【００６７】
また、本実施形態では、表１に示したように、前記圧縮自己着火運転領域Ａにおける高負荷側では吸気弁４０の再開弁動作が禁止される。このため本実施形態では、排気弁の再開弁動作による既燃ガスが燃焼室２６に偏在した状態で成層化することによって、着火タイミングの制御が容易になり、ノッキングを防止することが可能になる。また、高負荷側の運転領域において、特にエンジン低回転領域にあっては、吸気弁４０の再開弁動作を禁止することによって有効圧縮比が高くなり、これによって着火性能が高くなることで（詳しくは、高負荷側での運転によって既燃ガスの温度が高くなり、筒内のガス温度が高くなることと、有効圧縮比の低減が抑制されることとの双方により、着火性能のポテンシャルが高くなることで）、排気弁６０の再開弁動作によって燃焼室２６の上層部へ既燃ガスが供給されても失火を招く恐れはなくなり、着火タイミングの制御が容易になる。すなわち、点火時期を調整して着火アシストの時期を調整することで着火タイミングを容易に制御できる。
【００６８】
上述した実施形態は、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。
【００６９】
図１１は、本発明の別の態様に係るタイミングチャートであり、（Ａ）は高負荷時、（Ｂ）は低負荷時である。また、図１２は図１１の実施形態に係るエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す平面略図である。
【００７０】
図１１（Ａ）および図１２を参照して、この実施形態では、上述した図１〜図６の構成において、吸気システム３０に設けた弁動作切換機構７０のうち、前側の吸気弁４０の弁動作切換機構７０を通常のタペット６１で構成し、カムシャフト４１から吸気カム４３ｂを省略している。後ろ側の吸気弁４０については、ロストモーションされ得るカム４３ｂで駆動されるように構成されている。そして、弁開閉制御手段１２３が、表２で示すタイミングで吸気行程における開弁動作を行うように構成されている。
【００７１】
【表２】
2007064021.tif 000004
【００７２】
他方、ＶＣＴ制御手段１２１は、前記圧縮自己着火運転領域Ａにおいて、図１１（Ａ）に示す高負荷運転領域では、吸気行程で開く吸気弁４０を吸気行程の下死点前に閉じるとともに、吸気行程途中から圧縮行程の前半にかけて排気弁６０の再開弁動作を行わせるように吸気弁４０および排気弁６０を制御し、運転領域が低負荷側になるに連れて、図１１（Ｂ）に示すように、吸気弁４０が再開弁動作を行う排気弁６０よりも先に開くように吸気弁４０を進角させ、排気弁６０を遅角させるように制御するように構成されている。
【００７３】
さらに図１１（Ｂ）に示すように、点火制御手段１２４は、エンジン１０の前記圧縮自己着火運転領域Ａにおいて、低負荷側では、着火時期の前に点火を実行するように点火プラグ２９を制御するように構成されている。
【００７４】
このため本実施形態では、圧縮自己着火運転領域Ａにおいて、高負荷運転領域では、吸気行程で開く吸気弁４０が吸気行程の下死点前に閉じるとともに、吸気行程途中から圧縮行程の前半にかけて排気弁６０が再開弁動作を行うので、この再開弁動作による既燃ガスが燃焼室２６に偏在した状態で成層化が残存することによって、着火タイミングの制御が容易になり、ノッキングを防止することが可能になる。他方、低負荷側では、高負荷運転領域の設定をベースにして、吸気弁４０が再開弁動作を行う排気弁６０よりも先に開くように吸気弁４０が進角し、排気弁６０が遅角するので、新気が燃焼室２６に偏在した状態で筒内の成層化が促進される。従って、点火プラグ２９回りの成層ガスを運転状態に応じてコントロールし、好適な圧縮自己着火特性を得ることが可能になる。そして、この状態で点火プラグ２９が着火時期の前に点火を実行するので、筒内温度が低い状態であっても、比較的リーンな状態で確実に筒内の混合気を着火させることが可能になる。
【００７５】
なお、図１〜図６の構成を具体化するに当たり、図１３に示すように、前後に並ぶ２つの吸気ポート２４ａ、２４ａの間に別の吸気ポート２４ｃを設け、カムシャフト４１ａに連結されたロッカアーム４１ｃで吸気弁を駆動する構成を採用してもよい。
【００７６】
その他、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】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る火花点火式４サイクルエンジンの概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に係るエンジンの一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す断面略図である。
【図３】エンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す平面略図である。
【図４】排気弁に対して設けられた弁動作切換機構の分解斜視図である。
【図５】上記弁動作切換機構の正面断面図である。
【図６】上記弁動作切換機構の平面断面図である。
【図７】図１の実施形態に係るエンジンにおいて運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。
【図８】エンジン本体の一つの気筒における再開弁動作時の新気および既燃ガスの流れを示す平面略図であり、（Ａ）が低負荷時（Ｂ）が高負荷時である。
【図９】本実施形態に係るフローチャートである。
【図１０】同フローチャートに基づく説明図であり、（Ａ）はピストンの模式図、（Ｂ）は圧縮自己着火運転時のタイミングチャートを示している。
【図１１】本発明の別の態様に係るタイミングチャートであり、（Ａ）は高負荷時、（Ｂ）は低負荷時である。
【図１２】図１１の実施形態に係るエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す平面略図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態におけるエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸気弁および排気弁等の構造を示す平面略図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ａ  圧縮自己着火運転領域
Ｂ  火花点火運転領域
１０  火花点火式４サイクルエンジン
２０  エンジン本体
２４  気筒
２４ａ  吸気ポート
２４ｂ  排気ポート
２５  ピストン
２６  燃焼室
２９  点火プラグ
３０  吸気システム
４０  吸気弁
５０  排気システム
６０  排気弁
７０  弁動作切換機構（弁開閉制御手段の構成要素の一例）
７９、１７９  作動油回路（弁開閉制御手段の構成要素の一例）
７９ａ、１７９ａ  電磁弁（弁開閉制御手段の構成要素の一例）
１０１  ＣＰＵ
１１０  運転状態判定手段
１２０  燃焼制御手段
１２１  ＶＣＴ制御手段
１２３  弁開閉制御手段
１２４  点火制御手段
【図１】
2007064021.tif 000005
【図２】
2007064021.tif 000006
【図３】
2007064021.tif 000007
【図４】
2007064021.tif 000008
【図５】
2007064021.tif 000009
【図６】
2007064021.tif 000010
【図７】
2007064021.tif 000011
【図８】
2007064021.tif 000012
【図９】
2007064021.tif 000013
【図１０】
2007064021.tif 000014
【図１１】
2007064021.tif 000015
【図１２】
2007064021.tif 000016
【図１３】
2007064021.tif 000017