JP6350975B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、可変動弁機構によって吸気弁の開閉を制御するエンジンの制御装置に関する。

従来から、エンジンの制御装置においては、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁の時期を適切に制御することにより、特に圧縮自己燃焼運転領域におけるエンジンの運転効率を高める技術が知られている。そして、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁を制御するための手段としては、弁の開閉を、カムの表面に設けられたカム山の形状に応じて一定の間隔で、且つ一定のリフト量で開閉弁させる、いわゆるメカニカル動弁機構や、所定のタイミングで所定のリフト量で開閉弁させることができる可変動弁機構が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１２１４８１号公報

特許文献１に記載された可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を備えている。そして、このような可変動弁機構によれば、カムの形状に完全に依存することなく、油圧バルブによって吸気弁の開閉を制御することができる。

ところで、近年では、燃費の向上等を実現するために、エンジンの吸気弁及び排気弁のリフトタイミングをエンジンの運転状態に応じてベースプロフィールに対して早めたり、遅延させたりすることが行われている。

そして、可変動弁機構において、弁の開弁時期を遅らせるためには、クランクシャフトと同期して回転するカムのカム山のプロフィールに従わず、カムの動作によって圧力室が高まったとしても、油圧バルブを制御することにより、カムの動作に連動して弁が作動しないようにすることが必要となる。そして、カムによって圧力室内の圧力が上昇し始めてから所定の時間経過後に、油圧バルブを閉弁することにより、圧力室内の圧力上昇を吸気弁に伝達し、弁を開弁させることで吸気弁の時期を、カム山のプロフィールに対して遅らせる。

しかしながら、弁の開弁時期を遅らせる制御を行うと、油圧脈動が生じ、油圧バルブの開閉制御に遅延が生じてしまう、という問題があった。即ち、油圧バルブを用いて弁のリフト開始時期を遅らせる場合、カム山のプロフィールに応じて圧力室内の圧力が高まった状態で油圧バルブを作動させ、弁のリフトを開始することとなる。しかしながら、上述したように、圧力室内の圧力が高まった状態で弁のリフトを開始すると、弁に作用する圧力が急激に増加し、圧力室内で油圧脈動が発生してしまう。そして、圧力室内で油圧脈動が発生すると、油圧バルブを閉じる動作が遅れ、弁のリフト量を正確に制御することができなくなってしまう。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、弁の開弁時期を遅らせる制御を行う際に、油圧脈動を抑制することにより、弁のリフト量を正確に制御することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、吸気を気筒内に導入するための吸気弁と、この吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する油圧式可変動弁機構であって、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する油圧式可変動弁機構と、吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する機械式可変動弁機構と、油圧式可変動弁機構及び機械式可変動弁機構による吸気弁の開弁時期を制御する吸気弁開弁時期制御手段と、を有するエンジンの制御装置であって、吸気弁開弁時期制御手段は、エンジンの運転状態に応じて、所定の遅角時期までは油圧式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させると共に、所定の遅角時期後は前記機械式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させる、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて、油圧式可変動弁機構のエンジンオイルの油圧が変化する圧力室内の油圧脈動が発生しにくい所定の遅角時期までは、油圧式可変動弁機構によって弁の開弁時期を遅らせることができる。そして、圧力室内の油圧脈動が発生し易い時期である所定の遅角時期よりも遅い時期の場合には、油圧を用いない機械式可変動弁機構を用いて弁の開弁時期を遅らせる。これにより、弁の開弁時期を遅らせる際に油圧脈動が発生するのを防止し、弁のリフト量を正確に制御することができる。

また、本発明において、好ましくは、吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、エンジンの回転数に応じて吸気行程における吸気弁の開弁時期が遅くなるように油圧式可変動弁機構の油圧バルブを制御し、吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させており、かつ所定の遅角時期後に、エンジンの回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期を遅らせるように前記機械式可変動弁機構を制御する。

