(57)【要約】【課題】ＨＣＣＩ燃焼の際に吸排気の負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けるようにしたエンジン１において、そのことに付随する吸気絞り損失の増大を抑えながら、気筒２の有効圧縮比の低下を阻止して良好な着火性を確保する。【解決手段】ＨＣＣＩ領域（Ｈ）内の相対的に低負荷側の領域（h1）においては、排気弁１２を通常作動に加えて気筒２の吸気行程でも開くようにし（二度開き）、その際、ＮＶＯ期間の後に吸気行程で吸気弁１１が開かれるのと同時、或いはその後に排気弁１２を開くとともに、それを吸気弁１１の閉じられるのと同時、或いはその前に閉じるようにする。吸気行程では排気弁１２のリフト量を吸気弁１１よりも小さくする。【選択図】    図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンが所定運転領域にあるときに、気筒内温度を高めて予混合気の自己着火を促進すべく、該気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる、吸排気制御方法において、
前記負のオーバーラップ期間の後、吸気行程で開いた吸気弁を所定期間の経過後に閉じるとともに、
前記吸気弁の開かれる以降に排気弁を開いて、それを吸気弁の閉じられる以前に閉じる吸気時排気弁開工程を有する、ことを特徴とするエンジンの吸排気制御方法。
【請求項２】
吸気時排気弁開工程をエンジンが所定運転領域内で相対的に低負荷側にあるときにのみ実行する、請求項１に記載の吸排気制御方法。
【請求項３】
吸気時排気弁開工程では吸気弁が開くとき同時に排気弁を開く、請求項１又は２のいずれかに記載の吸排気制御方法。
【請求項４】
吸気時排気弁開工程では吸気弁が閉じるとき同時に排気弁を閉じる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の吸排気制御方法。
【請求項５】
吸気時排気弁開工程では排気弁のリフト量を吸気弁よりも小さくする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の吸排気制御方法。
【請求項６】
エンジンが所定運転領域にあるときに、気筒内温度を高めて予混合気の自己着火を促進すべく、該気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて、既燃ガスを残留させるようにしたエンジンの吸排気制御装置において、
前記気筒の吸気行程で吸気弁の開かれる以降に排気弁を開いて、それを吸気弁の閉じられる以前に閉じる排気弁制御手段を備える、ことを特徴とするエンジンの吸排気制御装置。
【請求項７】
排気弁制御手段は、エンジンが所定運転領域内で相対的に低負荷側にあるときにのみ、吸気弁の開期間内における排気弁の開閉作動制御を行うものである、請求項６に記載の吸排気制御装置。
【請求項８】
排気弁制御手段は、吸気弁が開くとき同時に排気弁を開くものである、請求項６又は７のいずれかに記載の吸排気制御装置。
【請求項９】
排気弁制御手段は、吸気弁が閉じるとき同時に排気弁を閉じるものである、請求項６〜８のいずれか１つに記載の吸排気制御装置。
【請求項１０】
排気弁制御手段は、排気弁のリフト量を吸気弁よりも小さくなるように制御するものである、請求項６〜９のいずれか１つに記載の吸排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるための制御技術に関し、特に吸排気弁の負のオーバーラップにより気筒内の温度を高めるようにしたものに係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンのさらなる燃費改善や排気清浄化を図るために、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるという新しい燃焼形態が提案されており、一般には予混合圧縮着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう）という呼称で知られている。この新しい燃焼形態では、従来一般的な火花点火による燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）とは異なり、気筒内の多数の箇所で予混合気が一斉に自己着火して燃焼を始めることから、熱効率が極めて高くなる。
【０００３】
また、従来のＳＩ燃焼を実現できない超希薄な予混合気や多量のＥＧＲによって希釈した予混合気であっても、ピストンにより圧縮された気筒内の温度が所定以上に高くなれば自己着火するようになり、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。
【０００４】
但し、エンジンが相対的に低負荷側の運転領域にあるときには、圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）近傍においても予混合気の温度が自己着火温度に至らない可能性があるので、従来より、例えば特許文献１に記載されるように、気筒の排気行程から吸気行程にかけて吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ（Negative Valve Ovealap：ＮＶＯ）期間を設けて、高温の既燃ガスを多量に残留させることにより（以下、内部ＥＧＲともいう）気筒内の温度を高めることが行われている。
【０００５】
また、前記特許文献１に記載のエンジンでは、前記ＮＶＯ期間中に燃料の一部を噴射する（以下、ＮＶＯ噴射ともいう）ことによって、自己着火し易い活性化混合気を形成するようにしている。すなわち、高温の既燃ガス中に噴射された燃料は直ちに気化するとともに、分子の鎖が切れてラジカルを生成したり、アルデヒド程度まで部分酸化反応したりして自己着火し易い混合気となり、これが圧縮行程終盤以降における予混合気全体の自己着火を促進するものと考えられている。
【０００６】
一方、特許文献２には、前記ＮＶＯ期間を設ける代わりに、気筒の吸気行程から圧縮行程にかけて排気弁を開くことにより、排気通路から気筒内に既燃ガスを吸い戻して、内部ＥＧＲガス量を確保するようにしたエンジンについて記載されている。このものでは、排気弁を気筒の吸気行程の途中で開き、下死点後の圧縮行程で吸気弁が閉じられた後に閉じることで、即ち、吸気弁の開期間に対し排気弁の開期間を遅角側にずらすことで、新気が排気通路から排出されることや既燃ガスが吸気通路に排出されることを抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−０８２２２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記前者の従来例のようにＮＶＯ期間を設けると通常、吸気弁の開期間が短くなるとともに、そのリフト量が小さくなることから、該吸気弁と吸気ポート開口端との間隙、即ち弁環部における吸気の絞り損失が大きくなってしまい、ポンピングロスが増大するきらいがある。
【０００８】
この点、後者の従来例ではＮＶＯ期間を設けず、吸気行程で既燃ガスを吸い戻すようにしているので、前記の絞り損失の問題は生じないものの、既燃ガスを吸い戻すために吸気行程で開いた排気弁を圧縮行程で吸気弁が閉じた後まで開いていることから、この期間に気筒内のガスの一部が排気通路に流出してしまい、有効圧縮比の低下によって予混合気の着火性に悪い影響の及ぶ虞れがある。
【０００９】
本発明は斯かる諸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、所謂負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けて内部ＥＧＲにより予混合気の圧縮自己着火を促進する場合に、そのことに付随する吸気絞り損失の増大を抑えながら、気筒の有効圧縮比の低下を阻止して良好な着火性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために本発明では、ＮＶＯ期間を設けて内部ＥＧＲにより予混合気の圧縮自己着火を促進する際に必要に応じて、吸気弁の開期間内にて排気弁を開き、且つ閉じるようにしたものである。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明は、エンジンが所定運転領域にあるときに気筒内温度を高めて予混合気の自己着火を促進すべく、該気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けて既燃ガスを残留させる吸排気制御方法であって、前記負のオーバーラップ期間の後、吸気行程で開いた吸気弁を所定期間の経過後に閉じるとともに、この吸気弁の開かれる以降に排気弁を開いて、それを吸気弁の閉じられる以前に閉じるようにしたものである（吸気時排気弁開工程）。
