(57)【要約】【課題】内部ＥＧＲガス率の変更に係る応答性を高め、それによってエンジンの運転状態の変化に係る応答性を高める。【解決手段】吸気弁駆動機構（ＶＶＬ７１）は、エンジン本体（エンジン１）の運転状態が、高い筒内温度を要求する所定領域にあるときには、膨張行程の後半で開弁状態となる先行開弁２１１と吸気行程中に行う主開弁２１２とを行う第１モードで吸気弁２１を駆動し、排気弁駆動機構（ＶＶＴ７４）は、排気弁２２を、吸気弁の先行開弁よりも遅れて開くと共に、吸気行程において、排気ポート１７の排気ガスの一部が気筒内に導入されるように開弁する第１状態で開閉駆動する。エンジン本体の運転状態が、所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域にあるときには、吸気弁駆動機構は、先行開弁を行わない第２モードで吸気弁を駆動すると共に、排気弁駆動機構は、排気弁を、第１状態の閉時期よりも進角した時期に閉じる第２状態で開閉駆動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、
前記気筒内からガスを排出する排気ポートを開閉するよう構成された排気弁と、
前記吸気弁を開閉駆動するように構成された吸気弁駆動機構と、
前記排気弁を開閉駆動するように構成された排気弁駆動機構と、を備え、
前記吸気弁駆動機構は、吸気行程中に行う主開弁に先行して、膨張行程の後半で開弁状態となる先行開弁を行うように、前記吸気弁を開閉駆動する第１モードと、前記先行開弁を行わずに前記主開弁を行うよう、前記吸気弁を開閉駆動する第２モードとを切り替え、
前記エンジン本体の運転状態が、内部ＥＧＲガスによって高い筒内温度を要求する所定領域にあるときには、前記吸気弁駆動機構は、前記第１モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を、前記吸気弁の先行開弁よりも遅れて開くと共に、前記吸気行程において、前記排気ポートの排気ガスの一部が前記気筒内に導入されるように開弁する第１状態で開閉駆動し、
前記エンジン本体の運転状態が、前記所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域にあるときには、前記吸気弁駆動機構は、前記第２モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を、前記第１状態における吸気行程の閉時期よりも進角した時期に閉じる第２状態で開閉駆動するエンジンの動弁制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの動弁制御装置において、
前記排気弁駆動機構は、前記第１状態と前記第２状態とを含むように、前記排気弁の開閉時期の位相を変更するよう構成され、
前記排気弁駆動機構は、前記エンジン本体の運転状態に応じて前記排気弁の開閉時期の位相を変更することにより、内部ＥＧＲガス量を調整するエンジンの動弁制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンの動弁制御装置において、
前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあって前記気筒内の混合気を自着火燃焼するときに、前記吸気弁駆動機構は、前記第１モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁の開閉時期を最も遅角することで、前記筒内温度が最も高くなるようにするエンジンの動弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジンの動弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、排気行程中に開弁した排気弁を、吸気行程中にもう一度開弁することによって、排気ポートに排出した排気ガスの一部を気筒内に再導入する、いわゆる排気弁の二度開きを行うことが記載されている。このエンジンは、排気弁の開閉時期の位相を変更することにより、気筒内に導入する排気ガス量を調整する。エンジンの運転状態に応じて、気筒内に導入する排気ガス量を調整することによって、気筒内の温度が調整され、その結果、自着火のタイミングを制御することが可能になる。
【０００３】
また、特許文献２には、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、吸気弁及び排気弁双方の開閉時期の位相を変更することによって、気筒内の温度の調整を行うことが記載されている。具体的に、このエンジンでは、中負荷ＨＣＣＩモードでは、排気弁の閉時期を吸気行程中に遅角させることで、排気ガスの一部を気筒内に再導入させると共に、吸気弁の閉時期を下死点付近に進角させることで有効圧縮比を高める。一方、低負荷ＨＣＣＩモードでは、排気弁の閉時期を進角させると共に、吸気弁の開時期を遅らせることで、バルブオーバーラップをマイナスにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５１０１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、気筒内の混合気を制御自着火（Controlled Auto Ignition：ＣＡＩ）、又は、圧縮着火（Compression Ignition：ＣＩ）により燃焼させるエンジンにおいて、負荷の低い運転領域では、気筒内の温度状態を高めてＣＡＩ燃焼の着火性及び安定性を向上させるために、大量の排気ガス、特に温度が相対的に高い内部ＥＧＲガスを大量に気筒内に導入する必要がある一方で、負荷の高い運転領域で大量の内部ＥＧＲガスを気筒内に導入すると、気筒内の温度状態が高くなりすぎてしまい、過早着火等の異常燃焼や、燃焼騒音の増大を招く。そのため、負荷の高い運転領域では、内部ＥＧＲガス量を相対的に少なくする必要がある。こうして、ＣＡＩ燃焼を行うエンジンでは、気筒内が、エンジンの運転状態に応じた温度状態となるように、内部ＥＧＲガス量（又はＥＧＲ率）を大から小へ、又は、小から大へと変更しなければならない。
【０００６】
ところが、前述した特許文献１に記載されているように、吸気弁及び／又は排気弁の開閉時期の位相を変更することによって、内部ＥＧＲガス量の変更を行う構成では、吸気弁及び／又は排気弁の位相を変更する速度によって、内部ＥＧＲガス量の変更速度が決定されてしまう。吸気弁及び／又は排気弁の位相は、一般的に、油圧駆動の位相可変機構や、電動の位相可変機構によって変更されるが、その変更速度は、十分には高くない。その結果、エンジンの運転状態の変化に係る応答性が、内部ＥＧＲガス量の変更速度によって制限されてしまう。
【０００７】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性を高め、それによってエンジンの運転状態の変化に係る応答性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示する技術は、エンジンの動弁制御装置に係り、この装置は、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、前記気筒内からガスを排出する排気ポートを開閉するよう構成された排気弁と、前記吸気弁を開閉駆動するように構成された吸気弁駆動機構と、前記排気弁を開閉駆動するように構成された排気弁駆動機構と、を備える。
【０００９】
そして、前記吸気弁駆動機構は、吸気行程中に行う主開弁に先行して、膨張行程の後半で開弁状態となる先行開弁を行うように、前記吸気弁を開閉駆動する第１モードと、前記先行開弁を行わずに前記主開弁を行うよう、前記吸気弁を開閉駆動する第２モードとを切り替え、前記エンジン本体の運転状態が、内部ＥＧＲガスによって高い筒内温度を要求する所定領域にあるときには、前記吸気弁駆動機構は、前記第１モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を、前記吸気弁の先行開弁よりも遅れて開くと共に、前記吸気行程において、前記排気ポートの排気ガスの一部が前記気筒内に導入されるように開弁する第１状態で開閉駆動し、前記エンジン本体の運転状態が、前記所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域にあるときには、前記吸気弁駆動機構は、前記第２モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を、前記第１状態における吸気行程の閉時期よりも進角した時期に閉じる第２状態で開閉駆動する。
【００１０】
この構成によると、吸気弁駆動機構は、第１モードで吸気弁を開閉駆動するときには、吸気行程中に行う主開弁に先行して、膨張行程の後半で開弁状態となる先行開弁を行う。先行開弁の開弁タイミングは特に限定されないが、少なくとも膨張行程の後半では、開弁した状態にある。先行開弁は、例えば、膨張行程の後半で開弁した後、膨張行程中に閉弁してもよいし、膨張行程の後半で開弁した後、排気行程の前半に閉弁してもよい。ここで、「前半」及び「後半」はそれぞれ、行程を２等分したときの前半、及び、後半としてもよい。こうした先行開弁を行うことにより、膨張行程後半に気筒内に存在する、高温のガスの一部が吸気ポートに排出される。その高温のガスは、吸気行程中に主開弁を行うことにより、新気と共に、気筒内に再導入される。先行開弁を行うことによって気筒内に再導入されるガス（つまり、内部ＥＧＲガス）は、量が少なくても温度が相対的に高いため、気筒内の温度状態を高める上で有効である。また、膨張行程後半の、気筒内の圧力が比較的高いときに、吸気弁を開弁状態にすることで、吸気ポートに高圧のガスを排出することになり、吸気行程中の主開弁によって導入する新気量を制限しつつ、内部ＥＧＲガス量を増やすことが可能になる。スロットル制御を不要にして、ポンプ損失が低減し得る。