このように構成された本発明によれば、圧縮自己燃焼制御を行っており、かつ吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、吸気弁の開弁時期を遅らせることができる。これにより、既燃ガスに対する新気の相対量を減らすことができる。また、圧縮自己燃焼制御を行っており、かつ吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合において、吸気弁の開弁時期をさらに遅らせる場合（所定の遅角時期後の場合）には、吸気弁の制御を、油圧式可変動弁機構による制御から機械式可変動弁機構による制御に切り換えることができる。そして、吸気弁の制御を機械式可変動弁機構による制御とすることにより、吸気弁の開弁時期を遅らせたとしても油圧脈動が生じるのを防止することができる。

また、本発明において、好ましくは、前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくする。

このように構成された本発明によれば、エンジンの回転数が所定の回転数を超えるまでは、上述したように、吸気弁の開弁時期を遅らせる。そして、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくし、これにより、吸気弁を介して気筒内に導入される新気の量を減らし、既燃ガスの相対的な量を増やすことができる。

また、本発明において、好ましくは、さらに、エンジンは、排気を気筒内から排出するための排気弁及びその排気弁の下流側に設けられた排気シャッター弁を有し、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、排気シャッター弁を閉じる。

このように構成された本発明によれば、エンジンの回転数が所定の回転数を超えるまでは、上述したように、吸気弁の開弁時期を遅らせる。そして、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、排気シャッター弁を閉じ、これにより、気筒内から一旦排出された既燃ガスをエンジン付近に留めることができる。そして、エンジン付近に留まっている既燃ガスを気筒内に再導入することにより、気筒内の既燃ガスの相対的な量を増やすことができる。

以上のように、本発明によれば、油圧脈動を抑制することにより、吸気弁のリフト量を正確に制御することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンにおける吸気弁に適用される油圧式可変動弁機構の概略側面図である。 本発明の実施形態による油圧式可変動弁機構のカムを示す概略側面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。 本発明の実施形態による第１の運転領域での吸気弁及び吸気弁の基本動作の説明図である。 本発明の実施形態による吸気側の油圧式可変動弁機構の特性についての説明図である。 本発明の実施形態による吸気弁の動作についての説明図である。 本発明の実施形態による吸気弁のリフト開始時期を決定するためのフロー図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンについて説明する。

［エンジンの構成］
まず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの吸気弁に適用される吸気側の油圧式可変動弁機構の概略側面図（部分的に断面図を示している）であり、図３は、本発明の実施形態による吸気側の油圧式可変動弁機構のカムを示す概略側面図であり、図４は、本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。

図１に示すように、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（なお、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の頂面には、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１９を画定する。なお、燃焼室１９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の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火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。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

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１９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。

図２に示すように、吸気弁２１には、油圧式可変動弁機構７２が取り付けられており（図４参照）、この吸気側可変動弁機構７２は、油圧を用いて吸気弁２１の開閉時期及び／又はリフト量を変化させる。また、吸気弁２１には、所定の条件下でのみ作動する機械式可変動弁機構７４が取り付けられている。

図２に示すように、吸気弁２１に適用される油圧式可変動弁機構７２は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路７２ａと、オイル供給路７２ａ上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ７２ｂ（油圧バルブに相当する）と、オイル供給路７２ａからソレノイドバルブ７２ｂを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室７２ｃと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７２ｂが開弁しているときに、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとが流体連通されて、オイル供給路７２ａから圧力室７２ｃへとエンジンオイルが供給される（図２中の矢印Ａ１１参照）。ソレノイドバルブ７２ｂは、通電されていない状態では開弁しており、通電されると閉弁する。より詳しくは、ソレノイドバルブ７２ｂは、通電され続けることにより、閉弁状態が維持される。なお、ソレノイドバルブ７２ｂの上流側のオイル供給路７２ａ上には、図示しない逆止弁などが設けられている。

また、油圧式可変動弁機構７２は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト２３上に設けられたカム７２ｄと、カム７２ｄから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア７２ｅと、圧力室７２ｃに連結されており、ローラーフィンガーフォロア７２ｅによって動作されて、圧力室７２ｃ内のエンジンオイルの圧力（油圧）を上昇させるポンプユニット７２ｆと、を有する。加えて、油圧式可変動弁機構７２は、ソレノイドバルブ７２ｂを介して圧力室７２ｃに連結され、圧力室７２ｃ内の油圧によって吸気弁２１を開弁させるように動作するブレーキユニット７２ｇと、ブレーキユニット７２ｇが動作していないときに吸気弁２１の閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング７２ｈと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７２ｂが閉弁しているときに、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとの流体連通が遮断されて、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとが流体連通されることで、圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇに作用する（図２中の矢印Ａ１２参照）。