【００１２】
前記の方法により、エンジンが所定運転領域にあってＨＣＣＩ燃焼状態とするときには、気筒の排気行程ないし吸気行程において所定期間（ＮＶＯ期間）、吸気弁及び排気弁の双方が閉じられて、気筒内に多量の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が残留するようになる。これにより温度の高められた気筒内に吸気行程において燃料が供給されると、吸気や内部ＥＧＲガスと混合されつつ分散して気筒内に概ね均一な予混合気を形成し、それが圧縮行程におけるピストンの上昇により圧縮されて、ＴＤＣ近傍の所定のタイミングにて自己着火するようになる。
【００１３】
そうしてＮＶＯ期間を設けるためには吸気弁を気筒の吸気行程途中で開くことになり、その開期間が短くなるとともにリフト量も小さくなるが、この吸気弁の開期間において排気弁を開けば（吸気時排気弁開工程）排気通路から気筒内に既燃ガスが吸い戻されるようになり、その分は吸気弁周りの吸気の流量が少なくなるから、そこでの絞り損失の増大を抑えることができ、これによりポンピングロスの増大が抑制される。
【００１４】
しかも、そうして排気通路から吸い戻される既燃ガスは気筒の内部ＥＧＲガスとなるから、その分はＮＶＯ期間を短めにしても所要の内部ＥＧＲガス量を確保することができ、このことによっても吸気の絞り損失の増大を抑えることができる。
【００１５】
また、そうして既燃ガスを吸い戻すために吸気行程で開いた排気弁を、吸気弁の閉じられる以前に閉じるようにすれば、排気弁が閉じられる前に気筒内のガスの一部が排気通路に流出することはないので、気筒の有効圧縮比の低下を阻止して良好な着火性を確保することができる。
【００１６】
ここで、前記のように吸気工程で排気弁を開くのは、エンジンが、ＨＣＣＩ燃焼を行う所定運転領域内でも相対的に低負荷側にあるときのみとすればよい（請求項２）。エンジン負荷が高ければ気筒内温度も高くなるので、着火性確保のために求められるＮＶＯ期間が短くなり、それを設けることに付随する吸気絞り損失の問題が実質、なくなるからである。
【００１７】
また、前記したように吸気弁の開期間において排気弁を開き、排気通路から気筒内に既燃ガスを吸い戻すようにした場合、その分量が排気脈動等による影響を受けて変動したり、気筒毎のバラつきが大きくなったりする虞れもあるので、これらの不具合を未然に防止して内部ＥＧＲガス量をより正確に制御するためにも、高負荷側ではＮＶＯ期間を設けるのみとするのがよい。勿論、吸気工程で排気弁の開作動を行わなければ機械的な駆動ロスも少なくなる。
【００１８】
一方、前記のように吸気工程で排気弁を開くとすれば、該排気弁は、吸気弁が開くのと同時に開くのが好ましく、さらに吸気弁が閉じるのと同時に閉じるのがよい（請求項３、４）。吸気弁の開いている期間内で排気弁も開いている期間が長いほど、吸気弁周りの絞り損失を効果的に緩和できるからである。尚、ＮＶＯ期間を設けた場合、吸気弁の開かれるときには既に気筒内が負圧になっていて、吸気通路との間に大きな圧力差が生じることになるから、このときに同時に排気弁を開くことの意義は大きい。
【００１９】
また、気筒への新気の充填量を確保するという点からは排気弁のリフト量は吸気弁よりも小さくするのが好ましい（請求項５）。尚、ＨＣＣＩ燃焼は空燃比のかなり希薄な状態で行われるので、既燃ガス中にも多量の空気が残存しており、従来一般的な理論空燃比での燃焼のように、内部ＥＧＲガス量の増大に連れて燃焼が悪化する虞れはない。
【００２０】
別な観点から本発明は、エンジンが所定運転領域にあるときに気筒内温度を高めて予混合気の自己着火を促進すべく、該気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて、既燃ガスを残留させるようにしたエンジンの吸排気制御装置において、前記気筒の吸気行程で吸気弁の開かれる以降に排気弁を開いて、それを吸気弁の閉じられる以前に閉じる排気弁制御手段を備えるものである（請求項６の発明）。
【００２１】
この構成の吸排気制御装置によれば、上述した請求項１の発明に係るエンジンの吸排気制御方法が容易に実行可能であり、その発明の作用効果が容易且つ確実に得られる。
【００２２】
そして、前記排気弁制御手段を、エンジンが所定運転領域内で相対的に低負荷側にあるときにのみ、前記した吸気弁の開期間内における排気弁の開閉作動制御を行うものとすれば、上述した請求項２に係る発明の作用が得られる。
【００２３】
また、上述したが、絞り損失を効果的に緩和するためには前記排気弁制御手段を、吸気弁が開くとき同時に排気弁を開くものとするのが好ましく、吸気弁が閉じるとき同時に排気弁を閉じるものとすればより好ましい。さらに、新気の充填量確保という点では、排気弁のリフト量を吸気弁よりも小さくなるように制御するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明したように本発明に係るエンジンの吸排気制御方法等によると、吸排気弁の作動に所謂負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けて、内部ＥＧＲガスによる予混合気の着火促進を図る場合に、吸気行程で吸気弁の開かれる以降に排気弁を開いて、排気通路から既燃ガスを吸い戻すことにより、吸気絞り損失の増大を抑えることができるとともに、そうして開いた排気弁を吸気弁の閉じられる以前に閉じることによって有効圧縮比の低下を阻止し、良好な着火性を確保することができる。
【００２５】
また、そうして吸気工程で排気弁を開くのは、エンジン負荷の相対的に低いときのみとするのがよく、こうすれば内部ＥＧＲガス量の制御性が高くなるとともに、機械的な駆動ロスを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２７】
（エンジンの全体構成）
図１は、本発明に係るエンジン制御装置Ａ（エンジンの吸排気制御装置）の全体構成を模式的に示し、符号１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１の本体は、複数の気筒２，２，…（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が嵌挿されて、そ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。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、クランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。
【００２８】
前記シリンダヘッド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９及び排気ポート１０が形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド４の一側面に開口しており、排気ポート１０は反対側の他側面に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁１１，１２は、シリンダヘッド４に配設された動弁系のカム軸（図１には示さず）によりクランク軸７の回転に同期して駆動されるようになっている。
【００２９】
同図に詳細は示さないが、この実施形態のエンジン１は、吸気弁１１及び排気弁１２を別々のカム軸によって駆動する所謂ＤＯＨＣタイプの動弁系を備えており、これによる吸排気弁１１，１２の基本的な開閉作動タイミングは、複数の気筒２，２，…が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように設定されている。また、この実施形態では動弁系にタイミングやリフトの可変機構が組み込まれており、それによって吸排気弁１１，１２のリフト特性を変更し、気筒２への吸気の充填量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整できるようになっている。
【００３０】
