(57)【要約】【課題】内部ＥＧＲを適切に制御して、ポンピングロスの増大を抑制するとともに、負荷に対する追従性を確保しつつ、過早着火を抑制して、高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大が可能となるようにする。【解決手段】低回転・低負荷側に自己着火領域を設定する。そして、自己着火領域では排気弁閉時期を吸気上死点前とし吸気弁開時期を吸気上死点後として負のオーバーラップ期間（ＮＶＯ）を設定し、内部ＥＧＲにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転する。自己着火領域における高回転・高負荷側の領域（斜線を引いた領域）では、吸気弁開時期を進ませ、吸気弁が開いたときに内部ＥＧＲの一部が吸気通路に吹き返され新気と混合して冷却されてから再度吸入されることにより、気筒内の温度の上昇を抑制して過早着火の発生を抑制する。【選択図】図３
2009197740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンの吸排気制御方法であって、
前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、
前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くすることを特徴とするエンジンの吸排気制御方法。
【請求項２】
エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンの吸排気制御方法であって、
前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、
前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定することを特徴とするエンジンの吸排気制御方法。
【請求項３】
エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせるとともに、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、排気弁閉時期を一旦進ませる請求項２記載のエンジンの吸排気制御方法。
【請求項４】
エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンに備えられ、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉時期を制御する吸排気制御手段を有するエンジンの吸排気制御装置であって、
前記吸排気制御手段は、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、
前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くすることを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項５】
エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンに備えられ、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉時期を制御する吸排気制御手段を有するエンジンの吸排気制御装置であって、
前記吸排気制御手段は、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、
前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定する手段を備えたことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項６】
エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせるとともに、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、排気弁閉時期を一旦進ませる手段を備えた請求項５記載のエンジンの吸排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式のエンジンを低回転・低負荷側の所定の運転領域において圧縮自己着火により運転することで燃費改善および排気清浄化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式のエンジンを低回転・低負荷側の所定の運転領域において圧縮自己着火（Homogenious Charge Compression Ignition、略して、ＨＣＣＩ）させることで燃費改善および排気清浄化を図ことが従来から考えられている。この圧縮自己着火による燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう）によれば、従来一般的な火花点火（Spark ignition、略して、ＳＩ）による燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）に比べて燃焼期間が短く、熱効率が高くなって燃費が向上し、また、燃焼期間そのものは短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成も格段に少なくなる。
【０００３】
そして、このように所定の運転領域で圧縮自己着火により運転するエンジンとして、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、排気弁閉時期を吸気上死点前とし、吸気弁開時期を吸気上死点後として、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定することで、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火を促進するようにしたエンジンが従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この場合、エンジンが低負荷、低回転側の運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍においても混合気の温度が自己着火温度まで上昇しない可能性があるため、吸気上死点近傍で吸気弁及び排気弁の双方が閉じる負のオーバーラップ期間を設けることにより、多量の既燃ガスを残留させること（以下、内部ＥＧＲともいう）により、気筒内の温度を高めるようにしている。また、燃費向上および排気清浄化のためには、できれば全ての運転領域で圧縮自己着火を行いたいが、高回転・高負荷領域では、燃料の噴射量が増えるため、内部ＥＧＲが多くて筒内温度が高まると、本来の狙いのタイミングよりも早めに自己着火（以下、過早着火ともいう）してしまい、燃費向上および排気清浄化を達成できない。そのため、高回転・高負荷になると、通常の火花点火に戻している。