また、図３に示すように、カム７２ｄは、クランクシャフト２３に固定されており、クランクシャフト２３の回転と同期して、矢印Ａ１３方向に回転する。そして、カム７２ｄが回転すると、カム７２ｄのカム山の回転方向先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用する。

油圧式可変動弁機構７２が吸気弁２１を開弁させる動作について具体的に説明する。カム７２ｄが吸気カムシャフト２３と同期して回転している最中において、カム７２ｄに形成されたカム山（換言するとカムロブ）がローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触すると、このカム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触している間、カム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅを押し込む。これにより、ローラーフィンガーフォロア７２ｅがポンプユニット７１ｆを付勢して、ポンプユニット７１ｆが圧力室７１ｃ内のエンジンオイルを圧縮するように動作することで、圧力室７１ｃ内の油圧が上昇する。このときに、ソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、上昇された圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇに作用して、ブレーキユニット７２ｇが吸気弁２１を付勢することで、吸気弁２１がリフトする、つまり吸気弁２１が開弁する。

基本的には、カム７２ｄに形成されたカム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、吸気弁２１を開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ７２ｂを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、吸気弁２１の開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、吸気行程において吸気弁２１を開弁できるように、カム７２ｄ上の所定位置にカム山が形成されている。

また、図２に示すように、吸気カムシャフト２３の端には、機械式可変動弁機構７４が取り付けられている。機械式可変動弁機構７４は、例えば、クランクシャフトの回転に対して吸気カムシャフト２３の回転に位相差を生じさせる位相変化型の可変動弁機構、異なるプロフィールを有する複数のカムを備えエンジンの運転状態に応じてカムを切り替えるカム切り替え型の可変動弁機構等の公知の機構によって構成されている。

また、エンジンの排気側にも、吸気側と同様に機械式及び油圧式可変動弁機構が設けられており、排気行程において排気弁２２を開弁できるように構成されている。また、後述するように、吸気行程において排気弁２２を開弁して、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、追加のカム山が排気側の油圧式可変動弁機構７１の所定の位置に形成されている。このような排気の二度開きは、排気ポート１７から燃焼室１９へ既燃ガス（内部ＥＧＲガス）を逆流させて再導入する場合に実行される。

図１を再度参照すると、シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）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１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９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１９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１９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１９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、ピストン頂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。なお、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。

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。なお、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。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火（具体的には火花点火）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。

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１９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。

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、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６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。

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。

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が配設されている。

エンジン１は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール（以下では「ＰＣＭ」と呼ぶ。）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。

ＰＣＭ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、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の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、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の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジン１の油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。

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、（直噴）インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気側の油圧式可変動弁機構７２、吸気側の機械式可変動弁機構７４、燃料供給システム６２、及び、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータに対して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。特に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、吸気側の油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂに対して制御信号を出力して（詳しくはソレノイドバルブ７２ｂに対して電圧又は電流を供給する）、ソレノイドバルブ７２ｂの開閉を切り替えることで、吸気弁２１の開閉時期を変化させる制御を実行する。

［運転領域］
次に、図５を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域について説明する。図４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ある第１の運転領域Ｒ１１では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする（失火などが発生する傾向にある）。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ある第２の運転領域Ｒ１２では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）を行うようにする。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、圧縮着火燃焼による運転を実行するＣＩ（Compression Ignition）運転と、火花点火燃焼による運転を実行するＳＩ（Spark Ignition）運転とを切り替えるように構成されている。