すなわち、吸気側の動弁系には、吸気弁１１の作動の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な位相可変機構１５（Variable Valve Timing 以下、ＶＶＴ１５と略称する）と、図２〜７を参照して後述するように、吸気弁１１のリフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構４０（Variable Valve Lift 以下、ＶＶＬ４０と略称する）と、が配設されている。尚、ＶＶＴ１５は、吸気側カム軸４１（図２を参照）の前端部と、カムチェーンの巻き掛けられるスプロケット４３との間に組み込まれており、詳しい説明は省略するが、油圧力を受けて作動しスプロケット４３とカム軸４１との間に位相差を生じさせる周知構造のものである。
【００３１】
一方、排気側の動弁系には前記吸気側と同じくＶＶＴ１５が配設されているとともに、図８〜１１を参照して後述するように、油圧力を受けて作動し排気側カム軸の一方のカム６２（図９を参照）の作動状態をオン、オフ切り替えることにより、気筒２の排気行程における排気弁１２の通常の開閉作動に加えて、それを吸気行程でも開かせる可変機構７０（Variable Valve Motion 以下、ＶＶＭ７０と略称する）が設けられている。
【００３２】
また、各気筒２毎に燃焼室６の天井部に電極を臨ませて点火プラグ１６が配設され、点火回路１７によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室６の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒２内に燃料直接、噴射するインジェクタ１８（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１８により気筒２の吸気行程において燃料が噴射されると、その燃料噴霧は吸気と混ざり合いながら、ピストン５の下降に伴い容積の拡大する気筒２内に広く分散して、概ね均一な予混合気を形成する。
【００３３】
尚、図示は省略するがインジェクタ１８には、供給する燃料の圧力状態を変更可能な燃料供給ラインが接続されており、前記のように気筒２の吸気行程で燃料を噴射するときには相対的に低圧の燃料を供給し、後述の如くＮＶＯ期間に高温の内部ＥＧＲガス中に燃料を噴射するときには相対的に高圧の燃料を供給することができる。
【００３４】
図１においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側には吸気系が配設され、各気筒２の吸気ポート９には吸気通路２０が連通している。この吸気通路２０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク２１の上流の共通通路には電気式スロットル弁２２とが配設されている。サージタンク２１の下流で吸気通路２０は各気筒２毎に分岐して、それぞれ吸気ポート９に連通している。
【００３５】
一方、シリンダヘッド４の他側には排気系が配設され、各気筒２の排気ポート１０にはそれぞれ各気筒２毎に分岐した排気通路２５（排気マニホルド）が接続されている。この排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ２６が配設されている。また、排気マニホルドよりも下流側には、排気中の有害成分を浄化するための触媒２７等が配設されている。
【００３６】
そして、前記の如きエンジン１の運転制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール３０（以下、ＰＣＭという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、詳しくは後述するが、前記クランク角センサ８、排気酸素濃度センサ２６等の他、エアフローセンサ３１、アクセル開度センサ３２、車速センサ３３等からの信号を少なくとも受け入れ、これらに基づいてエンジン１の運転制御を行うようになっている。
【００３７】
（ＶＶＬの説明）
次に、図２〜７を参照して吸気弁１１のリフト量を可変とするＶＶＬ４０の構造、及びその作動について詳細に説明する。まず、図２に示すように吸気側のカム軸４１には、シリンダ１２Ａ〜１２Ｄ（同図には示さず）のそれぞれに対応して一対の揺動カム４４，４５が支持されている。これら一対の揺動カム４４，４５は、各気筒１２毎の２つの吸気弁１１，１１をそれぞれリフトさせるように配置され、円筒状の連結部４９によって互いに連結されて、カム軸４１の周りに一体に揺動するようになっている。
【００３８】
また、カム軸４１には、揺動カム４４，４５を動作させるために、軸心Ｘ（図３等参照）から偏心した円盤状の偏心カム４６が一体に設けられている。各偏心カム４６にはそれぞれ回転自在に外輪４７が外嵌めされていて、この外輪４７の外周に突出するように設けられた偏心凸部に、連結リンク４８を介して一方の揺動カム４５が連結されている。すなわち、外輪４７は、一端側がカム軸４１の偏心カム４６に回転自在に嵌合され、他端部（偏心凸部）が連結リンク４８によって揺動カム４５に連結されたリンクであり、以下ではオフセットリンクと呼称する。
【００３９】
また、カム軸４１の斜め上方には、これと平行にコントロールシャフト５１が設けられている。このコントロールシャフト５１には４つのコントロールアーム５２がそれぞれ結合固定されており、該各コントロールアーム５２の先端部と前記オフセットリンク４７の他端部とが規制リンク５３によって連結されている。この規制リンク５３は、前記偏心カム４６の回転に伴いオフセットリンク４７の一端側がカム軸４１の周りを公転するときに、このオフセットリンク４７の変位を規制してその他端部を往復運動させるものであり、これにより、そのオフセットリンク４７の他端部に連結された前記連結リンク４８が揺動カム４４，４５を揺動させることになる。
【００４０】
さらに、前記コントロールシャフト５１には、円周の一部のみに歯が形成されたウォーム歯車５４が結合され、このウォーム歯車５４の歯に、電動モータ５５で回転駆動されるウォーム５６が噛み合っている。そして、ＥＣＵ２からの制御信号の入力に応じてモータ５５が作動し、コントロールシャフト５１が回動してコントロールアーム５２の位置が変わることによって、オフセットリンク４７の他端部の往復運動の軌跡、即ち前記連結リンク４８の揺動軌跡が変更され、これにより揺動カム４４，４５の揺動角（揺動範囲）などが変化して、吸気弁１１のリフト量や開閉時期などのリフト特性が変化するようになっている。
【００４１】
言い換えると、前記連結リンク４８及び規制リンク５３は、揺動カム４５とオフセットリンク４７とを連結するとともに、前記偏心カム４６の回転に伴う該オフセットリンク４７の動作を、揺動カム４５（及び揺動カム４４）が揺動するように規制するリンク機構である。このリンク機構を含めて、前記カム軸４１の偏心カム４６、オフセットリンク４７、コントロールシャフト５１、コントロールアーム５２等により、吸気弁１，２のリフト量を連続的に変更可能なＶＶＬ４０が構成されている。
【００４２】
ＶＶＬ４０の構造についてより詳しくは、まず、図３(b)に示すように、吸気弁１１のステム上端には直動式タペット５７が設けられ、このタペット５７に揺動カム４５が当接している。吸気弁１１は、タペット５７内部に設けられたリテーナ５８とシリンダヘッド４に設けられたリテーナ５９との間に配設されたバルブスプリング７０によって、吸気ポート９を閉じる方向（吸気弁１１のリフト方向とは反対方向）に付勢されている。
【００４３】
前記連結リンク４８の一端部は、揺動カム４５にピン６１により回動自在に連結され、一方、規制リンク５３の一端部は、コントロールアーム５２の先端部にピン６２により回動自在に連結されている。そうして、この連結リンク４８と規制リンク５３とは、オフセットリンク４７の両側にそれぞれ配設されて、該オフセットリンク４７を中間に挟んで連係している。すなわち、連結リンク４８及び規制リンク５３の各々の他端部は、オフセットリンク４７の他端部に連結ピン６３によって同軸に且つ回動自在に連結されている。尚、前記ピン６１〜６３はいずれもカム軸４１と平行に延びている。
【００４４】
図示の如く、前記オフセットリンク４７と連結リンク４８との連結ピン６３はカム軸４１の上方に位置しており、その側方にはコントロールアーム５２の回動中心（コントロールシャフト５１の軸心）が位置している。コントロールアーム５２の先端のピン６２は規制リンク５３の回動軸であり、そのピン６２の位置を変更することによって規制リンク５３及び連結ピン６３の揺動軌跡を変化させ、これにより、吸気弁１１のリフト量を変更することができる。