【０００５】
また、それとは別に、負のオーバーラップ期間を設けることで内部ＥＧＲを行うものではないが、やはり圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）を行うエンジンにおいて、自己着火領域の高回転・高負荷側では外部ＥＧＲを導入することで気筒内の温度を下げ、過早着火を抑制しつつ自己着火領域を拡大できるようにすることが従来から考えられている（例えば、特許文献２参照。）
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１２９９９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように自己着火領域の高回転・高負荷側で外部ＥＧＲを導入して気筒内の温度を下げることで、過早着火を抑制しつつ自己着火領域を高回転高負荷側に広げたいという要求は、負のオーバーラップ期間を設定することで内部ＥＧＲを増大させて気筒内の温度を高めることで圧縮自己着火を促進するようにするエンジンの場合も同様である。このようなエンジンは、高回転・高負荷域では、低回転・低負荷域に比べて相対的に燃料噴射量が多くなる一方で、内部ＥＧＲによって筒内温度を高く保たれるため、過早着火の恐れが高くなる。そのため、自己着火領域を高回転・高負荷域に拡大することが困難である。
【０００８】
過早着火を抑制するためには、排気通路から取り出した比較的温度の低い排気ガスをＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入すること（以下、外部ＥＧＲともいう）が有効である。しかし、外部ＥＧＲを導入するためには、吸気通路を負圧にして外部ＥＧＲが取り込まれやすいようにすることが必要で、そのためにスロットルを絞ることになり、ポンピングロスが増大するという問題があり、また、内部ＥＧＲに比べて、外部ＥＧＲの場合は、気筒内に入ってくる量の制御が難しくて、負荷に対する追従性が悪いという問題がある。
【０００９】
したがって、内部ＥＧＲを適切に制御して、ポンピングロスの増大を抑制するとともに、負荷に対する追従性を確保しつつ、過早着火を抑制して、高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大を図ることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンの吸排気制御方法であって、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くすることを特徴とするエンジンの吸排気制御方法を提供し、また、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンに備えられ、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉時期を制御する吸排気制御手段を有するエンジンの吸排気制御装置であって、前記吸排気制御手段は、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くすることを特徴とするエンジンの吸排気制御装置を提供する。
【００１１】
これらエンジンの吸排気制御方法および吸排気制御装置によれば、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定することにより、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間での圧縮エネルギーをそのまま吸気上死点から吸気弁開時期までの期間での膨張に使って、ポンピングロスを抑制しつつ、気筒内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）により気筒内の温度を高めて圧縮自己着火を促進することができる。また、自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間の方を短くすることにより、吸気弁が開くと同時に内部ＥＧＲの一部が吸気通路に吹き返されて、吹き返された内部ＥＧＲが吸気通路の新気と混合され冷却されてから再度吸入されるようにすることができ、それにより、気筒内の温度を適切に制御して過早着火の発生を抑制しながら高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大が可能になる。
【００１２】
また、本発明は、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンの吸排気制御方法であって、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定することを特徴とするエンジンの吸排気制御方法を提供し、また、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、気筒内に残留する既燃ガスにより気筒内の温度を高めて圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するエンジンに備えられ、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉時期を制御する吸排気制御手段を有するエンジンの吸排気制御装置であって、前記吸排気制御手段は、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期を吸気上死点前、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、かつ前記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から前記吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定する一方、前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定する手段を備えたことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置を提供する。