ここで、図６を参照して、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１での吸気弁２１及び排気弁２２の基本動作について説明する。図５は、横軸にクランク角を示し、縦軸に弁のリフト量を示している。また、実線のグラフＧ１１は、クランク角に応じた排気弁２２の動作を示し、破線のグラフＧ１２及びＧ１３は、クランク角に応じた吸気弁２１の動作を示している。図５に示すように、ＣＩ運転を行う第１の運転領域Ｒ１１においては、排気側可変動弁機構７１によって排気弁２２を排気行程中に開弁させると共に吸気行程中にも開弁させる排気の二度開きを実行して、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。こうすることで、ＣＩ運転時に、気筒１８内の圧縮端温度を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。また、吸気行程では、吸気弁２１の開弁時期が吸気側可変動弁機構７２によって制御され、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフＧ１２又はグラフＧ１３に示すタイミングで動作する。

［吸気弁の動作］
次に、本発明の実施形態による吸気弁２１の動作について具体的に説明する。

まず、図７を参照して、吸気弁２１を動作させる吸気側の油圧式可変動弁機構７２の特性について説明する。

図７（ａ）の上には、吸気側の油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１を比較的早い時期ｔ１１にて開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図７（ａ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂの開閉状態を示している。例えば、開弁時期ｔ１１は、油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１の開弁時期を最大に進角させたときの開弁時期（以下では適宜「最大進角時期」と呼ぶ。）である。一方、図７（ｂ）の上には、比較的遅い時期ｔ１２に、具体的には図７（ａ）に示した開弁時期ｔ１１から遅角させた時期ｔ１２に（矢印Ａ２１参照）、油圧式可変動弁機構７２によって吸気弁２１を開弁させたときの吸気弁２１の動作（リフトカーブ）を示しており、図７（ｂ）の下には、このように吸気弁２１を動作させたときの油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂの開閉状態を示している。また、図７（ｂ）の上には、比較のために、図７（ａ）の上に示したリフトカーブを破線にて重ねて示してある。

図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、吸気弁２１の開弁時期を遅角させると、吸気弁２１のリフト量が小さくなることがわかる（矢印Ａ２２参照）。また、符号Ａｒ２で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値が、符号Ａｒ１で示す面積に対応する、吸気弁２１のリフト量積分値よりも小さいことがわかる。このように吸気弁２１の開弁時期を遅角させるとリフト量及びリフト量積分値が小さくなる理由は、以下の通りである。

上述したように、油圧式可変動弁機構７２においては、カム７２ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触しているときに、このカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅを押し込むことで、ポンプユニット７２ｆによって圧力室７２ｃ内の油圧が上昇される。このようにカム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用しているときに、ソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、上昇された圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇを介して吸気弁２１に作用することで、吸気弁２１が開弁する。ここで、圧力室７２ｃ内の油圧は、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めると上昇していくが、カム山の頂点がローラフィンガフォロワ７２ｅに到達した後、圧力室７２ｃ内の油圧は低下していく。

したがって、カム７２ｄのカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めた初期の所定のタイミングでは、圧力室７２ｃ内の油圧が高くなるため、このタイミングにおいてソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、排気弁２１に大きな力が付与されて、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が大きくなる（図７（ａ）参照）。この場合、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が最も大きくなるような吸気弁２１の開弁時期が、吸気弁２１の最大進角時期として規定される。他方で、そのような最大進角時期から吸気弁２１の開弁時期を遅角させていくと、圧力室７２ｃ内の油圧が低くなって、吸気弁２１に付与される力が小さくなるため、吸気弁２１のリフト量及びリフト量積分値が小さくなるのである（図７（ｂ）参照）。

そして、吸気弁２１のリフト量積分値は、実質的に、気筒１８内に導入される新気の量に相当する。従って、油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを閉弁する時期を制御することにより、実質的に、気筒１８内に導入される新気の量を制御することができる。

図８は、ＣＩ運転時における吸気弁のリフト量とクランク角との関係を示している。そして、図８中、実線のグラフＧ２１は、吸気弁２１を遅延させずに、カムプロフィールに従って作動させたときの動作を示し、破線のグラフＧ２２及びＧ２３は、それぞれ、所定時間ｔ１又はｔ２だけ吸気弁２１の作動を遅延させたときの動作を示す。図７を用いて説明したように、吸気弁２１は、吸気行程においてリフト量が増大して開弁量が増加し、リフト量が最大値に達した後、開弁量が減少する。そして、吸気弁２１をカムプロフィールに従って動作させた場合、吸気弁２１のリフト量は一旦増加し、カム山の頂点がローラフィンガフォロワ７２ｅを通過した後、減少する。