【００１１】
吸気弁駆動機構はまた、第２モードで吸気弁を開閉駆動するときには、先行開弁を行わないため、吸気ポートを通じた内部ＥＧＲガスはゼロになる。第１モードと第２モードとは、先行開弁を行うか行わないかの切り替えに係るため、例えば、先行開弁と主開弁とのための２つのカム山を有する第１カムと、主開弁のための１つのカム山を有する第２カムとを切り替えて吸気弁を駆動する機構（可変バルブリフト機構）を採用することが可能である。こうすれば、第１モードと第２モードとの切り替えは、比較的短時間で（いわば瞬時）に可能である。尚、第１モードと第２モードとの切り替えを実現する機構は、可変バルブリフト機構に限らず、油圧駆動式や電磁駆動式等の様々な機構を採用することが可能である。いずれの機構でも、第１モードと第２モードとの切り替えを短時間で行うことが可能である。
【００１２】
そうして、エンジン本体の運転状態が、内部ＥＧＲガスによって高い筒内温度を要求する所定領域にあるときには、吸気弁駆動機構は、第１モードで吸気弁を開閉駆動する。これにより、前述したように、比較的高温の内部ＥＧＲガスが、吸気ポートを通じて気筒内に導入される。また、排気弁駆動機構は、吸気弁の先行開弁よりも遅れて開くと共に、吸気行程において、排気ポートの排気ガスの一部が前記気筒内に導入されるように開弁する第１状態で、排気弁を開閉駆動する。排気弁は、吸気弁の先行開弁の開弁タイミングよりも遅れて開弁すればよい。吸気弁の先行開弁が閉弁した後で開弁することも含む。排気弁はまた、排気行程における開弁後、排気上死点を経て吸気行程における閉弁まで連続して開弁するようにしてもよいし、排気上死点の前後において一旦閉弁をした後に、再度開弁をして、その再開弁を吸気行程において閉弁するようにしてもよい。いずれの構成でも、吸気行程中には、開弁している排気ポートから、排気ガスの一部が気筒内に導入される。吸気行程中に排気弁を開弁することは、新気の導入量を制限することにもなる。これにより、スロットル制御が不要になるから、ポンプ損失の低減に有利になる。
【００１３】
こうして、吸気ポート及び排気ポートの両方を通じて、気筒内に内部ＥＧＲガスを導入することが可能になり、内部ＥＧＲガスの量を比較的多くしかつ、その内部ＥＧＲガスの温度も比較的高くなる。その結果、所定領域において、気筒内の温度状態を所望の高温状態にすることが可能になる。
【００１４】
これに対し、エンジン本体の運転状態が、所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域にあるときには、吸気弁駆動機構は、第２モードで吸気弁を駆動する。これによって、前述したように、吸気ポートを通じた内部ＥＧＲガス量はゼロになる。一方、排気弁駆動機構は、第１状態における、吸気行程の閉時期よりも進角した時期に閉じる第２状態で、排気弁を開閉駆動する。排気弁の閉時期が進角しているため、吸気行程中に排気ポートから気筒内に導入される内部ＥＧＲガス量は、相対的に少なくなる。従って、内部ＥＧＲガスの量を比較的少なくしかつ、その内部ＥＧＲガスの温度も比較的低くなるから、気筒内の温度状態を、所望の低温状態にすることが可能になる。また、吸気行程中の排気弁の開弁状態を変えることで、新気の導入量の調整も可能になる。
【００１５】
ここで、「筒内温度が高い」ことは、ピストンが圧縮上死点に至ったときの気筒内の温度である、圧縮端温度が高いことを含む。また、気筒内に導入する内部ＥＧＲガス量を増やすことに伴い、筒内温度は高くなり得るが、前述の通り、先行開弁によって気筒内に導入する排気ガスの温度は比較的高いため、筒内に導入する内部ＥＧＲガス量が相対的に少なくても、筒内温度が相対的に高くなることも起こり得る。つまり、気筒内に導入する内部ＥＧＲガス量と筒内温度とは、必ずしも比例しない。
【００１６】
エンジン本体の運転状態が、高い筒内温度を要求する所定領域から、それよりも低い筒内温度を要求する領域へと変化するときには、吸気弁駆動機構は、吸気弁の駆動モードを、第１モードから第２モードへ切り替えることになる。第１モードから第２モードへの切り替えは、短時間で完了すると共に、第２モードへの切り替えを行うことによって、気筒内に導入される内部ＥＧＲガス量は大きく減少すると共に、気筒内の温度状態も大きく低下する。排気弁駆動機構は、排気弁の開閉駆動を第１状態から第２状態に変更するに際し、例えば、位相可変機構によって、排気弁の開閉時期の位相を連続的に変更することにより、内部ＥＧＲガス量を少なくする。ここで、前述したように、吸気弁の駆動モードを、第１モードから第２モードに切り替えることに伴い、内部ＥＧＲガス量が大きく減少すると共に、気筒内の温度状態も大きく低下することから、第１状態から第２状態へと変更するために必要な、排気弁の位相の変更量は、それほど多くする必要がない。そのため、排気弁の位相の変更に係る速度が低く制限されるとしても、第１状態から第２状態へと変更するために要する時間は短くなる。こうして本構成では、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性が高まるから、エンジン本体の運転状態が、所定領域から、その所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域へと変化するときの応答性が高まる。
【００１７】
また、エンジン本体の運転状態が、所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域から、所定領域へと変化するときには、前記とは逆に、吸気弁駆動機構は、吸気弁の駆動モードを、第２モードから第１モードに切り替えると共に、排気弁駆動機構は、排気弁の駆動状態を、第２状態から第１状態へと変更するが、この場合も、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性が高まるから、エンジン本体の運転状態の変化に係る応答性が高まる。
【００１８】
さらに、例えば前述した特許文献に記載されているように、排気弁の二度開きによって内部ＥＧＲガスを気筒内に導入すると共に、その排気弁の開閉時期の位相を変更することによって内部ＥＧＲガス量を調整する構成では、内部ＥＧＲガス量を増やそうとすれば、吸気行程中の、排気弁の開弁量を多くする必要があるため、排気弁の開閉時期の位相は遅角側に設定される。それに伴い、排気弁の開時期が遅角されて、膨張下死点以降になる場合がある。これは、気筒内のガスを再圧縮することになるため、内部ＥＧＲガスの温度を高めるという利点はあるものの、ポンプ損失を増大させる。
【００１９】
これに対し、本構成は、前述したように、高いＥＧＲ率が要求される所定領域では、第１状態で駆動する排気弁は、開時期が遅れるものの、吸気弁を第１モードで開閉駆動することにより、膨張下死点付近では、吸気弁が先行開弁する。この先行開弁は、排気行程中に閉弁することが望ましい。これにより、ポンプ損失の増大を回避する一方で、高温のガスを、吸気ポートを通じて気筒内に導入することが可能になるから、再圧縮を（実質的に）行わなくても、気筒内の温度状態が高まる。
【００２０】
前記排気弁駆動機構は、前記第１状態と前記第２状態とを含むように、前記排気弁の開閉時期の位相を変更するよう構成され、前記排気弁駆動機構は、前記エンジン本体の運転状態に応じて前記排気弁の開閉時期の位相を変更することにより、内部ＥＧＲガス量を調整する、としてもよい。
【００２１】
排気弁駆動機構が、前述した第１状態及び第２状態を含むように、排気弁の開閉時期の位相を変更するに従って、吸気行程中における、排気弁の閉時期が変更される。このため、排気ポートを通じて気筒内に導入される内部ＥＧＲガス量が変化する。つまり、排気弁の開閉時期の位相を遅角することによって、排気弁の閉時期が遅閉じとなって、排気ポートを通じて気筒内に導入される内部ＥＧＲガス量が増える。逆に、排気弁の開閉時期の位相を進角することによって、排気弁の閉時期が排気上死点に近づいて、排気ポートを通じて気筒内に導入される内部ＥＧＲガス量が減る（尚、内部ＥＧＲガスがゼロになることを含む）。
【００２２】
従って、吸気弁駆動機構が、吸気弁の駆動モードを第１モードと第２モードとで切り替えることと、排気弁駆動機構が、排気弁の開閉時期の位相を変更することとが組み合わさって、内部ＥＧＲガス量を調整することが可能になる。
【００２３】
前述したように、本構成では、吸気弁駆動機構が、吸気弁の駆動モードを第１モードと第２モードとで切り替えることに伴い、内部ＥＧＲガス量、及び、そのガス温度が大きく変化する。そのため、筒内温度の変更のために、内部ＥＧＲガス量を予め設定した最大量から最小量まで変化させるに際し、排気弁の開閉時期の位相変化量を、比較的少なくすることが可能になる。これは、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性を高める上で有利である。
【００２４】
ここで、排気弁の開閉時期の位相を変更する排気弁駆動機構は、例えばクランクシャフトの回転位相に対するカムシャフトの回転位相を連続的に変更可能な位相可変機構を含んで構成することができる。位相可変機構は、油圧式又は電動式を採用可能であるが、位相の変更速度をできるだけ高め、それによって、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性を高めるためには電動式の位相可変機構とすることが好ましい。
【００２５】