【００１３】
そして、これらエンジンの吸排気制御方法および吸排気制御装置は、エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせるとともに、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、排気弁閉時期を一旦進ませる吸排気制御方法であるのがよく、また、エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせるとともに、前記自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、排気弁閉時期を一旦進ませる手段を備えた吸排気制御装置であるのがよい。
【００１４】
これらエンジンの吸排気制御方法および吸排気制御装置によれば、エンジンの運転状態が低回転・低負荷側に設定した自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間を略等しくして、吸気上死点およびその前後に吸気弁および排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設定することにより、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間での圧縮エネルギーをそのまま吸気上死点から吸気弁開時期までの期間での膨張に使って、ポンピングロスを抑制しつつ、気筒内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）により気筒内の温度を高めて圧縮自己着火を促進することができる。また、自己着火領域における高回転・高負荷側の領域では、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定することにより、吸気弁が開いたときに気筒内に溜まっている内部ＥＧＲの一部が吸気通路に吹き返されて、吹き返された内部ＥＧＲは吸気通路の新気と混合され冷却されてから再度吸入されるようにすることができ、それにより、気筒内の温度が適切に制御して過早着火の発生を抑制しながら高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大が可能になるとともに、正のオーバーラップ期間により排気行程終盤におけるポンピングロスの増大を抑制することができる。つまり、ポンピングロスの増大を抑制しつつ、吸気吹き返しによる冷却効果により、過早着火の発生を抑制しながら高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大が可能になる。
【００１５】
また、これらエンジンの吸排気制御方法および吸排気制御装置によれば、エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせることにより、エンジン負荷が上昇して燃料噴射量が増大し発熱量が多くなるのに伴って内部ＥＧＲ量を少なくして適正な気筒内温度を確保することができる。また、その場合、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、負のオーバーラップからいきなり正のオーバーラップに切り替わることで急に内部ＥＧＲが多量に吸気通路に吹き返されて、冷えたＥＧＲとして戻ってくることで、気筒内の温度が下がりすぎる懸念があるが、そうした状況で排気弁閉時期を一旦進めることによって、内部ＥＧＲ量を増やし、気筒内の温度が低下しすぎないようにして、失火などの燃焼不良の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、内部ＥＧＲを適切に制御して、ポンピングロスの増大を抑制するとともに、負荷に対する追従性を確保しつつ、過早着火を抑制して、高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明の実施形態の第１例および第２例に共通するもので、図１はエンジン制御装置の全体構成を示す図、図２はエンジン制御の概略を示すブロック図、図３は自己着火領域設定の制御マップを示す図である。そして、図４および図５は実施形態の第１例に係り、図４は自己着火領域でのバルブリフト特性の変化の一例を示すもので、（ａ）は自己着火領域における低回転・低負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図、（ｂ）は自己着火領域における高回転・高負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図であり、図５は制御手順を示すフローチャートである。
【００１８】
実施形態の第１例のエンジンは多気筒ガソリンエンジンである。そして、そのエンジン制御装置の全体構成は、図１に示すとおりで、エンジン本体１は、複数の気筒２（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されてなり、各気筒２内にはピストン５が配置され、ピストン５の頂面とシリンダヘッド４の底面との間に燃焼室６が形成されている。そして、ピストン５はコネクティングロッド７によってクランク軸８に連結され、クランク軸８の一端側には、クランク軸８の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ９が配設されている。
【００１９】
シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、燃焼室６の天井部に開口するように吸気ポート１０及び排気ポート１１が形成されている。これら吸気ポート１０及び排気ポート１１の内、吸気ポート１０は、燃焼室６の天井部から斜め上方に延びてシリンダヘッド４の一側面に開口し、排気ポート１１は反対側の側面に開口している。そして、シリンダヘッド４には、吸気ポート１０及び排気ポート１１を開閉するよう、吸気弁１２及び排気弁１３が配設され、これら吸気弁１２及び排気弁１３は、シリンダヘッド４に配設された動弁機構１４のカム軸（図示せず）によりクランク軸８の回転に同期して駆動されるようになっている。
【００２０】
前記動弁機構１４には、吸気側及び排気側にそれぞれ、バルブリフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構１５（以下、ＶＶＬと略称する）と、バルブリフトのクランク回転に対する位相角を連続的に変更可能な公知の位相可変機構１６（以下、ＶＶＴと略称する）とが組み込まれている。それらＶＶＬ１５及びＶＶＴ１６の作動により、吸気弁１２及び排気弁１３のリフト特性を変更することができ、気筒２への吸気の充填量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することができる。
【００２１】
そして、シリンダヘッド４には、各気筒２の燃焼室６の天井部に、燃焼室６内に電極を臨ませた配置で点火プラグ１７が配設されており、これら点火プラグ１７は点火回路１８によって所定の点火タイミングで通電されるようになっている。
【００２２】
また、シリンダヘッド４には、各気筒２の燃焼室６の吸気側周縁部に、先端を燃焼室６内に臨ませて気筒２内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ１９（燃料噴射弁）が配設され、また、先端を吸気ポート１０内に臨ませて吸気ポート１０内に燃料を噴射するポートインジェクタ２０（燃料噴射弁）が配設されている。
【００２３】
そして、シリンダヘッド４の一側に開口する各気筒２の吸気ポート１０には、吸気通路２１が連通している。この吸気通路２１は、エンジン本体１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナから濾過した空気を供給するためのもので、各気筒２の吸気ポート１０に連通する分岐した通路部分の上流の集合部にサージタンク２２が形成され、そのサージタンク２２の上流が共通通路となって、その途中に電気式スロットル弁２３が配設されている。
【００２４】
一方、シリンダヘッド４の他側に開口する各気筒２の排気ポート１１には、各気筒２毎に分岐した通路部分を有する排気通路２５が接続されている。そして、この排気通路２５の集合部には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２６が配設されている。また、排気通路２５の下流側には、排気中の有害成分を浄化するための触媒装置２７が配設されている。
【００２５】
そして、このエンジンには、各種制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール（以下、ＰＣＭという）３０が設けられている。ＰＣＭ３０は、周知のようにＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えたもので、図２に示すように、クランク角センサ９からの信号、吸気通路２１を流れる空気の流量を計測するエアフローセンサ３１からの信号、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの信号、車両の走行速度を検出する車速センサ３３からの信号等が入力される。そして、ＰＣＭ３０は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジンの運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてＶＶＬ１５、ＶＶＴ１６、点火プラグ１７（点火回路１８）、直噴インジェクタ１９、ポートインジェクタ２０、電気式スロットル弁２３等を制御する。
【００２６】
そして、このエンジンでは、図３に示すように、低回転・低負荷側に圧縮自己着火領域（以下、自己着火領域ともいう）を設定し、エンジンの運転状態がこの自己着火領域にあるときには、排気弁閉時期を吸気上死点前として気筒内に残留する既燃ガスにより気筒２内の温度を高めてエンジンを圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するよう、吸気弁１２および排気弁１３のバルブリフト特性を調整する吸排気制御を行う。この吸排気制御は、ＶＶＬ１５及びＶＶＴ１６の作動制御によるものであって、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＬ１５の作動制御によって吸気弁１２及び排気弁１３のリフト量を調整し、気筒２への吸気（空気）の充填量を制御するとともに、主にＶＶＴ１６の作動制御によって排気弁１３の閉時期及び吸気弁１２の開時期を調整し、内部ＥＧＲガス量を制御する。また、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＴ１６の作動による内部ＥＧＲガス量の制御に伴って、点火プラグ１７の作動状態を切換える。
【００２７】
そして、エンジンの運転状態が図３に示す低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、図４の（ａ）に示すように、排気弁閉時期を吸気上死点前としつつ、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間（Ａ）と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間（Ｂ）を略等しく、吸気上死点およびその前後に吸気弁１２および排気弁１３が共に閉じる負のオーバーラップ期間（ＮＶＯすなわちネガティブオーバーラップ期間）を設定するよう、吸気弁１２のバルブリフト（ＩＮ）および排気弁１３のバルブリフト（ＥＸ）を調整して、気筒２内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）の量を増大させ、それにより気筒２内の温度を高めて圧縮自己着火を促進させて、圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには通常のバルブタイミングに戻して火花点火で運転する。