【００４５】
すなわち、各リンクやピンの具体的な動作については以下に述べるが、モータ５５によりコントロールシャフト５１及びコントロールアーム５２を回動させて、図３に示すようにピン６２をコントロールシャフト５１の下方に位置づけると、揺動カム４４，４５の揺動角が大きくなり、リフトピークにおける吸気弁１１のリフト量が最も大きな最大リフト状態になる。また、そこからコントロールアーム５２などの回動によってピン６２を上方へ移動させると、これに応じて揺動カム４４，４５の揺動角は小さくなり、図４に示すようにピン６２がカム軸４１の上方に位置するときに、吸気弁１１のリフト量が最も小さな最小リフト状態になる。
【００４６】
図３の最大リフト状態において揺動カム４５は、同図(b)に示すようにカムノーズの先端側で直動式タペット５７を押圧し、該タペット５７を介して吸気弁１１を大きくリフトさせたリフトピークの状態（揺動カム４４が直動式タペットを介して吸気弁１１を大きくリフトさせた状態）と、同図(a)に示すように吸気弁１１がリフトしないゼロリフトの状態との間で揺動する。最小リフト状態である図４の場合も同様にリフトピークの状態（カムノーズの基端側でタペット５７を押圧）とゼロリフトの状態との間で揺動する（同図(a)及び(b)参照）。
【００４７】
−ＶＶＬの動作−
以下、そのようなリンクやカムの動作を、図５及び図６を参照して具体的に説明する。この両図では、コントロールアーム５２、連結リンク４８及び規制リンク５３については簡略に直線で表しており、また、偏心カム４６の中心（オフセットリンク４７の外輪の中心）の回転軌跡を符号Ｔ０として示している。尚、上述の如く吸気弁１１と揺動カム４４との関係は吸気弁１１と揺動カム４５との関係と同じであって、揺動カム４５は揺動カム４４と同様に働くので、以下では吸気弁１１と揺動カム４５との関係について説明する。
【００４８】
まず、図５を参照して揺動カム４５自体のプロファイルを説明すると、この揺動カム４５の周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面（ベースサークル区間）θ１と、該θ１に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面（リフト区間）θ２とが形成されている。同図は、前記図３の最大リフト状態を表しており、コントロールアーム５２は最大リフト制御位置にある。
【００４９】
同図に実線で示すのは吸気弁１１がリフトピーク近傍にある図３(b)の状態であり、このときには、連結リンク４８によってピン６１が最も上方に引き上げられ、揺動カム４５は、カム面θ２のカムノーズ先端側がタペット５７に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはゼロリフトの状態（図３(a)）であり、このときには揺動カム４５の基円面θ１がタペット５７に接していて、吸気弁１１はリフトしていない（即ち、吸気弁１１は閉じている）。
【００５０】
そして、カム軸４１（偏心カム４６）が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク４７の一端側（図の下端側）は、図に矢印で示すようにカム軸４１の軸心Ｘ周りを公転することになるが、このときにはオフセットリンク４７の他端部の変位は、そこに連結されている規制リンク５３によって規制される。すなわち、規制リンク５３は、コントロールシャフト５１の下方に位置付けられたピン６２を中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク４７の他端側（連結ピン６３）は、偏心カム４６が１回転する度に、ピン６２を中心として往復円弧運動をすることになる（この連結ピン６３の運動軌跡をＴ１として示す）。
【００５１】
前記連結ピン６３の往復円弧運動Ｔ１に伴い、同じ連結ピン６３によって一端部がオフセットリンク４７に連結されている連結リンク４８の他端部（ピン６１）は、図にＴ２として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン６１によって連結リンク４８に連結されている揺動カム４５が図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン６３が上方に移動するときには、連結リンク４８によってピン６１が上方に引き上げられて、揺動カム４５のカムノーズがタペット５７を押し下げ、これによりバルブスプリング７０（図３参照）を押し縮めながら、吸気弁１１をリフトさせる。
【００５２】
一方、連結ピン６３が下方に移動するときには、連結リンク４８によってピン６１が下方に押し下げられて、揺動カム４５のカムノーズが上昇することになるので、前記のようにして圧縮されたバルブスプリング７０の反力によってタペット５７が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、そのタペット５７内のリテーナ５８によって吸気弁１１が引き上げられて、吸気ポート９が閉じられる。
【００５３】
つまり、最大リフト状態では、揺動カム４５がその周面の基円面θ１及びカム面θ２の略全体によってタペット５７を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応して吸気弁１１のリフト量が大きくなるのである。
【００５４】
次に、前記の最大リフト状態から、コントロールアーム５２をコントロールシャフト５１の軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させると、図４や図６に示すように、規制リンク５３の回動軸であるピン６２が前記最大リフト状態よりもカム軸４１の回転方向の手前側に位置して、リフト量の小さな最小リフト状態になる。図６においても前記図５と同様に吸気弁１１がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、ゼロリフトの状態を仮想線で示している。
【００５５】
同図において、カム軸４１（偏心カム４６）が回転すると、前記最大リフト状態と同様にオフセットリンク４７の連結ピン６３は規制リンク５３によって変位が規制され、コントロールシャフト５１の側方に位置するピン６２を中心として、往復円弧運動Ｔ３をする（規制リンク５３は図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する）。そして、その連結ピン６３の往復円弧運動Ｔ３に伴って連結リンク４８のピン６１が往復円弧運動Ｔ４をし、そのピン６１によって連結リンク４８に連結されている揺動カム４５が、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁１１を開閉するようになる。
【００５６】
つまり、最小リフト状態では、前記最大リフト状態と比べて揺動カム４５の揺動角が小さくなり、この揺動カム４５が、その周面の基円面θ１及びこれに連続するカム面θ２の一部分のみによってタペット５７を押圧するようになって、吸気弁１１のリフト量が小さくなるのである。
【００５７】
−リフト特性の変化−
上述のようなＶＶＬ４０の作動によって最大リフト状態から最小リフト状態まで連続的に変更される吸気弁１１のリフトカーブを、図７に示す。同図においてリフトカーブＬ１は、揺動カム４５が図５の実線位置（リフトピーク近傍）と仮想線位置（ゼロリフト）との間で揺動する最大リフト状態を示し、一方、Ｌ２は、揺動カム４５が図６の実線位置と仮想線位置との間で揺動する最小リフト状態を示している。
【００５８】
図示の如く、この実施形態のリフト可変機構ＶＶＬによれば、吸気弁１１のリフト量の増大とともに作用角（開時期から閉時期までのクランク角であって、緩衝区間を含まない）も広がって、当該吸気弁１１の閉時期ＩＶＣが遅角するようになっている。これは、上述したように、揺動カム４５の揺動角の変化に対応して、吸気弁１１のリフト量が変更されるからである。
【００５９】
また、図の例では、吸気弁１１のリフト量が小さいときほど、リフトピークの時期（クランク角）が進角している。これは、上述したように、最大リフト状態から最小リフト状態への移行にあたって、コントロールアーム５２等の回動により規制リンク５３の位置をカム軸４１の回転方向手前側に移動させており、これにより、連結ピン６３の往復円弧運動の軌跡が図５のＴ１の位置から図６のＴ３の位置へと、カム軸４１の回転方向手前側に移動するからである。
【００６０】