そして、排気弁２２側において、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、気筒１８内の新気の相対量を減らすべく吸気弁２１の開弁時期を遅らせる。吸気弁２１の開弁時期の遅延時間は、エンジンの運転状態や要求ＥＧＲ量に応じて決定される。そして、吸気弁２１の開弁時期を、比較的早い遅延時刻ｔ１とする場合、油圧式可変動弁機構７２のみを作動させて吸気弁２１の開弁時期を遅らせる。

一方で、吸気弁２１の開弁時期を、比較的遅い遅延時刻ｔ２とする場合、油圧式可変動弁機構７２を用いずに、機械式可変動弁機構７４のみを用いて吸気弁２１の開弁時期を遅らせる。機械式可変動弁機構７４のみを用いて吸気弁２１の開弁時期を遅らせる場合、機械式可変動弁機構７４によって制御されたタイミングが直接吸気弁２１に伝達されるよう、機械式可変動弁機構７４と吸気弁２１との間にある油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを予め閉じておく。これにより、ローラフィンガフォロワ７２ｅが作動した際に、ローラフィンガフォロワ７２ｅの動きと同期して吸気弁２１を作動させることができる。そして、機械式可変動弁機構７４を作動させる際にソレノイドバルブ７２ｂを閉じておくことにより、油圧式可変動弁機構７２内の圧力室７２ｃ内の油圧が急激に上昇するのを防止し、圧力室７２ｃ内で油圧脈動が生じるのを防止することができる。

上述したように、比較的早い遅延時刻ｔ１では、油圧式可変動弁機構７２のみを作動させて吸気弁２１の開弁時期を制御し、比較的遅い遅延時刻ｔ２では、油圧式可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｅを閉じ、実質的には機械式可変動弁機構７４のみによって吸気弁２１の開弁時期を制御することができる。

また、吸気弁２１のリフト開始時期は、理論上、カムの先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触している間、即ち、カム山の頂点がローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触する直前まで遅延させることができる。しかしながら、吸気弁２１のリフト開始時期を遅らせるべく、ソレノイドバルブ７２ｂを開弁した状態にしておくと、カム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用している間は、圧力室７２ｃ内の圧力は上昇し続ける。そして、カム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めてから所定の時間後には、圧力室７２ｃ内の圧力が比較的高い状態になっている。そして、この状態で吸気弁２１のリフトを開始すべくソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、ソレノイドバルブ７２ｂの動作によって、密室である圧力室７２ｃ内に油圧脈動が発生し、油圧脈動によってソレノイドバルブ７２ｂの動作が遅れてしまう場合がある。従って、本実施形態では、圧力室７２ｃ内の圧力が比較的高い状態、即ち、カム山の先行側端面７２ｉがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用し始めてから所定時間後は、油圧式可変動弁機構７２を用いずに、機械式可変動弁機構７４のみよって吸気弁２１の開弁時期を遅延させる。

また、上述の実施形態において、エンジンの回転数が所定の回転数を超え、気筒１８内のＥＧＲガスの量を相対的に多くしたい場合には、吸気弁２１のリフト開始時期を遅延させる制御に加えて、スロットル弁３６の開度を小さくし、気筒１８内に流入する新気の量を減らしても良い。スロットル弁３６の開度を小さくすることにより、気筒１８内に流入する新気の量を減らし、ＥＧＲガスの量を相対的に増やすことができる。

また、エンジンの回転数が所定の回転数を超え、気筒１８内のＥＧＲガスの量を相対的に多くしたい場合には、エンジンの排気弁２４の直後に排気シャッター弁を設け、エンジンの排気行程において排気シャッター弁を閉じるようにしてもよい。これにより、排気行程で排出された既燃ガスをエンジンと排気シャッターとの間に留め、吸気行程において排気弁２４を開弁することにより、排気行程で排出された既燃ガスを効率的に気筒１８内に吸入することができる。