前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあって前記気筒内の混合気を自着火燃焼するときに、前記吸気弁駆動機構は、前記第１モードで前記吸気弁を駆動すると共に、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁の開閉時期を最も遅角することで、前記筒内温度が最も高くなるようにする、としてもよい。
【００２６】
吸気弁を第１モードで駆動することにより、比較的高温の内部ＥＧＲガスを気筒内に導入することが可能であると共に、排気弁の開閉時期を最も遅角することで、排気ポートを通じて気筒内に再導入される内部ＥＧＲガスの量も多くなる。これにより、気筒内の温度状態を高めることが可能になる。これは、自着火燃焼の着火性及び／又は安定性が低下する低負荷領域において、着火性及び安定性を高める上で有利である。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、前記のエンジンの動弁制御装置によると、エンジン本体の運転状態が、高い筒内温度を要求する所定領域にあるときには、吸気弁を第１モードで駆動して先行開弁と主開弁とを行うと共に、排気弁を第１状態で駆動する一方、エンジン本体の運転状態が、所定領域よりも低い筒内温度を要求する領域にあるときには、吸気弁の駆動モードを第２モードに切り替えると共に、排気弁を第２状態で駆動することで、内部ＥＧＲガス量の変更に係る応答性を高め、エンジン本体の運転状態の変化についての応答性も高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】エンジンの制御に係るブロック図である。
【図３】（ａ）第１モード時における吸気弁のリフトカーブと、第１状態時における排気弁のリフトカーブの例示、（ｂ）第２モード時における吸気弁のリフトカーブと、第２状態時における排気弁のリフトカーブの例示、である。
【図４】（ａ）従来構成において、内部ＥＧＲガス量が多いときの排気弁及び吸気弁のリフトカーブの例示（下図）、及び、吸気圧力、排気圧力及び筒内圧力の変化の一例（上図）、（ｂ）従来構成において、内部ＥＧＲガス量が少ないときの排気弁及び吸気弁のリフトカーブの例示（下図）、及び、吸気圧力、排気圧力及び筒内圧力の変化の一例（上図）である。
【図５】（ａ）内部ＥＧＲガス量が多いときの、従来構成におけるエンジンのｐ−ｖ線図の一部（破線）と、本構成におけるエンジンのｐ−ｖ線図の一部（実線）、（ｂ）内部ＥＧＲガス量が少ないときの、従来構成におけるエンジンのｐ−ｖ線図の一部（破線）と、本構成におけるエンジンのｐ−ｖ線図の一部（実線）である。
【図６】エンジンの運転制御マップを例示する図である。
【図７】エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率の関係を例示する図である。
【図８】従来構成における、エンジン負荷上昇時の、（ａ）排気弁の開閉時期の位相の変化、（ｂ）気筒内のガス組成の変化、（ｃ）燃料量の変化、及び（ｄ）ポンプ損失の変化を例示する各タイムチャートと、本構成における、エンジン負荷上昇時の、（ｅ）排気弁の開閉時期の位相の変化、（ｆ）吸気弁の動作モードの変化、（ｇ）気筒内のガス組成の変化、（ｈ）燃料量の変化、及び（ｉ）ポンプ損失の変化を例示する各タイムチャート（右図）である。
【図９】吸気弁の動作モードを、第２モードから第１モードに切り替えたときの過渡制御に関する、（ａ）内部ＥＧＲの変化、（ｂ）燃料量の変化、（ｃ）排気温度の変化、（ｄ）圧縮端温度の変化、及び（ｅ）トルクの変化を例示する各タイムチャートである。
【図１０】吸気弁の動作モードを、第１モードから第２モードに切り替えたときの過渡制御に関する、（ａ）内部ＥＧＲの変化、（ｂ）燃料量の変化、（ｃ）排気温度の変化、（ｄ）圧縮端温度の変化、及び（ｅ）トルクの変化を例示する各タイムチャートである。
【図１１】図９及び１０のタイムチャートに係る、（ａ）第２モード時の吸気弁のリフトカーブ及び排気弁のリフトカーブ、（ｂ）第１モード時の吸気弁のリフトカーブ及び排気弁のリフトカーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、エンジンの動弁制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。
【００３０】
（エンジンの全体構成）
図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の上面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の上面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００３１】
このガソリンエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自着火による燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよく、例えば１８としてもよい。
【００３２】
シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００３３】
吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、吸気側には、吸気弁２１の動作モードを、第１モードと第２モードとに切り替える可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable ValveLift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable ValveTiming）と称する）７２と、が設けられている。第１モードと第２モードとは、カムプロフィールが互いに異なる。ＶＶＬ７１とＶＶＴ７２とを含んで、吸気弁２１の駆動機構が構成される。また、排気側には、排気弁２２の動作モードを、通常モードと特殊モードとに切り替えるＶＶＬ７３と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能なＶＶＴ７４と、が設けられている。ＶＶＬ７３とＶＶＴ７４とを含んで、排気弁２２の駆動機構が構成される。吸気弁２１及び排気弁２２の駆動機構の構成の詳細は、後述する。
【００３４】
シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン上面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００３５】
図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。
【００３６】
シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。
【００３７】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。
【００３８】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。
【００３９】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８に導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ／ウォーマ３４及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。
【００４０】
排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。尚、このエンジン１は、ＮＯｘ浄化触媒を備えていない。
【００４１】
吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。
【００４２】
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。
【００４３】
ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。
【００４４】
ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気側のＶＶＬ７１及びＶＶＴ７２、排気側のＶＶＬ７３及びＶＶＴ７４、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。
【００４５】
（弁駆動機構の構成）
吸気側のＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロフィールの異なる２種類の第１及び第２カム、並びに、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムは、図３の（ａ）において実線で示すリフトカーブ２１１、２１２となるように、二つのカム山を有するカムプロフィールであり、第２カムは、図３（ｂ）において実線で示すリフトカーブ２１２となるように、一つのカム山を有するカムプロフィールである。尚、図３に示すカムプロフィールは、一例である。
【００４６】
