JP7334402B2 - 過給機付２ストロークエンジン - Google Patents

Description

本発明は、過給機付２ストロークエンジンに関する技術分野に属する。

従来より、吸気通路に過給機が設けられた過給機付２ストロークエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ピストン下死点近傍の掃気期間に、吸気通路を開閉する吸気弁と排気通路を開閉する排気弁との双方を開くことによりシリンダ内の掃気が行われかつ排気弁のバルブリフト特性が固定された２ストロークエンジンであって、吸気通路に、クランクシャフトの回転により回転駆動しかつルーツブロアで構成された過給機を有する２ストロークエンジン（過給機付２ストロークエンジン）が開示されている。

また、特許文献１には、過給機付２ストロークエンジンに、吸気弁の開閉弁時期を可変制御するための可変動弁装置を設けることが開示されている。

特開２００９－０３６１４４号公報

ところで、過給機付２ストロークエンジンにおいて燃料を圧縮自着火させる圧縮自着火燃焼（ＣＩ燃焼）を実行する場合、特に高負荷時に、エンジン音が非常に大きくなってしまう。そこで、低負荷時には圧縮自着火燃焼を実行する一方、高負荷時には、燃料を火花点火させる火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）を実行することが考えられる。

ここで、４ストロークエンジンにおいて、低負荷時に圧縮自着火燃焼を実行しかつ高負荷時に火花点火燃焼を実行する場合、高負荷時に、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止するために、吸気弁の閉弁時期を遅角して有効圧縮比を小さくしようとすると、燃焼室内に供給された吸気が吸気ポートへ吹き戻されて、必要な吸気量が確保できなくなるので、吸気弁の閉弁時期を遅角することは困難である。そこで、４ストロークエンジンでは、高負荷時には、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止するために、火花点火を圧縮上死点よりも遅くする点火リタードが行われる。

しかし、このように点火リタードが行われると、膨張比が低くなるため、エンジンの効率が悪化して、燃費性能が悪くなるという問題がある。

本発明は、斯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、低負荷時に圧縮自着火燃焼を実行しかつ高負荷時に火花点火燃焼を実行する場合に、高負荷時において異常燃焼の発生を防止しつつ燃費性能を高めることが可能な過給機付２ストロークエンジンを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、燃焼室を形成する気筒と該気筒に嵌挿されたピストンと上記気筒の頭上に配置されかつ吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁及び排気弁とを有するエンジン本体と、該エンジン本体の吸気ポートに接続された吸気通路に設けられた過給機とを備えた過給機付２ストロークエンジンを対象として、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を変更可能な吸気可変動弁機構と、上記排気弁の少なくとも開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構と、上記エンジン本体の回転数であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、外気温を検出する外気温検出手段と、上記エンジン本体のエンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、上記エンジン本体の運転状態が所定負荷よりも低い低負荷側運転領域にあるときにおいて、上記外気温検出手段及びエンジン回転数検出手段のそれぞれの検出結果、上記エンジン水温検出手段の検出結果、及び、上記吸気弁の現在の閉弁時期から算出される上記エンジン本体の現在の有効圧縮比に基づいて、圧縮上死点における上記燃焼室内のガス温度である圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、上記吸気可変動弁機構及び上記排気可変動弁機構を含めて上記エンジン本体の作動を制御する制御手段とを更に備え、上記吸気弁及び上記排気弁の開弁期間は、圧縮下死点を挟むとともに上記吸気弁の開弁時期が上記排気弁の開弁時期よりも遅くかつ上記吸気弁の閉弁時期が上記排気弁の閉弁時期と略同じか若しくは上記排気弁の閉弁時期よりも遅くなるという特定条件を満たすように設定されており、上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときには、上記燃焼室内において燃料を圧縮自着火させる圧縮自着火燃焼を実行させる一方、上記エンジン本体の運転状態が上記所定負荷以上の高負荷側運転領域にあるときには、上記燃焼室内において燃料を火花点火燃焼させるように構成され、上記過給機は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域及び上記高負荷側運転領域にあるときに、作動するよう構成され、更に上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおいては、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに対して、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期及び上記排気弁の少なくとも開弁時期を、上記特定条件を満たしたままで遅角させるべく、上記吸気可変動弁機構及び上記排気可変動弁機構を作動させるよう構成されており、更に上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときにおいて、上記圧縮端温度推定手段により推定された圧縮端温度が燃料の自着火及び燃焼が可能な温度範囲である所定温度範囲を超えるときには、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を、上記特定条件満たす範囲で、現在の閉弁時期に対して遅角させる一方、上記圧縮端温度推定手段により推定された圧縮端温度が上記所定温度範囲を下回るときには、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を、上記特定条件満たす範囲で、現在の閉弁時期に対して進角させるべく、上記吸気可変動弁機構を作動させるよう構成されており、上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおける上記吸気弁の閉弁時期は、該高負荷側運転領域でのエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに上記圧縮端温度に応じて上記吸気弁の閉弁時期が最大に遅角したときの該閉弁時期よりも遅角している、という構成とした。