次に、吸気弁２１のリフト開始時期を決定するための具体的な制御について詳述する。図９は、吸気弁のリフト開始時期を決定するためのフロー図である。

一連の処理が開始すると、ステップＳ１においてＰＣＭ１０は、現在のエンジン１の回転数、及びアクセル開度に基づく目標エンジン負荷を読み込む。そして、ステップＳ２においてＰＣＭ１０は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン１が目標エンジン負荷を達成するために必要な要求内部ＥＧＲ量を算出する。そして、ステップＳ３においてＰＣＭ１０は、算出された要求内部ＥＧＲ量を達成するために必要なリフト量積分値に基づいて、ＥＧＲ量に基づく吸気弁２１の開弁時期Ｔｅｇｒを算出する。

そしてステップＳ４においてＰＣＭは、エンジン負荷に基づいて吸気弁２１の開弁時期の遅角限界Ｔｌｉｍ（上述の例でいう時刻ｔ４のクランクタイミング）を算出する。そして、ステップＳ５においてＰＣＭ１０は、算出した開弁時期Ｔｅｇｒと遅角限界Ｔｌｉｍとを比較し、開弁時期Ｔｅｇｒが遅角限界Ｔｌｉｍよりも進角側にあるか否かを判断する。

そして、開弁時期Ｔｅｇｒが遅角限界Ｔｌｉｍよりも進角側にない場合には、より遅角側にある遅角限界Ｔｌｉｍのタイミングで吸気弁２１の開弁時期を制御する。また、任意のステップであるステップＳ７においてＰＣＭ１０は、スロットル弁３６の開度又は排気シャッターを制御することにより、既燃ガスの吸入効率を高める。

一方で、開弁時期Ｔｅｇｒが遅角限界Ｔｌｉｍよりも進角側にある場合には、開弁時期Ｔｅｇｒに基づいて吸気弁２１を制御する。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン回転数に応じて吸気弁の開弁時期を遅くすることができる。そして、吸気弁の開弁時期は、エンジン回転数が高くなる程遅くなり、これにより、エンジン回転数が高いほど、吸気弁の開弁時期が遅くなり、エンジン気筒内の新気の相対量を少なくし、既燃ガスの相対量を多くすることができる。従って、本発明によれば、エンジン回転数が高い場合に、適切に既燃ガスを処理することができる。

このように、本発明の実施形態によれば、圧縮自己燃焼制御を行う際に、吸気可変動弁機構７１によって、エンジン１の回転数が高いほど吸気行程時の吸気弁２１が開く時期を遅らせることができる。そして、吸気行程において吸気弁２１が開く時期を遅らせることで、気筒１８内に流入する新気の量を制限し気筒１８内のＥＧＲガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒１８内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。

１ エンジン
１０ ＰＣＭ
１８ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２５ 点火プラグ
６７ インジェクタ
７２ 油圧式可変動弁機構
７２ｂ ソレノイドバルブ
７２ｃ 圧力室
７２ｄ カム
７４ 機械式可変動弁機構

Claims (4)

1. 吸気を気筒内に導入するための吸気弁と、
   この吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する油圧式可変動弁機構であって、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、前記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、前記圧力室に接続されており、開閉することにより前記吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する油圧式可変動弁機構と、
   前記吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する機械式可変動弁機構と、
   前記油圧式可変動弁機構及び前記機械式可変動弁機構による前記吸気弁の開弁時期を制御する吸気弁開弁時期制御手段と、を有するエンジンの制御装置であって、
   前記吸気弁開弁時期制御手段は、前記エンジンの運転状態に応じて、所定の遅角時期までは前記油圧式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させると共に、前記所定の遅角時期後は前記機械式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、前記エンジンの回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期が遅くなるように前記油圧式可変動弁機構の油圧バルブを制御し、
   前記吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させており、かつ前記所定の遅角時期後に、前記エンジンの回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期を遅らせるように前記機械式可変動弁機構を制御する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくする、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. さらに、上記エンジンは、排気を気筒内から排出するための排気弁及びその排気弁の下流側に設けられた排気シャッター弁を有し、
   前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、前記排気シャッター弁を閉じる、請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。

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