ロストモーション機構が、第１カムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、図３（ａ）に実線で例示するように、吸気弁２１は、例えば膨張行程に開弁しかつ、排気行程の初期に閉弁する、相対的にリフト量の小さい先行開弁２１１を行うと共に、吸気行程において、相対的にリフト量の大きい主開弁２１２を行う第１モードで作動をする。先行開弁２１１は、少なくとも膨張行程の後半において吸気弁２１を開弁状態にするため、気筒１８内の高温のガスの一部が吸気ポート１６に排出され、排出された高温ガスは、主開弁２１２によって吸気弁２１を開弁したときに、新気と共に気筒１８内に再導入される。こうして、第１モードでは、先行開弁２１１を行うことにより、排気ガス（既燃ガス）の一部が、実質的に、気筒１８内に残留することになる（つまり、内部ＥＧＲ制御）。これに対し、ロフトモーション機構が、第２カムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、図３（ｂ）に実線で例示するように、吸気弁２１は、先行開弁を行わずに、吸気行程において主開弁２１２を行う第２モードで作動をする。先行開弁２１１を行わないため、第２モードでは、吸気ポート１６を通じた排気ガスの再導入はない。ＶＶＬ７１の第１モードと第２モードとは、エンジン１の運転状態に応じて切り替えられる。第１モードと第２モードとの切り替えについては、後述する。
【００４７】
尚、先行開弁２１１の開閉時期、リフト量、開弁期間（作用角）は、要求される筒内温度に応じて、適宜設定される。先行開弁２１１の開時期は、膨張行程中で適宜設定すればく、例えば膨張行程後半にしてもよい。先行開弁２１１の閉時期は、膨張行程中に設定してもよいし、排気行程の前半に設定してもよい。後述の通り、ポンプ損失を低減する上では、先行開弁２１１は、排気行程中に閉弁することが望ましい。先行開弁２１１によって、気筒１８内の圧力が高い状態で、筒内のガスが吸気ポート１６に排出される。このため、主開弁２１２によって導入される新気量は、圧力の高いガスによって制限されるようになる。先行開弁２１１の開弁時期、リフト量及び開弁期間は、新気の導入量も考慮して設定することが好ましい。
【００４８】
排気側のＶＶＬ７３における第１カムのカムプロフィールは、図３（ａ）（ｂ）に破線で例示するように、リフトカーブにおける閉弁側に、クランク角の進行に対してリフトを略一定に維持するリフト棚部２２２を有するカムプロフィールであり、第２カムのカムプロフィールは、図示を省略するが、リフト棚部を有さずに、一つのカム山を有するカムプロフィールである。
【００４９】
ロストモーション機構が、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図３（ａ）（ｂ）に破線で例示するように、排気弁２２は、開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト棚部２２２において所定リフト量を維持した上で、閉弁に至る特殊モードで作動をする。これに対し、ロストモーション機構が、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図示は省略するが、排気弁２２は開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト量が次第に小さくなって、そのまま閉弁する通常モードで作動をする。ＶＶＬ７３の通常モードと特殊モードとは、エンジン１の運転状態に応じて切り替えられ、具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する際に利用され、通常モードは、それ以外のときに利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７３を通常モードで作動させることを、「ＶＶＬ７３をオフにする」といい、ＶＶＬ７３を特殊モードで作動させ、内部ＥＧＲ制御を行うことを、「ＶＶＬ７３をオンにする」という場合がある。
【００５０】
ここで、図３（ａ）（ｂ）を参照しながら、排気側のＶＶＬ７３における第１カムのカムプロフィールについて、さらに詳細に説明をする。図３（ａ）の破線は、排気弁２２の閉時期の位相を最も遅角側に設定したときの、排気弁２２のリフトカーブ２２１に相当し、図３（ｂ）の破線は、排気弁２２の閉時期の位相を最も進角側に設定したときの、排気弁２２のリフトカーブ２２１に相当する。第１カムは、前述の通り、そのリフトカーブ２２１における閉弁側にリフト棚部２２２を有するように構成されている。ここで、リフトカーブ２２１における閉弁側とは、リフトカーブ２２１におけるピークを挟んだ両側を、開弁側と閉弁側とに分けたときの閉弁側に相当する。図３（ａ）に示すように、ＶＶＴ７４によって排気弁２２の閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は、吸気行程の、少なくとも前半に位置するようになる。ここでいう「前半」は、吸気行程を前半と後半とに２等分したときの前半に相当する。従って、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、吸気行程時に排気弁２２が開弁することに伴い、気筒１８内に戻される。こうして、排気ガスの一部が、実質的に、気筒１８内に残留することになる（つまり、内部ＥＧＲ制御）。
【００５１】
リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークよりも低いリフト量に設定されている。図３（ａ）に示すように、ＶＶＴ７４によって排気弁２２の開閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は上死点に位置する場合がある。そのため、この実施形態では、リフト棚部２２２のリフト量は、上死点に位置するピストン１４の上面と干渉しない限度において、最大リフト量Ｌｅｘｍａｘとなるように設定される（図３（ｂ）参照）。こうすることで、内部ＥＧＲの最大量を、できるだけ多い量に設定することが可能になる。例えば、リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークにおけるリフト量に対して、１／２以下の範囲で、適宜、設定することが可能である。内部ＥＧＲの最大量を、できるだけ多い量に設定する上では、リフト棚部２２２のリフト量は、最大リフト量Ｌｅｘｍａｘで一定にすることが望ましい。しかしながら、リフト棚部２２２のリフト量は、クランク角の進行に対してリフト量が実質的に維持される限度において、若干大きくなるように変化させてもよいし、又は、若干小さくなるように変化させてもよい。リフト棚部２２２は、クランク角の進行に対してリフト量の変化率が所定以下となる部分、ということが可能である。尚、リフト棚部２２２におけるリフト量の変化は、クランク角の進行に対して連続的であっても、段階的であってもよい。
【００５２】
また、リフト棚部２２２の長さ（つまり、クランク角の進行方向の長さ）は、設定可能な最大リフト量Ｌｅｘｍａｘに基づいて、要求される最大の内部ＥＧＲガス量を満足することができるように設定される。ここで、図３（ａ）に示すように、リフト棚部２２２の最進角位置は、排気弁２２の閉時期を最も遅角したときに、上死点に位置するように設定される。そのため、要求される最大の内部ＥＧＲガス量を満足させるべく、内部ＥＧＲガス量を増やすためには、リフト棚部２２２の長さを遅角側に延ばすことになる。その結果、排気弁２２の閉時期は遅角側に設定されるようになる。また、リフト棚部２２２の長さを遅角側に延ばすことに伴い、排気弁２２の開閉時期の位相変更量も大きくなる。
【００５３】
尚、吸気側において、第１モードと第２モードとを切り替えるようにリフト特性を変更する機構としては、前述した第１カムと第２カムとの切り替えに限らない。吸気弁２１の開閉を、油圧の給排を制御することによって制御する油圧駆動式の動弁系を採用してもよい。また、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。同様に、排気側においても、通常モードと特殊モードとを切り替えるようにリフト特性を変更する機構としては、前述した第１カムと第２カムとの切り替えに限らず、油圧駆動式の動弁系を採用してもよいし、電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。
【００５４】
また、排気弁２２の特殊モードにおいては、図３に示すように、排気行程での開弁後、リフト棚部２２２を通じて開弁状態を維持した上で、吸気行程で閉弁するようなカムプロフィールの代わりに、排気行程での開弁後に一旦閉弁をした後、吸気行程で再び開弁するようなカムプロフィールを採用してもよい。
【００５５】
吸気側及び排気側のＶＶＴ７２、７４はそれぞれ、液圧式、又は、電動式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。この実施形態では、内部ＥＧＲガス量の調整に係る位相の変更速度を高くするために、少なくとも排気側は、電動式のＶＶＴ７４を採用している。
【００５６】
前述の通り、内部ＥＧＲガス量の調整に関しては、排気弁２２の開閉時期の位相のみを変更する（図３（ａ）（ｂ）の矢印参照）一方で、吸気弁２１の開閉時期の位相は変更しない。但し、吸気弁２１は、後述の通り、内部ＥＧＲガス量の調整に関して、第１モードと第２モードとの切り替えを行う。尚、内部ＥＧＲガス量の調整をするために、吸気弁２１の動作モードを第１モードと第２モードとで切り替えることに加えて、ＶＶＴ７２により、開閉時期の位相を変更するようにしてもよい。
【００５７】
図３（ａ）は、ＶＶＬ７３をオンにした排気弁２２の、開閉時期の位相を最も遅角側に設定した状態を示している。排気弁２２の閉時期が排気上死点後の遅閉じとなる。図３（ａ）では、吸気弁２１を第１モードで作動させることと相俟って、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガス量は最大となる。また、前述したように、吸気弁２１を第１モードで作動させることにより、新気の導入量が制限されると共に、吸気行程中の排気弁２２の開弁によっても、新気の導入は、制限される。従って、図３（ａ）に示す状態では、スロットル弁３６を絞らなくても、気筒１８内への新気の導入は大幅に制限される。