上記の構成により、エンジン本体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいては、同一のエンジン回転数で低負荷側運転領域にあるときに対して、吸気弁の少なくとも閉弁時期及び排気弁の少なくとも開弁時期が、特定条件を満たしたままで遅角するので、高負荷側運転領域で有効圧縮比を低くしかつ膨張比を高くすることができる。

すなわち、過給機付２ストロークエンジンでは、吸気弁の閉弁時期が遅角されると、圧縮開始時のピストンの位置が圧縮上死点により近い位置になって有効圧縮比が低くなる。一方、過給機によって過給された吸気を燃焼室内に供給することにより、ピストンが圧縮上死点に向かって動作しているときに、吸気弁が開いていても、燃焼室内に供給された吸気が吸気ポートに吹き戻されることはない。このため、吸気弁の閉弁時期を遅角することで、吸気量を一定にしたまま、有効圧縮比を低くすることができる。この結果、吸気弁の閉弁時期を遅角しても、エンジントルクを変化させることなく、必要なエンジントルクを確保することができる。

このことから、エンジン本体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいては、エンジントルクの変化を抑制しながら、吸気弁の少なくとも閉弁時期の遅角によって有効圧縮比を低くすることができる。この結果、点火リタードを行わなくても、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止することができる。したがって、圧縮行程における圧縮上死点近傍で火花点火燃焼を実行することができる。

このように圧縮行程における圧縮上死点近傍で火花点火燃焼を実行することによって、排気弁の少なくとも開弁時期の遅角と相俟って、膨張比を高くすることができる。

よって、エンジン本体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいて、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止しつつ燃費性能を高めることができる。

このことで、エンジン本体の運転状態が低負荷側運転領域にあるときにおいて、燃料の自着火及び燃焼をより一層安定させることができる。

上記過給機付２ストロークエンジンの別の実施形態では、上記吸気可変動弁機構は、上記吸気弁の開弁期間を一定としたまま、該吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる位相式の可変動弁機構で構成され、上記排気可変動弁機構は、上記排気弁の開弁期間を一定としたまま、該排気弁の開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる位相式の可変動弁機構で構成されている。

このことにより、吸気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングとを同じように変更することにより、特定条件を満たしながら、吸気弁の閉弁時期及び排気弁の開弁時期を遅角することができる。よって、吸気可変動弁機構及び排気可変動弁機構の構成を、簡単な構成とすることができる。

以上説明したように、本発明の過給機付２ストロークエンジンによると、エンジン本体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいては、エンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数と同一のエンジン回転数で低負荷側運転領域にあるときに対して、吸気弁の少なくとも閉弁時期及び排気弁の少なくとも開弁時期を、特定条件を満たしたままで遅角させるようにしたことにより、エンジン本体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいて、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止しつつ燃費性能を高めることができる。