【００２８】
このエンジンでは、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間（Ａ）と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間（Ｂ）が略等しくなるため、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間での圧縮エネルギーをそのまま吸気上死点から吸気弁開時期までの期間での膨張に使うことができ、ポンピングロスを抑制することができる。
【００２９】
自己着火領域における燃料噴射は、基本的には直噴インジェクタ１９による第１噴射と、ポートインジェクタ２０による第２噴射とで行う。その内、第１噴射（以下、ＮＶＯ噴射ともいう）は、気筒２内の温度が低い低回転・低負荷側の領域で、吸気弁１２と排気弁１３が共に閉じる負のオーバーラップ期間中に直噴インジェクタ１９によって燃料を気筒２内に噴射するもので、負のオーバーラップ期間中に少量の噴射を行っておくことによって、燃料が改質されて、自己着火性が向上するようにするためのものである。また、第２噴射（以下、メイン噴射ともいう）は、吸気行程においてポートインジェクタ２０によって燃料を吸気ポート１０内に噴射するもので、これでエンジンの出力（トルク）の殆どをまかなう。第１噴射は、負荷が高まるにつれて徐々に噴射量が少なくなり、高負荷側では噴射量が０（ゼロ）になるようにする。第２噴射は負荷が高まるにつれて噴射量を増やしていく。
【００３０】
また、このエンジンでは、図３に示す低回転・低負荷側に設定した自己着火領域における高回転・高負荷側の領域（図３に斜線を引いた領域）では、図４の（ｂ）に示すように、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域にあるときに比べて吸気弁開時期を進ませ、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間（Ａ）に比べ、吸気上死点から吸気弁開時期までの期間（Ｂ）の方を短くするよう、吸気弁１２のバルブリフト（ＩＮ）および排気弁１３のバルブリフト（ＥＸ）を調整する。これにより、吸気弁１２が開いたときに気筒２内に溜まっている内部ＥＧＲの一部が吸気通路２１に吹き返されて、吹き返された内部ＥＧＲは吸気通路２１の新気と混合され冷却されてから再度吸入されるようにすることができ、それにより、気筒２内の温度の上昇を抑制して過早着火の発生を抑制することができ、高回転・高負荷側の領域（図３に斜線を引いた領域）での安定した圧縮自己着火を確保でき、この領域にまで自己着火領域を拡大することができる。
【００３１】
このエンジンの吸排気制御および噴射制御の制御手順は、図５のフローチャートに示すとおりで、スタートすると、ステップＳ１０１で、クランク角センサの信号を読み込み（これによりエンジン回転数を求める）、車速センサの信号およびアクセル開度センサの信号を読み込む（これらから負荷すなわち目標トルクを計算する）。そして、ステップＳ１０２で、圧縮自己着火領域（ＨＣＣＩ）か否かを判定する。
【００３２】
そして、ステップＳ１０２の判定がＮｏである（火花点火領域である）というときは、ステップＳ１０３で、吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じた火花点火（ＳＩ）時のもの（通常の正のオーバーラップを形成するようなバルブタイミング）に設定する。
【００３３】
そして、ステップＳ１０４で、所定燃料噴射タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ１０５で燃料噴射を実行し、次いで、ステップＳ１０６で、所定点火タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ１０７で点火を実行し、リターンする。
【００３４】
一方、ステップＳ１０２の圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）領域か否かの判定がＹｅｓ（圧縮自己着火領域である）というときは、ステップＳ１０８で、圧縮自己着火領域における高回転・高負荷領域（図３で斜線を引いた領域）か否かを判定し、この判定がＮｏのときは、ステップＳ１０９で、図４の（ａ）に示すように、Ａの期間とＢの期間とが等しくなるように吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じて設定し、ステップＳ１１０で、ＶＶＴ１６、ＶＶＬ１５のアクチュエータを駆動させて、そのバルブタイミングにセットする。
【００３５】
そして、ステップＳ１１１で、ＮＶＯ噴射（負のオーバーラップ期間中の噴射すなわち第１噴射）のタイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ１１２でＮＶＯ噴射（第１噴射）を実行し、次に、ステップＳ１１３で、メイン噴射タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ１１４でメイン噴射を実行して、圧縮自己着火燃焼させ、リターンする。
【００３６】
また、ステップＳ１０２の圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）領域か否かの判定がＹｅｓ（圧縮自己着火領域）で、ステップＳ１０８の圧縮自己着火領域における高回転・高負荷領域（図３で斜線を引いた領域）か否かの判定がＹｅｓのときは、ステップＳ１１５で、図４の（ｂ）に示すように、Ａの期間に比べＢの期間が短くなるように吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じて設定して、ステップＳ１１６でＶＶＴ１６、ＶＶＬ１５のアクチュエータを駆動させて、そのバルブタイミングにセットする。そして、この領域では、ネガティブオーバーラップ期間中の噴射（第１噴射）をしなくても、自己着火してくれるということで、ステップＳ１１７で、メイン噴射タイミングか否かを判定し、その判定がＹｅｓになったら、ステップＳ１１８でメイン噴射を実行して、圧縮自己着火燃焼させて、リターンする。
【００３７】