【００５８】
図３（ｂ）は、排気弁２２の開閉時期の位相を最も進角側に設定した状態を示している。排気弁２２の閉時期が排気上死点付近となる。図３（ｂ）では、吸気弁２１を第２モードで作動させることから、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガス量は最小となる。この「排気ガスの量が最小になる」ことには、気筒１８内に導入される排気ガスの量が実質的にゼロになること、つまり、内部ＥＧＲガス量が実質的にゼロになることを含む。排気弁２２の閉時期は、図３（ａ）に示す最遅角位置から、図３（ｂ）に示す最進角位置までの間を連続的に変更される。詳細は後述するが、内部ＥＧＲガス量を大から小へと変更するときには、排気弁２２の閉時期の位相を、遅角側から進角方向に変更すると共に、吸気弁２１の動作モードを第１モードから第２モードへと切り替える。逆に、内部ＥＧＲガス量を小から大へと変更するときには、排気弁２２の閉時期の位相を、進角側から遅角方向に変更すると共に、吸気弁２１の動作モードを第２モードから第１モードへと切り替える。
【００５９】
また、図３（ｂ）に示すように、排気弁２２の閉時期の位相を最進角することによって、気筒１８内に導入される新気量は増える。つまり、排気弁２２の閉時期の位相を変更することは、スロットル制御を行わなくても、気筒１８内に導入される新気量を調整することを可能にする。
【００６０】
このように本構成では、いわゆる排気弁２２の二度開きを行うだけではなく、その排気弁２２の二度開きに加えて、吸気弁２１の動作モードを第１モードと第２モードとで切り替えることにより、内部ＥＧＲガスによって、気筒１８の温度状態を適切な状態に調整することが可能になる。
【００６１】
つまり、従来の動弁系の構成では、図４（ａ）（ｂ）の下図において、実線又は破線で例示するように、排気行程中に開弁する排気弁２２を、吸気行程中まで開弁したままにする、いわゆる排気弁２２の二度開きのみを行うことによって、内部ＥＧＲ制御が行われていた。排気弁２２の二度開きにおいて、内部ＥＧＲガス量を増やそうとすれば、吸気行程中に開弁する排気弁２２のリフト量（つまり、再開弁時のリフト量）を大きくする必要があるが、排気弁２２の再開弁時のリフト量は、上死点に位置するピストン１４との干渉を回避するために、それほど大きくすることができない。特にこのエンジン１は、前述したように幾何学的圧縮比が高く設定されており（幾何学的圧縮比ε＝１５以上、例えば１８）、ピストン１４が上死点に至ったときの、ピストン１４の上面と燃焼室の天井面との距離が短い。このため、ピストン１４との干渉を回避しようとすれば、排気弁２２の再開弁時のリフト量は小さくしなければならない。従来構成では、内部ＥＧＲガス量の最大量を増やすことは、エンジン１の構造上、困難であった。尚、吸気行程中に開弁する吸気弁２１を、排気行程中から開弁する、いわゆる吸気弁２１の二度開きを行うことによって、内部ＥＧＲ制御を行うことも可能であるが、その場合も、排気弁２２の二度開きと同様に、排気行程中に開弁する吸気弁２１のリフト量（つまり、先行開弁時のリフト量）は、上死点に位置するピストン１４との干渉を回避するために、それほど大きくすることができないため、内部ＥＧＲガス量の最大量を増やすことは、困難である。
【００６２】
これに対し、前述した構成では、排気弁２２のリフトカーブ２２１において、リフト棚部２２２を設けることで、排気ポート１７を通じた内部ＥＧＲガスの導入を行うと共に、吸気弁２１の先行開弁を行うことによって、吸気ポート１６を通じた内部ＥＧＲガスの導入を行う。吸気側でも内部ＥＧＲガスの導入を行う分、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量を増やすことが可能になる。
【００６３】
また、詳細は後述するが、エンジン１の運転状態が所定の低負荷状態にあるときに、内部ＥＧＲガス量を最大にすることで、気筒１８内の温度状態を高め、それによって自着火燃焼の着火性及び安定性を高める。前述したように、吸気弁２１の先行開弁は、膨張行程において開弁をするため、比較的高温のガスの一部が吸気ポート１６に排出され、その高温のガスが新気と共に、気筒１８内に再導入される。このため、気筒１８内の温度状態を高くする上で有利になる。
【００６４】
こうして、吸気弁２１の先行開弁を行うことにより、排気弁２２のリフト棚部２２２のリフト量Ｌｅｘｍａｘを小さくすることが許容される。これは、幾何学的圧縮比が高くて、ピストン１４が上死点に至ったときのピストン１４の上面と燃焼室の天井面との距離が短いエンジンにおいて、気筒１８内の、高い温度状態を確保可能にする上で有利な構成である、ということができる。
【００６５】
また、吸気弁２１の先行開弁の有無を切り替えることにより、気筒１８内の温度状態を大きく変更することが可能であるから、排気弁２２の開閉時期の位相を変更することによって、気筒１８内の温度状態を調整するものの、その位相変更幅を、短くすることが可能になる。これは、排気弁２２のリフト棚部２２２の長さを短くすることに相当する。詳細は後述するが、本構成は、内部ＥＧＲガス量を大から小へ、又は、小から大へ変更する速度が、従来構成よりも高くなる。
【００６６】
また、本構成は、ポンプ損失を低減する点でも、従来の、排気弁２２の二度開き構成よりも有利になる。先ず、図４（ａ）は、同図の下図に実線で示す排気弁２２のリフトカーブ及び実線で示す吸気弁２１のリフトカーブのときの、気筒１８内の圧力変化（破線）、吸気側の圧力変化（一点鎖線）、及び排気側の圧力変化（実線）を例示している。図４（ａ）は、従来構成において、内部ＥＧＲガス量が多いときの状態を示している。排気弁２２の二度開きを行う従来構成では、同図下図に実線で示すように、排気弁２２の開閉時期を遅角させることに伴い、膨張下死点以降において、排気弁２２が開弁するようになる。従って、排気行程の初期は、排気弁２２が閉弁しているため、気筒１８内のガスが再圧縮される（図４（ａ）上図の破線参照）。これは、内部ＥＧＲガスの温度を高めて、大量の内部ＥＧＲガスが要求されるときに、気筒１８内の温度状態を高める上では有利なものの、ポンプ損失を増大させる（図５（ａ）の破線も参照）。
【００６７】
これに対し、本構成において内部ＥＧＲガス量が多いときの状態は、例えば図３（ａ）で示され、排気弁２２の開弁時期は遅角されるものの、吸気弁２１の先行開弁によって、排気行程の初期には、少なくとも吸気弁２１が開弁することになる。これにより、ポンプ損失が増大することが回避される（図５（ａ）の実線参照）。一方で、前述したように、吸気弁２１の先行開弁によって高温の内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することが可能であるから、再圧縮を実質的に行わなくても、気筒１８内の温度状態を高くすることが可能になる。
【００６８】
次に、図４（ｂ）は、内部ＥＧＲガス量が少ないときの状態を示しており、排気弁２２の二度開きを行う従来構成では、排気弁２２は、吸気行程の中期（この「中期」は、吸気行程を初期、中期、終期の３等分したときの中期である）に閉弁する一方、吸気弁２１が、その吸気行程の中期で開弁する。この場合、ピストン１４が下降する吸気行程中で、吸気弁２１及び排気弁２２の両方がほぼ閉弁した状態となることから、同図の上図に白抜き矢印で示すように、気筒１８内の負圧が大きくなる。特に、吸気行程の中期は、ピストン１４の下降速度が最も高く、単位時間当たりの気筒１８内の容積変化が大きい。このことから、図５（ｂ）のｐ−ｖ線図に破線で示すように、マイナスの仕事が大きくなってポンプ損失が増大し易い。
【００６９】
また、従来構成では、排気弁２２の開閉時期の位相を変更することだけで、内部ＥＧＲガス量の変更を行うため、その位相変更幅が比較的長く、その結果、リフト棚部の長さが比較的長くなる。これにより、排気行程の中期から終期にかけて、排気弁のリフト量が制限された状態が継続するようになり、その分、圧力損失が増大することになる（図４（ｂ）上図の白抜き矢印参照）。
【００７０】
これに対し、本構成において内部ＥＧＲガス量が少ないときの状態は、例えば図３（ｂ）で示され、吸気弁２１及び排気弁２２が共に閉弁する（又は、ほぼ閉弁する）時期が一致する場合、その時期は、上死点付近に設定される。上死点付近では、ピストン１４の下降速度が低いため、気筒１８内の負圧が大きくならないと共に、単位時間当たりの気筒１８内の容積変化も小さい。このため、図５（ｂ）に示すｐ−ｖ線図に実線で示すように、ポンプ損失が生じ難い。
【００７１】
また、前述したように、本構成では、排気弁２２のリフト棚部２２２の長さが、従来構成と比較して短くなるため、排気行程中において、排気弁２２のリフト量が制限された状態も短くなる。その結果、図５（ｂ）に示すｐ−ｖ線図に実線で示すように、圧力損失が減る。
【００７２】
尚、前述したように、吸気弁２１及び排気弁２２のカムプロフィールは、図例に限定されるものではない。エンジン１について要求される内部ＥＧＲの最大量に応じて、吸気弁２１の先行開弁２１１の開時期やリフト量は変更されると共に、排気弁２２のリフト棚部のリフト量や長さは変更される。
【００７３】
（エンジンの運転制御）
図６は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、制御自着火（Controlled Auto Ignition：ＣＡＩ）によって燃焼を行う。図６の例では、実線で示す燃焼切替負荷よりも低い領域が、ＣＡＩ燃焼を行う自着火領域（ＣＡＩ）に対応する。