すなわち、図５に示す最大リフト状態においては、吸気弁１１がリフトピーク近傍にあるときの偏心カム４６の中心は、その回転軌跡Ｔ０上の点Ｔａに位置するが、図６に示す最小リフト状態においてはリフトピーク近傍での偏心カム４６の中心位置は同図に示す点Ｔｂに移動する。つまり、最大リフト状態から最小リフト状態に移行すると、吸気弁１１のリフトピークは、図６に示すように前記回転軌跡Ｔ０上の点Ｔａ、Ｔｂの中心角θ３だけ進角するのである。
【００６１】
以上、要するに、この実施形態のＶＶＬ４０によると、吸気弁１１のリフト特性は、そのリフト量が小さなときほど作用角が狭くなり、且つその閉時期ＩＶＣが進角する一方、リフト量の連続的な増大とともに作用角が広がって、その閉時期ＩＶＣが遅角するようになっており、吸気弁１１の閉時期ＩＶＣは、相対的に小リフト寄りではＢＤＣりも進角側になり、相対的に大リフト寄りであればＢＤＣよりも遅角側になる。
【００６２】
尚、吸気弁１１の開閉作動タイミングは、前記のようなＶＶＬ４０の特性による変化に加えて、吸気側のＶＶＴ１５により吸気側カム軸４１の回転位相が連続的に進角、遅角されることによって大きく変化し、後述のようにエンジン１の運転状態に応じて連続的に変更される。
【００６３】
（ＶＶＭの説明）
次に、図８〜１１を参照して排気弁１２の作動状態を切り替えるＶＶＭ７０の構造、及びその作動について詳細に説明する。この実施形態では排気側の動弁系は、前記した吸気側とは異なり、タペットを介して排気弁１２を直接駆動するものであり、そのタペットには図８及び図９に示すようにカムの切り替え機構が組み込まれている。すなわち、排気側のカム軸には、図９にのみ示すが第１，第２の２種類のカム６１，６２が設けられる一方、これらに接するタペットには第２排気カム６２の作動をオン、オフ切り替えるロストモーション機構が組み込まれていて、これによりＶＶＭ７０が構成されている。
【００６４】
前記第１排気カム６１は、気筒２の排気行程において既燃ガスを排出する通常の開閉作動のためのものであり、一方、第２排気カム６２は、以下に述べるように排気弁１２を吸気行程でも開かせて、排気通路２５から既燃ガスを吸い戻すためのものである。図の例では第１排気カム６１は２つ一組の対をなし、以下に述べるＶＶＭ７０のサイドタペット７２にそれぞれ接合して常時、排気弁１２を開閉動作させる。一方、第２排気カム６２は、排気カム軸の軸方向（図９の左右方向）において２つの第１排気カム６１，６１の間に挟まれるように設けられてＶＶＭ７０のセンタタペット７３に接合し、後述する制御により排気弁１２の二度開きを可能にする。
【００６５】
より詳しくは、図８に分解斜視図で示すように、ＶＶＭ７０は、矩形のハウジング７１と、このハウジング７１内に昇降可能に収容され、排気弁１２の軸部１２ａの端部に固定されるサイドタペット７２と、このサイドタペット７２に相対変位可能に組み付けられて、第２排気カム６２によって駆動されるセンタタペット７３とを有している。ハウジング７１は、シリンダヘッド４と一体化され、両タペット７２、７３の上死点位置およびサイドタペット７３の下死点位置を規制するとともに、センタタペット７３を第２排気カム６２に対して臨ませる構造体である。
【００６６】
前記サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面視で排気カム軸と直交する直径方向に収容凹部７２ａを有している。各壁部７２ｂには排気カム軸と平行な挿通孔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。各ホルダ７５ａ、７５ｂは、後述するように、センタタペット７３のピン孔７３ａに収容されるピンユニット７８を駆動するためのものである。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側（他方のスリーブ状ホルダ７５ｂの反対側）には軸受７６が固定されており、その転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａ（図９、図１０参照）に転がり接触している。この結果、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（排気弁１２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６０を受けるスプリングシート７２ｄが固定されている。
【００６７】
また、センタタペット７３は、平面視で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に組み付けられて、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に対し昇降可能になっている。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、排気カム軸の方へ付勢されている。このコイルばね７７の付勢力は、バルブスプリング６０の付勢力よりも充分小さくなるように設定されており、自由状態ではサイドタペット７２の壁部７２ｂの上面とセンタタペット７３の上面とが面一になっている（図９に示す）。この自由状態において前記挿通孔７２ｃと同心に連通するように、センタタペット７３にはピン孔７３ａが穿設されており、このピン孔７３ａにはピンユニット７８が収容されている。
【００６８】
そのピンユニット７８は、前記一方のスリーブ状ホルダ７５ａ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及びスリーブ状ホルダ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前記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。
【００６９】
そして、自由状態においてはロックプランジャ７８ａ及びロックピン７８ｃがそれぞれ壁部７２ｂとセンタタペット７３との間に介在しており、従って、この状態ではロックプランジャ７８ａ、ロックピン７８ｃがセンタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になる。よって、センタタペット７３が第２排気カム６２に押圧されて駆動されると、サイドタペット７２を介して排気弁１２の軸部１２ａが押し下げられるようになり、第２排気カム６２により規定されるタイミングで該排気弁１２が開かれる。
【００７０】
一方、ロックピン７８ｃのロックを解除するために、他方の壁部（軸受７６が設けられた壁部７２ｂと反対側の壁部）７２ｂと、この壁部７２ｂに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、図示しないが作動油回路が形成されている。後述するＰＣＭ３０の制御によってその作動油回路に作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが図９、１０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。
【００７１】
こうしてロックが解除された状態でセンタタペット７３が第２排気カム６２に駆動されると、このセンタタペット７３はサイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降するようになり、その力はコイルばね７７に吸収されて排気弁１２の軸部１２ａには伝達されない。こうしてピンユニット７８によるロックを解除することによって所謂ロストモーションが実現し、第２排気カム６２による排気弁１２の開作動が停止される。
【００７２】
つまり、ＶＶＭ７０がロック状態とロック解除状態とに切り替えられることによって、排気弁１２の作動状態が通常の排気行程における開閉作動のみと、これに加えて吸気行程でも開作動する二度開きとに切り替えられるようになる。図１１に示す実線のリフトカーブＬex1は、第１排気カム６１によってＶＶＭ７０のサイドタペット７２が押圧されて、気筒２の排気行程において排気弁１２が開かれる通常の開閉作動を示し、破線のリフトカーブＬex2は、第２排気カム６２によりＶＶＭ７０のセンタタペット７３が押圧されて、吸気行程でも排気弁１２が開かれることを示している。
【００７３】
図示のように、二度開きの際の吸気行程における排気弁１２のリフト量はかなり小さく、上述したＶＶＬ４０の制御によって矢印のように変更される吸気弁１１のリフトカーブＬinに比べると、低中負荷で比較的吸気弁１１のリフトが低いときであっても最小リフト状態を除いて、それよりも低くなっている。また、排気弁１２のリフトカーブＬex2は、後述するＶＶＴ１５の制御によってリフトカーブＬex1と共に進角、遅角されて、吸気弁１１のリフトカーブＬinに含まれるようになる。