本発明の実施形態に係る過給機付２ストロークエンジンの概略構成図である。 機械式過給機と過給機付２ストロークエンジンとの連結関係を示す概略図である。 過給機付２ストロークエンジンの制御系を示すブロック図である。 機械式式過給機のコンプレッサの特性を示す性能曲線グラフである。 吸気弁及び排気弁のリフト特性の一例を示す図である。 掃気行程における気筒内の状態を示す図であって、排気弁のみが開いた状態を示す図である。 掃気行程における気筒内の状態を示す図であって、吸気弁及び排気弁の両方が開いた状態を示す図である。 エンジン本体の運転状態が或るエンジン回転数で低負荷側運転領域にあるときの吸気弁及び排気弁の開弁期間（バルブタイミング）をクランクシャフトの１回転（時計回りの回転）で示した図である。 エンジン本体の運転状態が図８と同一のエンジン回転数で高負荷側運転領域にあるときの吸気弁及び排気弁の開弁期間（バルブタイミング）をクランクシャフトの１回転（時計回りの回転）で示した図である。 吸気弁及び／又は排気弁を遅角又は進角させたときの圧縮端温度の変化を示すグラフである。 吸気弁及び／又は排気弁を遅角又は進角させたときのエンジントルクの変化を示すグラフである。 吸気弁のみが開いている場合の気筒内の状態を示す図である。 吸気弁及び排気弁の閉弁時期を進角させた場合の気筒内の状態を示す図である。 エンジン水温が、予め設定された設定温度以上であるときの、吸気電動Ｓ－ＶＴ及び排気電動Ｓ－ＶＴの制御に関するＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る過給機付２ストロークエンジン１（以下、省略してエンジン１という）を示す。このエンジン１は車両に搭載されるエンジンであって、本実施形態では、ガソリンを含む燃料（エタノールが含まれていてもよい）が供給されるガソリンエンジンである。

エンジン１は、エンジン本体１０を備え、このエンジン本体１０は、複数の気筒１１（図１において１つのみ図示している）が設けられたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２上に配設されたシリンダヘッド１３とを有している。複数の気筒１１は、筒軸方向が上下方向となり、紙面方向に垂直な方向が気筒列方向となるように配設されている。エンジン本体１０の各気筒１１内には、ピストン１５が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１５と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とによって燃焼室１６が区画されている。燃焼室１６は、いわゆるペントルーフ型の燃焼室１６であり、シリンダヘッド１３における燃焼室１６を構成する壁面は、２つ傾斜面１３ａ，１３ｂを有している。ピストン１５は、シリンダブロック１２内においてコンロッド１７を介して、気筒列方向に延びるクランクシャフト１８と連結されている。シリンダブロック１２における気筒１１の周囲には、エンジン冷却水が流通するウォータジャケット１２ａが形成されている。

エンジン本体１０は、いわゆるオーバーヘッドカムシャフト方式の動弁機構を有しており、シリンダヘッド１３には、燃焼室１６に連通する吸気ポート１９及び排気ポート２０が、気筒１１毎に形成されている。各吸気ポート１９には、該各吸気ポート１９の燃焼室１６側の開口を開閉するための吸気弁２１がそれぞれ配設されている。各排気ポート２０には、該各排気ポート２０の燃焼室１６側の開口を開閉する排気弁２２がそれぞれ配設されている。各気筒１１毎の吸気弁２１及び排気弁２２は、当該気筒１１の頭上に配置されている。各吸気ポート１９の燃焼室１６側の開口は、シリンダヘッド１３の２つ傾斜面１３ａ，１３ｂのうちの一方（以下、吸気側傾斜面１３ａという）にそれぞれ形成され、各排気ポート２０の燃焼室１６側の開口は、シリンダヘッド１３の２つ傾斜面１３ａ，１３ｂのうちの他方（以下、排気側傾斜面１３ｂという）にそれぞれ形成されている。

吸気ポート１９は、後述する吸気通路５０と接続されている。図１に示すように、吸気ポート１９は、シリンダヘッド１３内において、吸気通路５０との接続部分から、気筒１１の中心軸方向及び気筒列方向の両方に直交する方向（以下、エンジン幅方向という）の一側に向かって延びた後、シリンダブロック１２側に向かって、エンジン幅方向の他側に僅かに傾斜して延び、その後、燃焼室１６近傍でエンジン幅方向の上記一側に向かって湾曲して延びている。図６及び図７に示すように、吸気側傾斜面１３ａと排気側傾斜面１３ｂとの境界部分には、段差部１３ｃが形成されている。詳しくは後述するが、この段差部１３ｃは、吸気ポート１９から燃焼室１６に流入する吸気が排気ポート２０に向かって流れるのを抑制するための部分である。