【００７４】
エンジン１の負荷が高くなるに従って、ＣＡＩ燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、ＣＡＩ燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火（ここでは火花点火Spark Ignition：ＳＩ）による燃焼に切り替える。図６の例では、実線で示す燃焼切替負荷以上の領域が、火花点火燃焼を行う火花点火領域（ＳＩ）に対応する。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、ＣＡＩモードと、ＳＩモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
【００７５】
図７は、エンジン回転数が低回転側の所定回転数で一定のときの、エンジン１の負荷の高低に対するＥＧＲ率の変化（つまり、気筒１８内のガス組成の変化）を示している。以下、気筒１８内のガス組成の変化について、低負荷側から高負荷側に向かって順に説明する。
【００７６】
（最低負荷から特定負荷Ｔ１まで）
特定負荷Ｔ１までの低負荷領域は、ＣＡＩモードの低負荷域に相当し、ＣＡＩ燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。これは、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度（つまり、ピストン１４が圧縮上死点に至ったときの気筒１８内の温度）を高め、低負荷域におけるＣＡＩ燃焼の着火性及び安定性を高める。
【００７７】
ＣＡＩモードにおいては、スロットル弁３６の開度を全開に維持した状態で、内部ＥＧＲガス量の調整を行い、それと共に新気量も調整する。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、特定負荷Ｔ１までの低負荷領域では、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒｍａｘに設定する。後述するように、特定負荷Ｔ１以上の負荷領域では、エンジン１の負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率が低くなるように設定するが、特定負荷Ｔ１よりもエンジン１の負荷が低いときには、エンジン１の負荷の高低に拘わらず、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒｍａｘで一定にする。ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒｍａｘに制限することは、ＥＧＲ率を、それ以上に高くして気筒１８内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒１８内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始時のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうためである。
【００７８】
つまり、排気ガスは、三原子分子であるＣＯ２やＨ２Ｏを多く含んでおり、窒素（Ｎ２）や酸素（Ｏ２）を含む空気と比較して、比熱比が高い。そのため、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に導入する排気ガスが増えたときには、気筒１８内のガスの比熱比は低下する。
【００７９】
排気ガスの温度は、新気と比較して高いため、ＥＧＲ率が高くなるほど、圧縮開始時の気筒１８内の温度は高くなる。しかしながら、ＥＧＲ率が高くなるほど、ガスの比熱比が低下することから、圧縮をしてもガスの温度がそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度は、所定のＥＧＲ率ｒｍａｘで最高となり、ＥＧＲ率をそれより高めても、圧縮端温度は低くなる。
【００８０】
そこで、このエンジン１においては、圧縮端温度が最も高くなるＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒｍａｘに設定している。そして、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ１よりも低いときには、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒｍａｘに設定し、そのことにより、圧縮端温度が低下してしまうことを回避している。この最高ＥＧＲ率ｒｍａｘは、５０〜９０％に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒｍａｘは、高い圧縮端温度を確保することができる限度において、できるだけ高く設定してもよく、好ましくは、７０〜９０％である。このエンジン１は、高い圧縮端温度が得られるように、幾何学的圧縮比を１５以上の高い圧縮比に設定している。こうして、できる限り高い圧縮端温度を確保するように構成しているエンジン１においては、最高ＥＧＲ率ｒｍａｘは、例えば８０％程度に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒｍａｘを、できるだけ高く設定することは、エンジン１の未燃損失の低減に有利になる。つまり、エンジン１の負荷が低いときには未燃損失が高くなり易いため、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ１よりも低いときにＥＧＲ率をできるだけ高く設定することは、未燃損失の低減による燃費の向上に極めて有効である。一方で、前述したように、吸気弁２１の先行開弁２１１によって、高温の排気ガスを気筒１８内に導入する結果、低いＥＧＲ率で所望の圧縮端温度を達成可能であれば、最高ＥＧＲ率ｒｍａｘを低めに設定してもよい。こうすることで、気筒１８内に導入される新気量が増えるため、低負荷領域における燃焼の安定性に有利になる場合がある。
【００８１】
この特定負荷Ｔ１よりも低い領域では、具体的には、図３（ａ）に示すように、吸気側のＶＶＬ７１は、吸気弁２１を第１モードで駆動すると共に、排気側のＶＶＴ７４は、ＶＶＬ７３をオンにした排気弁２２の閉時期の位相を最も遅角側に設定する。このことで、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量が最大となるようにする。こうして、このエンジン１においては、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ１よりも低いときに、高い圧縮端温度を確保することにより、ＣＡＩ燃焼の着火性及び燃焼安定性を確保するようにしている。
【００８２】
尚、この特定負荷Ｔ１よりも低い領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程前半までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射する。このことにより、気筒１８内に均質な混合気を形成する。
【００８３】
（特定負荷Ｔ１から所定負荷Ｔ２まで）
特定負荷Ｔ１から所定負荷Ｔ２までの領域では、混合気の空気過剰率λを１よりも大きくする。従って、図７において一点鎖線で示すλ≒１のラインよりも気筒１８内に導入される新気量は増えかつ、気筒１８内に導入される排気ガス量（ここでは、内部ＥＧＲガス量）はλ≒１のラインよりも減る。混合気の空気過剰率λは、２．４以上のリーンにすることが好ましい。混合気をリーンにすることは、熱効率を高めて燃費の向上に有利になると共に、空気過剰率λを２．４以上にすることで、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される。これは、ＮＯｘ浄化触媒を備えていない本エンジン１において、排気エミッション性能を確保することを可能にする。尚、所定負荷Ｔ２と、後述する切替負荷Ｔ３との間には、混合気の空気過剰率λを徐変する区間を設けている。
【００８４】
特定負荷Ｔ１を超える領域において、エンジン１の負荷が高まるに従い燃料噴射量は増大するため、空気過剰率λを、前述のように２．４以上に維持する上で、必要な新気量は次第に多くなり、それに伴い、ホットＥＧＲガス量は次第に少なくなる。エンジン１の負荷が低いときには、ホットＥＧＲガスの導入量を増やすことによって圧縮開始時の気筒１８内の温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くし、圧縮自着火の着火性を高めると共に、圧縮自着火燃焼の安定性を高める上で有利である。一方、エンジン１の負荷が高くなれば、気筒１８内の温度状態が高まる。そのため、ホットＥＧＲガスの導入量は少なくしても、圧縮自着火の着火性及び安定性は確保可能である。
【００８５】
このＣＡＩ領域における、エンジン１の負荷に対応したホットＥＧＲガスの導入量の調整は、吸気弁２１を第１モードで動作しつつ、排気弁２２の閉時期の位相を調整することによって行われる（図３（ａ）参照）。すなわち、エンジン１の負荷が上昇するに従い、ＥＧＲ率を高から低へ変更するときには、排気弁２２の閉時期の位相を進角方向に変更する。逆に、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を低から高へ変更するときには、排気弁２２の閉時期の位相を遅角方向に変更する。また、排気弁２２の閉時期の位相を調整することによって、気筒１８内に導入される新気量の調整も行われる。