【００７４】
尚、図示は省略するが、ＶＶＭ７０の作動油回路に接続された外部の作動油給排回路には、電磁弁が設けられており、この電磁弁がＰＣＭ３０によって作動制御されることにより、全ての気筒２のＶＶＭ７０に対する作動油の給排が同時に行われ、それらが一斉にロックされ、或いはロック解除されるようになっている。
【００７５】
（エンジン制御の概要）
上述の如き構成のエンジン１の運転制御を行うために、図１２にも示すように、ＰＣＭ３０は、クランク角センサ８等の他、吸気通路２０における空気の流量を計測するエアフローセンサ３１からの信号と、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からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ３３からの信号と、を少なくとも入力する。
【００７６】
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１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、これに応じて吸排気のＶＶＴ１５、点火回路１７、インジェクタ１８、スロットル弁２２、ＶＶＬ４０、ＶＶＭ７０等を制御する。すなわち、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＬ４０によって吸気弁１１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ＶＶＴ１５によって吸排気弁１１，１２のオーバーラップ期間を調整する。
【００７７】
そうして主にＶＶＬ４０の制御によって、前記図７のように吸気弁１１のリフト量を最小リフトから最大リフトまでの間で連続的に変化させることができ、これにより気筒２への吸気の充填量を広い範囲で変更することができるので、エンジン１の負荷（目標トルク）や回転速度に応じて吸気弁１１のリフト量を制御することにより、この実施形態のエンジン１ではスロットル弁２２の制御によらず出力を制御することができる。よって、スロットル弁２２は限られた運転状態でのみ使用し、通常はエンジン１の部分負荷域においても全開とされて、ポンピングロスの低減が図られる。
【００７８】
また、ＰＣＭ３０は、インジェクタ１８を後述の如き所定のタイミングで作動させることにより、気筒２内の空燃比や混合気の形成状態を切換えるとともに、前記のように主にＶＶＴ１５の作動によって気筒２の内部ＥＧＲガス量を制御し、さらに点火プラグ１６の作動状態を切換えることで、エンジン１の燃焼状態を以下に述べるＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とのいずれかに切換える。
【００７９】
具体的には図１３に制御マップの一例を示すように、相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域（Ｈ）においては、気筒２内に形成した予混合気に点火することなく、これをピストン５の上昇により圧縮して自己着火させるようにする。すなわち、前記図１１や図１４にも示すように、気筒２の排気行程ないし吸気行程において排気弁１２が閉じてから吸気弁１１が開くまでの期間、即ち吸排気弁１１，１２の双方が閉じる所謂負のオーバーラップ（Negative Valve Ovealap：ＮＶＯ）期間を設け、多量の内部ＥＧＲガスによって気筒２内の温度を高めるとともに、図１４にのみ示すが、気筒２の吸気行程においてインジェクタ１８により燃料を噴射（メイン噴射）させて吸気や内部ＥＧＲガスと十分に混合し、概ね均一な予混合気を形成した上で燃焼させる。
【００８０】
そのような予混合気の圧縮による自己着火については従来よりＨＣＣＩ（Homogenious Charge Compression Ignition）と呼ばれており、気筒２内の燃焼室６における多数の箇所で予混合気が略一斉に自己着火して燃焼を開始するものと考えられている。ＨＣＣＩ燃焼は、従来一般的な火炎伝播による燃焼（Spark Ignition：ＳＩ燃焼）に比べて燃焼期間が短くなり、熱効率が高くなる。また、ＨＣＣＩ燃焼は、前記のように多量の内部ＥＧＲガスによって希釈した予混合気の燃焼であるから、燃焼温度が低くなり窒素酸化物の生成は非常に少ない。
【００８１】
但し、そうして多量の内部ＥＧＲガスによって希釈した予混合気を燃焼させるものであるから、ＨＣＣＩ燃焼ではあまり高い出力は得られず、前記の制御マップ（図１３）に示すように、相対的に高負荷側乃至高回転側の運転領域（Ｓ）においては従来同様、ＳＩ燃焼が行われるものである（以下、運転領域（Ｈ）をＨＣＣＩ領域と呼び、運転領域（Ｓ）をＳＩ領域と呼ぶ）。
【００８２】
また、ＨＣＣＩ燃焼による熱効率が最も高くなるのは、予混合気が気筒２の圧縮ＴＤＣ近傍にて一斉に自己着火して、それによる熱発生のピークがＴＤＣよりも少し遅角側になるときであり、こうした適切なタイミングで予混合気を安定的に自己着火させるために、この実施形態では、前記図１４に示すように例えば気筒２の圧縮行程終盤に、即ち吸排気弁１１，１２のＮＶＯ期間中にインジェクタ１８により少量の燃料を噴射（ＮＶＯ噴射）させるようにしている。これにより、特許文献１にも記載されているように混合気の圧縮による自己着火を促進することができる。
【００８３】
−排気弁の二度開き−
ところで、前記のようにＮＶＯ期間を設定すると、前記図１１、１４から分かるように、吸気弁１１の開く時期（IVO）が気筒２の吸気上死点（吸気ＴＤＣ）よりも遅角することになり、その分は吸気弁１１の開いている期間が短くなってしまう。しかも、ＮＶＯ期間を設定する低負荷側の運転状態では吸気弁１１のリフトも低くなることから、その傘部と吸気ポート９の開口端との間隙、即ち弁環部における吸気の絞り損失が大きくなりやすく、前記のように開期間が短くなることと相俟ってポンピングロスの増大を招くことは避けられない。
【００８４】
これに対し、この実施形態では本発明の特徴部分として、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）においても比較的多くの内部ＥＧＲガス量を必要とし、ＮＶＯ期間が長くなる低負荷側の第１運転領域（図１３に斜めハッチを入れて示す領域h1）においては、ＶＶＭ７０の作動によって排気弁１２を吸気行程でも開くことにより、排気通路２５から気筒２内に既燃ガスを吸い戻して、吸気の絞り損失の増大を抑えるようにしている。
【００８５】
尚、図１３の制御マップにおいてＨＣＣＩ領域（Ｈ）は、排気弁１２の二度開きを行う相対的に低負荷側の前記第１運転領域（h1）と、その高負荷側の第２運転領域（h2）とに分かれており、この第２運転領域（h2）ではＮＶＯ期間が比較的短いことから、前記のような排気弁１２の二度開きは行わない。
【００８６】
以下にエンジン制御の具体的な手順を、図１５及び図１６のフローチャートに基づいて説明すると、まず、図１５におけるスタート後のステップＳ１では、クランク角センサ８、エアフローセンサ３１、アクセル開度センサ３２、車速センサ３３等からの信号を入力し、続くステップＳ２では、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあるかどうか判定する。すなわち、クランク角センサ８からの信号によりエンジン回転速度を演算し、例えば車速及びアクセル開度に基づいて、或いはエアフローセンサ３１からの信号とエンジン回転速度とに基づき内部ＥＧＲ量を加味して、エンジン１への要求トルク（負荷）を演算する。そうして求めたエンジン回転速度と要求トルクとに基づき、図１３の制御マップを参照してＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあるかどうか判定する。
【００８７】
その判定がＮＯであればエンジン１はＳＩ領域（Ｓ）にあるので、後述のステップＳ１４〜Ｓ１８（図１６参照）に進んでＳＩ燃焼のための制御を実行する一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳでＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあれば、ステップＳ３に進む。ここではＨＣＣＩ領域において相対的に低負荷側の第１運転領域（h1）にあるかどうか判定し、この判定がＮＯであれば相対的に高負荷側の第２運転領域（h2）にあるので、後述するステップＳ９に進む一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳで第１運転領域（h1）にあればステップＳ４に進む。