一方で、排気ポート２０は、後述する排気通路６０と接続されている。図１に示すように、排気ポート２０は、燃焼室１６側の開口から、シリンダブロック１２とは反対側に向かって僅かに延びた後、エンジン幅方向の上記一側に向かって真っ直ぐに伸びている。

シリンダヘッド１３内には、各吸気弁２１を作動させる吸気カムシャフト３１と、各排気弁２０を作動させる排気カムシャフト４１とが、クランクシャフト１８の軸方向（気筒列方向）に延びるように設けられている。各カムシャフト３１，４１は、不図示のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１８に連結される。これにより、各カムシャフト３１，４１はクランクシャフト１８の回転と連動して回転する。

吸気カムシャフト３１には、バルブタイミングを可変にする吸気可変動弁機構が取り付けられている。本実施形態では、この吸気可変動弁機構は、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）３０を有している。吸気電動Ｓ－ＶＴ３０は、吸気カムシャフト３１の回転位相を所定角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。つまり、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０は、位相式の可変動弁機構であって、開弁期間を一定としたまま、開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる。この吸気電動Ｓ－ＶＴ３０によって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気可変動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

排気カムシャフト４１にも、バルブタイミングを可変にする排気可変動弁機構が取り付けられている。本実施形態では、この排気可変動弁機構は、排気電動Ｓ－ＶＴ４０を有している。排気電動Ｓ－ＶＴ４０は、排気カムシャフト４１の回転位相を所定角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。つまり、排気電動Ｓ－ＶＴ４０は、位相式の可変動弁機構であって、開弁期間を一定としたまま、開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる。この排気電動Ｓ－ＶＴ４０によって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気可変動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３には、図１に示すように、気筒１１毎に、燃料を燃焼室１６内に直接噴射する燃料噴射弁２３が設けられている。燃料噴射弁２３は、その噴口が燃焼室１６の天井部から該燃焼室１６内に臨むように配設されている。燃料噴射弁２３は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号を受けて、圧縮行程においてエンジン本体１０の運転状態に応じて設定された噴射タイミング（吸気弁２１及び排気弁２２の両方が閉じた後）でかつ、エンジン本体１０の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。尚、燃料噴射弁２３に代えて、又は加えて、吸気ポート１９に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられてもよい。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、該気筒１１内に噴射された燃料を火花点火により燃焼させるための点火プラグ２４が取り付けられている。点火プラグ２４は、図１に示すように、シリンダヘッド１３の一側（本実施形態では排気側）から燃焼室１６内に臨むように配設されている。点火プラグ２４は、ＥＣＵ１００からの制御信号を受けて、所望の点火タイミングで火花を発生させるように、電極２４ａに通電する。

図１に示すように、エンジン本体１０におけるエンジン幅方向の上記他側の面には、各気筒１１の吸気ポート１９に連通するように吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０におけるエンジン幅方向の上記一側の面には、各気筒１１の排気ポート２０に連通するように接続され、各気筒１１からの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。

吸気通路５０における上記エアクリーナとサージタンク５２との間には、機械式過給機５３が配設されている。尚、以下の説明では、吸気通路５０における機械式過給機５３よりも上流側の部分を上流側吸気通路５０ａ（図２参照）といい、吸気通路５０における機械式過給機５３よりも下流側の部分を下流側吸気通路５０ｂという。

機械式過給機５３は、排気エネルギーを利用しない過給機であって、詳しくは、エンジン本体１０に設けられたクランクシャフト１８の回転により回転駆動する過給機である。図２に示すように、機械式過給機５３とクランクシャフト１８とは、第１プーリ７１と、第２プーリ７２と、第１プーリ７１と第２プーリ７２とを連結するベルト７３とにより連結されている。具体的には、クランクシャフト１８の出力軸１８ａに第１プーリ７１が取り付けられ、第２プーリ７２が機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａ（遠心式ブロアで構成されている）の入力軸５３ｂに取り付けられている。尚、図２では、サージタンク５２及び排気通路６０は省略している。