【００８６】
（所定負荷Ｔ２から切替負荷Ｔ３まで）
ＣＡＩモードにおいて所定負荷Ｔ２以上の負荷領域、すなわち、ＣＡＩモード内の高負荷側領域では、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能を確保することが可能になる。
【００８７】
この高負荷側の領域では、気筒１８内の温度状態がさらに高くなるため、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に維持しつつ、気筒１８内にホットＥＧＲガスを導入したのでは、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎて、過早着火等の異常燃焼が生じたり、ＣＡＩ燃焼時に気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄθ）が急峻になって燃焼騒音の問題が生じたりする虞がある。そこで、所定負荷Ｔ２から切替負荷Ｔ３までの領域では、ホットＥＧＲガスと共に、クールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。クールドＥＧＲガスは、基本的には、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガスである。尚、ＥＧＲクーラ５２をバイパスした外部ＥＧＲガスを、クールドＥＧＲガスに含んでもよい。
【００８８】
また、ＣＡＩモードの高負荷側の領域では、吸気側のＶＶＬ７１によって、吸気弁２１の動作モードを、第１モード（図３（ａ）参照）と第２モード（図３（ｂ）参照）との間で切り替える。つまり、ＣＡＩモードの高負荷側の領域では、吸気弁２１の動作モードを第２モードにする。第２モードでは、先行開弁を行わないため、吸気ポート１６を通じた内部ＥＧＲガスの導入が実質的にゼロになる。そのため、ＣＡＩモードの高負荷側の領域では、ホットＥＧＲガス量は大幅に少なくなる。また、先行開弁を行わないため、内部ＥＧＲガスの温度も相対的に低くなる。
【００８９】
こうして、ＣＡＩモードの高負荷側の領域では、ホットＥＧＲガス量が少なくかつ、温度が低下することと、クールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することとが組み合わさって、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。尚、ＣＡＩモードにおいては、後述するＳＩモードとは異なり、燃焼安定性に関連するＥＧＲ率の制限が無い。そのため、混合気の空気過剰率λを実質的に１に設定しつつ、ＥＧＲ率を可能な限り高くすることが可能である。ＥＧＲ率を高くすることはまた、ＣＡＩモードの高負荷側の領域において、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。
【００９０】
ＣＡＩモードにおいて、吸気弁２１の動作モードを第１モードと第２モードとで切り替えることで、先行開弁２１１の有無を切り替えることは、エンジン１の負荷が低い領域では、少ない内部ＥＧＲガス量で筒内温度を高めつつ、新気量を増やして、ＣＡＩ燃焼の着火性及び／又は安定性に有利になる一方で、エンジン１の負荷が高い領域では、内部ＥＧＲガス量を大きく減らして筒内温度を下げることで、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる、ということができる。
【００９１】
尚、吸気弁２１の動作モードの切り替えを、ここでは、所定負荷Ｔ２と切り替え負荷Ｔ３までの間で行っているが、特定負荷Ｔ１から所定負荷Ｔ２までの間で、吸気弁２１の動作モードの切り替えを行うようにしてもよい。
【００９２】
所定負荷Ｔ２から切替負荷Ｔ３までの間における、エンジン１の負荷に対応したホットＥＧＲガスの導入量の調整は、吸気弁２１を第２モードで動作しつつ、排気弁２２の閉時期の位相を調整することによって行われる（図３（ｂ）参照）。
【００９３】
切替負荷Ｔ３は、ＣＡＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、切替負荷Ｔ３以上の高負荷側においてはＳＩモードとなる。ＣＡＩモードにおいては、排気側のＶＶＬ７３をオンにして内部ＥＧＲガス（つまりホットＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する一方で、ＳＩモードでは、排気側のＶＶＬ７３をオフにして内部ＥＧＲガスの導入を中止する。従って、切替負荷Ｔ３を境にして、排気側のＶＶＬ７３のオンオフが、切り替わる。
【００９４】
（切替負荷Ｔ３から最大負荷Ｔｍａｘまで）
切替負荷Ｔ３よりも負荷の高い領域はＳＩモードに相当する。このＳＩ領域では、前述したように、ホットＥＧＲガスをゼロにし、クールドＥＧＲガスのみを気筒１８内に導入する。
【００９５】
ＳＩモードでは、基本的には、スロットル弁３６の開度を全開に維持しかつ、ＥＧＲ弁５１１の開度を、エンジン負荷に応じて変更する。こうして、ＳＩモードにおいては、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する条件下でＥＧＲ率を最大に設定している。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。ＥＧＲ弁５１１は、具体的には、エンジン負荷の上昇に従い次第に閉じ、全開負荷では閉弁する。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒１８内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。
【００９６】
ＳＩ燃焼においては、気筒１８内に導入する排気ガスの量が多すぎると燃焼安定性が低下してしまう。そのため、ＳＩ燃焼において設定可能な最高のＥＧＲ率（つまり、ＥＧＲ限界）が存在する。前述の通り、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定するため、エンジン負荷の高低に応じてＥＧＲ率は連続的に変化し、ＳＩモードにおいてエンジン負荷が低いときには、燃料量が少なくかつ、新気量が少なくなることで、ＥＧＲ率は高くなり得るものの、切替負荷Ｔ３から所定負荷Ｔ４までは、ＥＧＲ率はＥＧＲ限界に制限する。従って、切替負荷Ｔ３から所定負荷Ｔ４までの間は、ＥＧＲ率はＥＧＲ限界で一定になる、こうして、ＥＧＲ率がＥＧＲ限界によって制限されると、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する上で、気筒１８内に導入する新気量を減らさなければならない。ここでは、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせることによって、気筒１８内に導入する新気量を減らしている。尚、吸気弁２１の閉弁時期の制御の代わりに、例えばスロットル弁３６の開度制御を行っても、気筒１８内に導入する新気を減らすことが可能である。但し、吸気弁２１の閉弁時期を制御することは、ポンプ損失の低減に有利である。
【００９７】
（エンジン負荷の変化に伴う内部ＥＧＲガス量の調整）
前述の通り、ＣＡＩモードにおいては、エンジン負荷の高低に従って内部ＥＧＲガス量を変更する。本構成では、吸気側のＶＶＬ７１によって、吸気弁２１の動作モードを第１モードと第２モードとの間で切り替えることと、排気側のＶＶＴ７４によって、ＶＶＬ７３をオンにした排気弁２２の開閉時期の位相を調整することで、内部ＥＧＲガス量の調整を行う。このため、例えば排気弁２２の二度開きを行う従来構成において排気弁２２の開閉時期の位相の調整のみを行う構成とは異なり、内部ＥＧＲガス量の調整に係る応答性が高くなるという利点がある。この点について、図８のタイムチャートを参照しながら説明をする。
【００９８】
図８の左側の各図は、排気弁２２の二度開きを行う従来構成において、エンジン１の負荷が、図８に示すＴ１〜Ｔ２の間の所定の当初負荷から、Ｔ２〜Ｔ３の間の所定の目標負荷まで上昇するときの、（ａ）排気弁２２の位相変更、（ｂ）気筒１８内のガス組成の変化、（ｃ）燃料量の変化、及び（ｄ）ポンプ損失の変化をそれぞれ示している。各図の横軸は時間である。排気弁２２の二度開きを行う従来構成では、排気弁２２の位相を、Ｐｅｘ０からＰｅｘ１まで進角側に変更することによって、内部ＥＧＲガス量が当初負荷時のｒ０から目標負荷時のｒ１まで、連続的に少なくなる。排気弁２２の位相の変更速度、つまり、図８（ａ）のタイムチャートにおける直線の傾きは、排気弁２２のＶＶＴ７４の駆動速度（言い換えると、ハードウエア限界）に対応する。
【００９９】
内部ＥＧＲガス量が少なくなるに従い、気筒１８内の空気量は増える（同図（ｂ）参照）。また、エンジン１の負荷の増大に伴い、燃料量も次第に増大する（同図（ｃ）参照）。ポンプ損失は、排気弁２２の位相が遅角側のＰｅｘ０に設定された状態では比較的高くなる一方、その状態から排気弁２２の位相が進角するに従い、次第に低下する。そうして排気弁２２の位相が所定の位相となった時点で、ポンプ損失は最低になり、排気弁２２の位相がＰｅｘ１に向かってさらに進角するに従って、ポンプ損失は次第に増えるようになる（同図（ｄ）参照）。
【０１００】
図例では、エンジン１の負荷が目標に至る途中で、リーンから理論空燃比への切り替え負荷に到達することから、燃料量は、それまでのリーン空燃比に係る燃料量から、理論空燃比に係る燃料量へと切り替わる。燃料量の切り替え後も、排気弁２２の開弁時期の変更は継続することで、内部ＥＧＲガス量は次第に減少する一方、外部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入される。