次ぎに、本発明の実施形態の第２例を説明する。図６〜図８はこの第２例に係り、図６は自己着火領域でのバルブリフト特性の変化の一例を示すもので、（ａ）は自己着火領域における低回転・低負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図、（ｂ）は自己着火領域における高回転・高負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図であり、図７は排気弁閉時期の制御マップを示す図、図８は制御手順を示すフローチャートである。なお、前述の図１〜図３はこの第２例にも共通する。
【００３８】
実施形態の第２例のエンジンは多気筒ガソリンエンジンであり、そのエンジン制御装置の全体構成は、図１に示すとおりで、第１例と同様である。そして、ＰＣＭ３０及びその入出力構成は図２に示すとおりで、第１例と同様である。
【００３９】
そして、このエンジンは、第１例と同様、図３に示すように、低回転・低負荷側に自己着火領域（圧縮自己着火領域）を設定し、エンジンの運転状態がこの自己着火領域にあるときには、排気弁閉時期を吸気上死点前として気筒内に残留する既燃ガスにより気筒２内の温度を高めてエンジンを圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が前記自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには火花点火で運転するよう、ＶＶＬ１５及びＶＶＴ１６の作動制御により吸気弁１２および排気弁１３のバルブリフト特性を調整する吸排気制御等を行う。
【００４０】
そして、エンジンの運転状態が図３に示す低回転・低負荷側に設定した自己着火領域にあるときには、図６の（ａ）に示すように、排気弁閉時期を吸気上死点前としつつ、吸気弁開時期を吸気上死点後とし、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間（Ａ）と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間（Ｂ）を略等しくし、吸気上死点およびその前後に吸気弁１２および排気弁１３が共に閉じる負のオーバーラップ期間（ＮＶＯすなわちネガティブオーバーラップ期間））を設定するよう、吸気弁１２のバルブリフト（ＩＮ）および排気弁１３のバルブリフト（ＥＸ）を調整して、気筒２内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）の量を増大させ、それにより気筒２内の温度を高めて圧縮自己着火を促進させて、圧縮自己着火で運転し、エンジンの運転状態が自己着火領域を外れた高回転・高負荷側の運転領域にあるときには通常のバルブタイミングに戻して火花点火で運転する。
【００４１】
このエンジンでは、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域では、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間（Ａ）と吸気上死点から吸気弁開時期までの期間（Ｂ）が略等しくなるため、排気弁閉時期から吸気上死点までの期間での圧縮エネルギーをそのまま吸気上死点から吸気弁開時期までの期間での膨張に使うことができ、ポンピングロスを抑制することができる。
【００４２】
自己着火領域における燃料噴射は、基本的には直噴インジェクタ１９による第１噴射と、ポートインジェクタ２０による第２噴射とで行う。その内、第１噴射（以下、ＮＶＯ噴射ともいう）は、気筒２内の温度が低い低回転・低負荷側の領域で、吸気弁１２と排気弁１３が共に閉じる負のオーバーラップ期間中に直噴インジェクタ１９によって燃料を気筒２内に噴射するもので、負のオーバーラップ期間中に少量の噴射を行っておくことによって、燃料が改質されて、自己着火性が向上するようにするためのものである。また、第２噴射（以下、メイン噴射ともいう）は、吸気行程においてポートインジェクタ２０によって燃料を吸気ポート１０内に噴射するもので、これでエンジンの出力（トルク）の殆どをまかなう。第１噴射は、負荷が高まるにつれて徐々に噴射量が少なくなり、高負荷側では噴射量が０（ゼロ）になる。第２噴射は負荷が高まるにつれて噴射量が増えていく。
【００４３】
また、このエンジンでは、図３に示す低回転・低負荷側に設定した自己着火領域における高回転・高負荷側の領域（図３に斜線を引いた領域）では、図６の（ｂ）に示すように、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁１２および排気弁１３が共に開く正のオーバーラップ期間を設定するよう、吸気弁１２のバルブリフト（ＩＮ）および排気弁１３のバルブリフト（ＥＸ）を調整する。そして、図７に示すように、エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期（排気弁閉タイミング）を遅らせるとともに、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から前記自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時（切替時）には、排気弁閉時期を一旦進ませる。
【００４４】
これにより、吸気弁１２が開いたときに気筒２内に溜まっている内部ＥＧＲの一部が吸気通路２１に吹き返されて、吹き返された内部ＥＧＲは吸気通路２１の新気と混合され冷却されてから再度吸入されるようにすることができ、それにより、気筒２内の温度の上昇を抑制して過早着火の発生を抑制することができ、高回転・高負荷側の領域（図３に斜線を引いた領域）での安定した圧縮自己着火を確保でき、この領域にまで自己着火領域を拡大することができるとともに、吸気弁開時期を排気弁閉時期より前まで進ませて、吸気弁および排気弁が共に開く正のオーバーラップ期間を設定することにより、排気行程終盤におけるポンピングロスの増大を抑制することができる。つまり、ポンピングロスの増大を抑制しつつ、吸気吹き返しによる冷却効果により、過早着火の発生を抑制しながら高回転・高負荷側への自己着火領域の拡大を図ることができる。
【００４５】