【００８８】
ステップＳ４では、ＶＶＴ１５及びＶＶＬ４０の制御によってエンジン負荷に対応したＮＶＯ期間になるように吸排気弁１１，１２の作動タイミングを制御するとともに、ＶＶＭ７０をロック状態に制御して第２排気カム６２の作動が排気弁１２に伝わるようにし、これにより吸気行程でも排気弁１２が開くように、即ち二度開きするようにする。すなわち、まず、例えば目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してあるマップを参照して所要の吸気充填量となるような吸気弁１１のリフト量を決定し、そうなるようにＶＶＬ４０を制御する。この吸気充填量は、気筒２への燃料供給量に対応して適切な空燃比となるように予め実験等により求めて、前記マップに設定するようにすればよい。
【００８９】
また、そうしてＶＶＬ４０の制御による吸気弁１１の作動タイミングの変化も考慮して、吸気及び排気のＶＶＴ１５の制御によりＮＶＯ期間を調整する、これは前記ＶＶＬ４０の制御と同じく、予め実験的に設定してあるマップを参照して、所要の内部ＥＧＲ量となるような吸排気弁１１，１２のＮＶＯ期間を決定し、そうなるようにＶＶＴ１５を制御すればよい。また、ＶＶＴ１５の制御マップには、図１１に示すように、ＮＶＯ期間の中央が吸気ＴＤＣとなるように、即ち、排気行程で排気弁１２が閉じて（EVC）から吸気ＴＤＣまでの間隔αと、それから吸気弁１１の開く（IVO）までの間隔βとが同じになり、且つ、その吸気弁１１の開期間内に排気弁１２の二度目の開期間が含まれるように、吸気及び排気のそれぞれのＶＶＴ１５の作動量が設定されている。
【００９０】
そうしてＮＶＯ期間の中央が吸気ＴＤＣになるようにすれば、ポンピングロスを小さくすることができる。すなわち、ＮＶＯ期間を設けるために吸気ＴＤＣ前で排気弁１２を閉じると、その後、ＴＤＣまでは気筒２内の圧力が上昇して圧縮のための仕事量が多くなるが、ＴＤＣを超えて吸気弁１１が開くまでの間は上昇した気筒内圧によってピストン５が押し下げられることにより、前記の圧縮仕事を回収できるからである。
【００９１】
また、二度開きによる吸気行程での排気弁１２の開期間が吸気弁１１の開期間内に含まれるようにすることで、その際に排気通路２５から気筒２内に既燃ガスが吸い戻されるようになり、吸気弁１１周りの吸気の絞り損失の増大を抑えることができる。特に、吸気弁１１が開かれるときには既に気筒２内が負圧になっていて、吸気ポート９との間に大きな圧力差が生じるから、このときに排気弁１２を開くようにするのが好ましい。
【００９２】
しかも、排気弁１２を吸気弁１１が開かれるのと同時、或いはそれよりも後に（つまり、それが開かれる以降に）開くようにすれば、前記した気筒２の圧縮仕事の回収が十分に行われることになる。また、排気弁１２を吸気弁１１の閉じられるのと同時、或いはそれよりも前に（つまり、それが閉じられる以前に）閉じるようにすれば、吸気弁１１の閉じた後に未だ開いている排気弁１２から気筒２内のガスの一部が排気通路２５に流出することはなくなり、気筒２の有効圧縮比が低下することもない。
【００９３】
前記ステップＳ４に続いてステップＳ５では、予めＮＶＯ期間内に含まれるように設定されているＮＶＯ噴射のタイミング（図１４を参照）になったかどうか判定する。この判定がＮＯの間は待機し、判定がＹＥＳになればステップＳ６に進んでインジェクタ１８を作動させ、活性化混合気を形成するためのＮＶＯ噴射を実行する。すなわち、例えば目標トルク及びエンジン回転速度に基づき、予め実験的に設定してある噴射量マップを参照してＮＶＯ噴射量の目標値を決定し、それに対応するパルス幅の噴射制御信号をインジェクタ１８に出力する。
【００９４】
前記噴射量マップは、目標トルク及びエンジン回転速度に対応してＮＶＯ噴射及びメイン噴射の各噴射量の最適値を予め実験等により設定したものであり、この実施形態では、例えばＮＶＯ噴射の量がエンジン負荷の上昇に連れて徐々に減少する一方、メイン噴射の量は負荷の増大に応じて徐々に増大するように設定されている。
【００９５】
前記ステップＳ６に続くステップＳ７では、予め吸気弁１１の開期間内に含まれるように設定されているメイン噴射のタイミング（図１４を参照）になったかどうか判定し、判定がＮＯの間は待機する一方、判定がＹＥＳになればステップＳ８に進んでインジェクタ１８を作動させて、メイン噴射を実行した後にリターンする。尚、メイン噴射のタイミングは、一例として吸気弁１１の開弁直後に設定されており、吸気弁１１の傘部と吸気ポート９との隙間から気筒２内に流入する高速の吸気流によって、燃料噴霧の吸気との混合が促進されるようになる。
【００９６】
斯くして、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）において相対的に低負荷側の第１運転領域（h1）では、多量の内部ＥＧＲのためにＮＶＯ期間を設けるとともに、これにより吸気弁１１の開期間が短くなることに対応し、この開期間内においても排気弁１２を開いて排気通路２５から既燃ガスを吸い戻すようにしており、これにより吸気弁１１周りの絞り損失の増大を抑えて、ポンピングロスの増大を抑制することができる。
【００９７】
しかも、そうして吸い戻される既燃ガスによっても内部ＥＧＲガス量を確保することができるから、その分はＮＶＯ期間を短めに設定すれば、このことによっても吸気の絞り損失の増大を抑えることができる。
【００９８】
これに対し、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｈ）において相対的に高負荷側の第２運転領域（h2）にあり、前記ステップＳ３でＮＯと判定して進んだステップＳ９では、前記ステップＳ４と同じくマップを参照してＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５を制御し、所要のＮＶＯ期間となるように吸排気弁１１，１２の作動タイミングを制御する。また、ＶＶＭ７０はロック解除状態に制御してセンタタペット７３においてロストモーションが生じるようにし、排気弁１２が吸気行程では開かないようにする。
【００９９】
続いてステップＳ１０では、前記ステップＳ５と同様にＮＶＯ噴射タイミングになったかどうか判定し、判定がＮＯの間は待機する一方、判定がＹＥＳになればステップＳ１１に進んで、前記ステップＳ６と同様にインジェクタ１８を作動させる。そして、ステップＳ１２では、前記ステップＳ７と同様にメイン噴射タイミングになったかどうか判定し、判定がＮＯの間は待機する一方、判定がＹＥＳになればステップＳ１３に進んで、前記ステップＳ８と同様にインジェクタ１８を作動させた後にリターンする。
【０１００】
つまり、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｈ）において相対的に高負荷側の第２運転領域（h2）にあるときには、第１運転領域（h1）にあるときと同様にＮＶＯ噴射は行うものの、排気弁１２の二度開きは行わない。これは、エンジン負荷が高いほど気筒内温度も高くなるので、着火性確保のために求められるＮＶＯ期間が短くなり、それを設けることに付随する吸気絞り損失の問題が実質、なくなるからである。
【０１０１】
また、排気弁１２の二度開きを行って、排気通路２５から気筒２内に既燃ガスを吸い戻すようにした場合は、そうして吸い戻される既燃ガス量が排気脈動等による影響を受けて変動したり、気筒２毎のバラつきが大きくなったりする虞れもあるので、これらの不具合を排除し内部ＥＧＲガス量をより正確に制御するためにも、高負荷側では排気弁１２の二度開きは行わない方がよいのである。尚、排気弁１２の二度開きを行わなければ、機械的な駆動ロスが減ることは言うまでもない。
【０１０２】
前記したＨＣＣＩ領域（Ｈ）に対して、エンジン１がＳＩ領域（Ｓ）にあれば、前記の如くステップＳ２でＮＯと判定されて図１６のフローのステップＳ１４に進み、従来一般的なＳＩ燃焼となるようにエンジン１の運転制御が行われる。すなわち、ステップＳ１４ではＶＶＬ４０及びＶＶＴ１５を制御して、エンジン１の負荷及び回転速度に対応した適切なバルブオーバーラップ状態（正のオーバーラップ）になるように吸排気弁１１，１２の作動タイミングを制御する。尚、ＶＶＭ７０はロック解除状態に制御する。