【０１０１】
そうして、時刻ｔ１において、排気弁２２の位相がＰｅｘ１に到達することにより、内部ＥＧＲガス量が、エンジン１の目標負荷に対応するｒ１に到達することになる。このように、エンジン１の負荷を当初負荷から目標負荷にするためには、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量を、当初のｒ０から目標のｒ１へと変更する必要があるが、排気弁２２の二度開きを行う従来構成では、排気弁２２の位相のみを変更して内部ＥＧＲガス量の調整を行うため、排気弁２２の位相変更量が多く（Ｐｅｘ１−Ｐｅｘ０）、エンジン１の状態が、目標負荷に対応する状態にまで変化するために、時刻ｔ０からｔ１までの比較的長い時間を要することになる。これは、例えば加速性能の低下を招く。
【０１０２】
これに対し、本構成では、前述の通り、排気弁２２の位相を変更することに加えて、吸気弁２１の動作モードを切り替えることで、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量を調整する。図８の右図は、左図と同様に、エンジン１の負荷が、当初負荷から目標負荷まで上昇するときの、（ｅ）排気弁２２の位相変更、（ｆ）吸気弁２１の動作モード、（ｇ）気筒１８内のガス組成の変化、（ｈ）燃料噴射量の変化、及び（ｉ）ポンプ損失の変化をそれぞれ示している。
【０１０３】
図例では、吸気弁２１を第１モードで作動させつつ、排気弁２２の位相を、Ｐｅｘ０から進角側に変更することによって、内部ＥＧＲガス量が当初負荷時のｒ０から次第に少なくなる。排気弁２２の位相の変更速度は、排気弁２２のＶＶＴ７４の駆動速度（つまり、ハードウエア限界）に対応するため、排気弁２２の位相の変更に関し、図８（ｅ）における直線の傾きは、同図（ａ）における直線の傾きと同じである。
【０１０４】
排気弁２２の位相が所定の位相にまで変更され、それによって、内部ＥＧＲガス量が所定量になれば、時刻ｔ２において混合気を理論空燃比に切り替える。空燃比の切り替えに合わせて、吸気弁２１の動作モードを、第１モードから第２モードに切り替える。吸気弁２１を第２モードに切り替えることに伴い、内部ＥＧＲガス量はｒ２に急減することになる。尚、時刻ｔ２において、外部ＥＧＲガスの導入が開始する。
【０１０５】
その後も、排気弁２２の位相変更が継続され、それに伴い、内部ＥＧＲガス量も次第に減少する。そうして、時間ｔ３において、排気弁２２の位相がＰｅｘ２に到達することにより、内部ＥＧＲガス量が、エンジン１の目標負荷に対応するｒ１に到達することになる。
【０１０６】
このように、本構成では、吸気弁２１を第２モードに切り替えることで内部ＥＧＲガス量を減らすことが可能であるから、排気弁２２の位相の変更量を、従来構成よりも少なくすることが可能になる（Ｐｅｘ１＞Ｐｅｘ２）。その結果、エンジン１の負荷が、目標負荷にまで変化するために必要な時間が、従来構成よりも短くなる。図例では、排気弁２２の位相の変更量が、従来構成の約半分であり、エンジン１の負荷の変化に必要な時間が、従来構成の約半分になっている。こうして、従来構成と比較して短い時間で、目標の内部ＥＧＲガス量へと変更することが可能になる結果、エンジン１の負荷の変化に係る応答性が高まる。
【０１０７】
尚、エンジン１の負荷が高負荷側から低負荷側へと低下するときには、前記とは逆になるが、この場合も、従来構成と比較して、短い時間で目標の内部ＥＧＲガス量へと変更することが可能であるから、エンジン１の負荷の変化に係る応答性が高まる。
【０１０８】
ここで、ポンプ損失に関し、本構成では、内部ＥＧＲガス量が多い状態（時刻ｔ０）では、前述したように、膨張行程から排気行程にかけて、吸気弁２１の先行開弁を行うことで、従来構成と比較してポンプ損失は低くなると共に、吸気弁２１の動作モードが第２モードに切り替わって先行開弁を行わなくなれば、排気弁２２の開閉時期が進角していることで、膨張行程から排気行程にかけて、排気弁２２が開弁することになり、内部ＥＧＲガス量が少なくなってもポンプ損失を低減することが可能になる。
【０１０９】
次に、図９、１０のタイムチャートを参照しながら、吸気弁２１の動作モードを第１モードと第２モードとの間で切り替える際の、エンジン１の過渡制御について説明する。
【０１１０】
図９は、エンジンの負荷が減少することに伴い、内部ＥＧＲガス量を増大すべく、吸気弁２１を第２モードから第１モードに切り替えた直後の、（ａ）内部ＥＧＲガス量、（ｂ）燃料量、（ｃ）排気温度、（ｄ）圧縮端温度、及び（ｅ）トルクの変化を示している。吸気弁２１のリフトカーブは、図１１（ａ）に示すように、先行開弁２１１を行わない第２モードから、同図（ｂ）に示すように、先行開弁２１１を行う第１モードへと切り替わる。排気弁２２の位相は、最進角と最遅角との中間である。
【０１１１】
先ず時刻ｔ０において、吸気弁２１の動作モードが、第２モードから第１モードへと切り替わる。これに伴い、図９（ａ）に示すように、内部ＥＧＲガス量は増大するが、時刻ｔ０以前は、エンジン１の負荷が高い状態であるため、同図（ｃ）に示すように、排気温度が相対的に高い。そのため、比較的高温の排気ガスが、大量に気筒１８内に導入される結果、同図（ｄ）に示すように、圧縮端温度が、急激に高まる。これは、圧縮端温度が高すぎることに相当する。そこで、高すぎる圧縮端温度によるトルク上昇を回避すべく、燃料量を、定常時の燃料量よりも大幅に減らす（同図（ｂ）参照）。トルクは、目標のトルクへと低下させる（同図（ｅ）参照）。
【０１１２】
燃料量の低減によって、排気温度が次第に低下するようになり、それに伴い、圧縮端温度も次第に低下する。圧縮端温度の低下に合わせて、燃料量を次第に増量する。そうして、排気温度が、時刻ｔ１で、定常状態での温度にまで低下すれば、圧縮端温度も定常状態での温度になるため、燃料量も定常時の燃料量になる。こうして、吸気弁２１を第２モードから第１モードへと切り替える際の過渡制御が終了する。
【０１１３】
図１０は、図９とは逆に、エンジンの負荷が上昇することに伴い、内部ＥＧＲガス量を減少すべく、吸気弁２１を第１モードから第２モードに切り替えた直後の、（ａ）内部ＥＧＲガス量、（ｂ）燃料量、（ｃ）排気温度、（ｄ）圧縮端温度、及び（ｅ）トルクの変化を示している。吸気弁２１のリフトカーブは、図１１（ｂ）に示すように、先行開弁２１１を行う第１モードから、同図（ａ）に示すように、先行開弁２１１を行わない第２モードへと切り替わる。
【０１１４】
先ず時刻ｔ０において、吸気弁２１の動作モードが、第１モードから第２モードへと切り替わる。これに伴い、図１０（ａ）に示すように、内部ＥＧＲガス量は減少するが、時刻ｔ０以前は、エンジン１の負荷が低い状態であるため、同図（ｃ）に示すように、排気温度が相対的に低い。そのため、比較的低温の排気ガスが、気筒１８内に少ない量で導入される結果、圧縮端温度が低すぎる懸念がある。そこで、排気温度をできるだけ高くして、所望の圧縮端温度を維持するように（同図（ｄ）参照）、主噴射よりも遅れて噴射を行うポスト噴射を実行する。ポスト噴射は、トルクの生成にはほとんど寄与せずに、排気温度の上昇させるようなタイミングで行うことが好ましい。同図（ｂ）の破線は、主噴射の噴射量に相当し、同図における実線と破線との間が、ポスト噴射の噴射量に相当する。従って、燃料量は不連続的に増える。吸気弁２１を第１モードから第２モードへと切り替えた直後は、排気温度が相対的に低いため、ポスト噴射の噴射量は、相対的に多くなる。
【０１１５】
ポスト噴射を行うことにより、排気温度は速やかに高まるようになるから、ポスト噴射の噴射量も次第に少なくなる。一方で、主噴射の噴射量を次第に増やして、トルクを高める。その結果、主噴射の噴射量とポスト噴射の噴射量との割合は変更されるものの、トータルの燃料量は、ほぼ一定となる。
【０１１６】
そうして、時刻ｔ１において、トルクが、定常時のトルクにまで到達すれば、吸気弁２１を第１モードから第２モードへと切り替えた際の過渡制御が終了し、定常時の制御へと移行する。
【０１１７】
尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば図６に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。
【０１１８】
また、排気通路には三元触媒のみを備えたが、ＮＯｘ浄化触媒を備えて、空気過剰率λが２．４よりも小さく１．０よりも大きい、Ａ/ＦがＬｅａｎの運転を可能にしてもよい。
【０１１９】
さらに、ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。幾何学的圧縮比を下げて、大量の内部ＥＧＲガスを導入するようなディーゼルエンジンにおいては、前述したように、内部ＥＧＲガス量の最大量を多くすると共に、内部ＥＧＲガス量の変化の応答性を高めることは有益である。ディーゼルエンジンにおいては、幾何学的圧縮比を、例えば１２以上に設定してもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１    エンジン（エンジン本体）
１６  吸気ポート
１７  排気ポート
１８  気筒
２１  吸気弁
２２  排気弁
７１  ＶＶＬ（吸気弁駆動機構）
７２  ＶＶＴ（吸気弁駆動機構）
７３  ＶＶＬ（排気弁駆動機構）
７４  ＶＶＴ（排気弁駆動機構）
２１１  先行開弁
２１２  主開弁
【図１】
2016011589.tif 000003
【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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