また、このエンジンでは、エンジン負荷の上昇に応じて排気弁閉時期を遅らせることにより、エンジン負荷が上昇して燃料噴射量が増大し発熱量が多くなるのに伴って内部ＥＧＲ量を少なくして適正な気筒内温度を確保することができる。また、その場合、自己着火領域における低回転・低負荷側の領域から自己着火領域における高回転・高負荷側の領域への移行時には、負のオーバーラップからいきなり正のオーバーラップに切り替わることで急に内部ＥＧＲが多量に吸気通路に吹き返されて、冷えたＥＧＲとして戻ってくることで、気筒２内の温度が下がりすぎる懸念があるが、そうした状況で排気弁閉時期を一旦進めることによって、内部ＥＧＲ量を増やし、気筒２内の温度が低下しすぎないようにして、失火などの燃焼不良の発生を防止することができる。
【００４６】
この第２例のエンジンの吸排気制御および噴射制御の制御手順は、図８のフローチャートに示すとおりで、スタートすると、ステップＳ２０１で、クランク角センサの信号を読み込み（エンジン回転数を求める）、車速センサの信号およびアクセル開度センサの信号を読み込む（これらから負荷すなわち目標トルクを計算する）。そして、ステップＳ２０２で、圧縮自己着火領域（ＨＣＣＩ）か否かを判定する。
【００４７】
そして、ステップＳ２０２の判定がＮｏである（火花点火領域である）というときは、ステップＳ２０３で、吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じた火花点火（ＳＩ）時のもの（通常の正のオーバーラップを形成するようなバルブタイミング）に設定する。
【００４８】
そして、ステップＳ２０４で、所定燃料噴射タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ２０５で燃料噴射を実行し、次いで、ステップＳ２０６で、所定点火タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ２０７で点火を実行し、リターンする。
【００４９】
一方、ステップＳ２０２の圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）領域か否かの判定がＹｅｓ（圧縮自己着火領域である）というときは、ステップＳ２０８で、圧縮自己着火領域における高回転・高負荷領域（図３で斜線を引いた領域）か否かを判定し、この判定がＮｏのときは、ステップＳ２０９で、図６の（ａ）に示すように、Ａの期間とＢの期間とが等しくなるように吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じて設定し、ステップＳ２１０で、ＶＶＴ１６、ＶＶＬ１５のアクチュエータを駆動させて、そのバルブタイミングにセットする。
【００５０】
そして、ステップＳ２１１で、ＮＶＯ噴射（負のオーバーラップ期間中の噴射すなわち第１噴射）のタイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ２１２でＮＶＯ噴射（第１噴射）を実行し、次に、ステップＳ２１３で、メイン噴射タイミングか否かを判定して、Ｙｅｓの判定になったら、ステップＳ２１４でメイン噴射を実行して、圧縮自己着火燃焼させ、リターンする。
【００５１】
また、ステップＳ２０２の圧縮自己着火（ＨＣＣＩ）領域か否かの判定がＹｅｓ（圧縮自己着火領域）で、ステップＳ２０８の圧縮自己着火領域における高回転・高負荷領域（図３で斜線を引いた領域）か否かの判定がＹｅｓのときは、ステップＳ２１５で、図６の（ｂ）に示すように正のオーバーラップとなるように吸排気弁のバルブタイミングを回転数と負荷に応じて設定し（マップで設定する）、ステップＳ２１６でＶＶＴ１６、ＶＶＬ１５のアクチュエータを駆動させて、そのバルブタイミングにセットする。そして、この領域では、ネガティブオーバーラップ期間中の噴射（第１噴射）をしなくても、自己着火してくれるということで、ステップＳ２１７で、メイン噴射タイミングか否かを判定し、その判定がＹｅｓになったら、ステップＳ２１８でメイン噴射を実行して、圧縮自己着火燃焼させて、リターンする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエンジン制御の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るエンジンの自己着火領域設定の制御マップを示す図である。
【図４】本発明の実施形態の第１例における自己着火領域でのバルブリフト特性の変化の一例を示すもので、（ａ）は自己着火領域における低回転・低負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図、（ｂ）は自己着火領域における高回転・高負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の第１例の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の第２例における自己着火領域でのバルブリフト特性の変化の一例を示すもので、（ａ）は自己着火領域における低回転・低負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図、（ｂ）は自己着火領域における高回転・高負荷側の領域でのバルブリフト特性を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るエンジン制御の第２例における排気弁閉時期の制御マップを示す図である。
【図８】本発明の実施形態の第２例の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１  エンジン本体
２  気筒
９  クランク角センサ
１０  吸気ポート
１１  排気ポート
１２  吸気弁
１３  排気弁
１４  動弁機構
１５  リフト可変機構（ＶＶＬ）
１６  位相可変機構（ＶＶＴ）
１７  点火プラグ
１８  点火回路
１９  直噴インジェクタ（燃料噴射弁）
２０  ポートインジェクタ（燃料噴射弁）
２１  吸気通路
３０  パワートレインコントロールモジュール（ＰＣＭ）
３１  エアフローセンサ
３２  アクセル開度センサ
３３  車速センサ
【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】
2009197740.tif 000008
【図７】
2009197740.tif 000009
【図８】
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