【０１０３】
続いてステップＳ１５、Ｓ１６では主に吸気行程の所定のタイミングでインジェクタ１８を作動させてメイン噴射を実行し、気筒２内に概ね均一な混合気が形成されるようにする。そして、ステップＳ１７では例えば圧縮ＴＤＣ前の所定の点火タイミングになったかどうか判定し、ＮＯの間は待機する一方、ＹＥＳになればステップＳ１８に進んで点火回路１７を作動させ、前記気筒２内の混合気に点火して、しかる後にリターンする。
【０１０４】
前記図１５のフローにおいてステップＳ４は、エンジンがＨＣＣＩ領域（Ｈ）（所定運転領域）内で相対的に低負荷側の領域（h1）にあるときに、排気弁１２を二度開きさせ、気筒２の吸気行程で吸気弁１１の開かれる以降に排気弁１２を開いて、それを吸気弁１１の閉じられる以前に閉じる、吸気時排気弁開工程に対応している。この際、排気弁１２のリフト量は吸気弁１１よりも小さくされる。
【０１０５】
また、前記図１５、１６のフローの制御は、ＰＣＭ３０のメモリに電子的に格納されている制御プログラムがＣＰＵにより実行されることによって実現するものであり、その意味でＰＣＭ３０は、前記のように排気弁１２を二度開きさせるべくＶＶＭ７０を制御する排気弁制御手段を構成している。
【０１０６】
したがって、この実施形態に係るエンジン制御装置Ａによると、エンジン１がＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあるとき、吸排気弁１１，１２の作動に所謂負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けて、多量の内部ＥＧＲガスにより気筒２内の温度を高めることにより、予混合気の圧縮自己着火を促進するとともに、ＮＶＯ期間に気筒２内に存する高温の内部ＥＧＲガス中に燃料を噴射（ＮＶＯ噴射）することで、予混合気の活性を高めて、その圧縮による自己着火を促進することができる。
【０１０７】
また、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）においても比較的ＮＶＯ期間が長くなり、その分、吸気弁１１の開期間が短くなる低負荷側の第１運転領域（h1）では、ＶＶＭ７０の作動により排気弁１２の二度開き（動作）を実施して、吸気弁１１の開期間内においても排気弁１２を開くことにより、吸気の絞り損失の増大を抑えて、ポンピングロスの増大を抑制することができる。
【０１０８】
そうして吸気弁１１の開期間内において、即ち吸気弁１１の閉じられる以前に排気弁１２を閉じるようにすれば、その排気弁１２の二度開きに起因して気筒２の有効圧縮比が低下することがなく、良好な着火性を確保することができる。
【０１０９】
また、そうして吸気弁１１の開期間内において開く排気弁１２のリフト量が、図１１、１４に示されるように、アイドル時も含めて吸気弁１１よりも小リフトとすることで、二度開きをしても気筒２への新気の充填量を確保することができる。尚、ＨＣＣＩ燃焼は空燃比のかなり希薄な状態で行われるので、既燃ガス中にも多量の空気が残存しており、従来一般的な理論空燃比での燃焼のように、内部ＥＧＲガス量の増大に連れて燃焼が悪化する虞れは殆どない。
【０１１０】
（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態のものに限定されることなく、それ以外の種々の構成を包含する。すなわち、前記の実施形態では、ＨＣＣＩ燃焼とする領域（Ｈ）のうち、相対的に低負荷側の第１運転領域（h1）でのみ排気弁１２の二度開きを行うようにしているが、これに限らず、相対的に高負荷側の領域(h2)でも二度開きを行うことは可能である。また、二度開きの際の吸気行程における排気弁１２のリフト量は、場合によっては吸気弁１１のリフト量よりも大きくてもよい。
【０１１１】
また、前記の実施形態では、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）の全域に亘ってＮＶＯ噴射を行うようにしているが、これはＨＣＣＩ領域（Ｈ）の内の一部、例えば相対的に低負荷側の第１運転領域（h1）でのみ行うようにしてもよい。或いはＮＶＯ期間を設定するが、ＮＶＯ噴射は行わないエンジンにも本発明を適用することはできる。勿論、本発明に係るエンジンはガソリンエンジンに限らない。
【０１１２】
さらに、前記の実施形態では、吸排気弁１１，１２のリフト特性をＶＶＴ１５、ＶＶＬ４０及びＶＶＭ７０の制御によって変更するようにしているが、これに限るものではなく、例えば、図１７に模式的に示すような電磁アクチュエータを用いて、吸排気弁１１，１２を個別に開閉制御するようにしてもよい。
【０１１３】
図示の電磁アクチュエータは周知構造の一例であり、これに限定されることはないが、例えば吸気弁１１の軸端にアーマチャ８１が固定され、上下のコイル８２，８３から吸引力を受けるようになっている。図示しない初期状態では上下のスプリング８４，８５の力の釣り合いによって、吸気弁１１は上下ストロークの略中央に位置しており、通電された上側コイル８２によってアーマチャ８１が引き上げられると、同図(a)の全閉位置になる一方、下側コイル８３によって引き下げられると同図(b)の全開位置になる。
【０１１４】
また、図示しないセンサが、アーマチャ８１の位置、速度或いは加速度を検出するように設けられており、このセンサーからの信号を受けたＰＣＭ３０が上下のコイル８２，８３へ交互に通電制御することにより、吸気弁１１が開閉作動されるようになる。こうした電磁制御による吸排気弁１１，１２の作動は前記実施形態のＶＶＴ１５やＶＶＬ４０に比べても自由度が高く、狙いのリフト特性となるように制御することができる。
【０１１５】
このことから、前記電磁アクチュエータによる動弁系の場合は、図１８に一例を示すように吸気行程において排気弁１２を開くときには（点線のリフトカーブＬex2）、これを吸気弁１１の開くとき同時に開くとともに、吸気弁１１が閉じるのと同時に閉じるようにするのがよい。こうして吸気弁１１の開いている期間内で常に排気弁１２も開いているようにすれば、吸気弁１１周りの絞り損失を最も効果的に低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上、説明したように本発明は、相対的に低負荷側でＨＣＣＩ燃焼を行うようにしたエンジンにおいて、ＮＶＯ噴射により着火の安定性を高め且つそのタイミングを最適化して、ＨＣＣＩ燃焼による燃費やエミッションの改善効果を十分に得ることができるので、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【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】吸気側動弁系に設けられたＶＶＬの斜視図である。
【図３】同ＶＶＬの大リフト制御状態を示す断面図であり、（ａ）はゼロリフトの状態を示し、（ｂ）はリフトピークの状態を示す。
【図４】同最小リフト状態を示す図３相当図である。
【図５】同最大リフト状態の作動の説明図である。
【図６】最小フト状態に係る図５相当図である。
【図７】同ＶＶＬによるリフトカーブの変化を示す特性図である。
【図８】排気側動弁系に設けられたＶＶＭの分解斜視図である。
【図９】同ＶＶＭの正面断面図である。
【図１０】同ＶＶＭの平面断面図である。
【図１１】排気弁の通常動作及び二度開きのリフトカーブを示す説明図である。
【図１２】制御の概略を示すブロック図である。
【図１３】燃焼状態を切換える制御マップの一例を示す説明図である。
【図１４】インジェクタによる燃料噴射の態様を示す模式図である。
【図１５】エンジン制御の手順の一部を示すフローチャート図である。
【図１６】エンジン制御の残りの手順を示すフローチャート図である。
【図１７】吸排気弁を駆動する電磁アクチュエータの模式図である。
【図１８】同電磁アクチュエータを用いた場合の図１１相当図である。
【符号の説明】
【０１１８】
Ａ        エンジン制御装置（吸排気制御装置）
１        エンジン
２        気筒
１１      吸気弁
１２      排気弁
３０      ＰＣＭ（排気弁制御手段）
Ｈ        ＨＣＣＩ領域（所定運転領域）
h1        第１運転領域（相対的に低負荷側）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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