機械式過給機５３は、クランクシャフト１８の回転により回転駆動するため、その回転数はクランクシャフト１８の回転数（つまり、エンジン本体１０の回転数）に比例する。第１及び第２プーリ７１，７２のそれぞれの直径は、コンプレッサ５３ａの回転数が所望の回転数となるように設定されている。尚、第２プーリ７２と入力軸５３ｂとの間に電磁クラッチを配置して、コンプレッサ５３ａの回転数を調整できるようにしてもよい。

本実施形態では、機械式過給機５３は、エンジン本体１０の全運転領域（後述の低負荷側運転領域及び高負荷側運転領域）で作動することになる。尚、機械式過給機５３に代えて、コンプレッサが遠心式ブロアで構成された電動過給機を用いてもよい。この場合、電動過給機は、後述のＥＣＵ１００によって制御されて、機械式過給機５３と同様に、エンジン本体１０の全運転領域で作動するようにする。

上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒１１毎に分岐して排気ポート２０の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気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６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、排気浄化触媒６１が配設されている。排気浄化触媒６１は、酸化触媒であって、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成される反応を促すものである。また、図示は省略しているが、排気通路６０における排気浄化触媒６１よりも下流側の部分には、エンジン本体１０の燃焼室１６からの排気ガス中に含まれるスート（煤）等の微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタが配設されている。本実施形態では、エンジン１は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていないが、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていてもよい。

図３に示すように、エンジン１（エンジン本体１０）は、ＥＣＵ（Engine ControlUnit）１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力バス１０３等を備えている。ＣＰＵ１０１は、コンピュータプログラム（ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）を実行する中央演算処理装置である。メモリ１０２は、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されている。ＲＯＭには、種々のコンピュータプログラム（特にエンジン１を制御するための制御プログラム）や、該コンピュータプログラムの実行時に用いられる後述の燃焼領域マップ、変更量マップを含むデータ等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１０１が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス１０３は、ＥＣＵ１００に対して電気信号の入出力をするものである。

ＥＣＵ１００には、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ３、吸気温度センサＳＮ４、エンジン水温センサＳＮ５（エンジン水温検出手段）、油温センサＳＮ６（油温検出手段）等の各種のセンサが電気的に接続されている。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック１２に設けられていて、クランクシャフト１８の回転角を検出する。エアフローセンサＳＮ２は、上流側吸気通路５０ａを吸気の流量を検出する。アクセル開度センサＳＮ３は、車両のアクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。吸気温度センサＳＮ４は、上流側吸気通路５０ａを吸気の温度を検出する。この吸気の温度から外気温を推定することができるので、吸気温度センサＳＮ４は外気温検出手段を構成することになる。エンジン水温センサＳＮ５は、ウォータジャケット１２ａを流通するエンジン冷却水の温度を検出する。油温センサＮＳ６は、エンジンオイルの温度を検出する。これらセンサＳＮ１～ＳＮ６等は、検出信号をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１の検出結果からエンジン本体１０の回転数（以下、エンジン回転数という）を算出する。これにより、クランク角センサＳＮ１はエンジン回転数検出手段を構成することになる。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＮ３の検出結果からエンジン本体１０の負荷（以下、エンジン負荷という）を算出ずる。

ＥＣＵ１００は、センサＳＮ１～ＳＮ６等からの入力信号に基づいて、エンジン本体１０の運転状態を判断するとともに、燃料噴射弁２３、点火プラグ２４，吸気電動Ｓ－ＶＴ３０、排気電動Ｓ－ＶＴ４０等といった、エンジン１の各デバイスに対して制御信号を出力して、各デバイスを制御する。ＥＣＵ１００は、吸気可変動弁機構及び排気可変動弁機構を含めてエンジン本体１０の作動を制御する制御手段を構成することになる。

図４は、機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａの性能特性を示す。縦軸は、上流側吸気通路５０ａ内の圧力に対する下流側吸気通路５０ｂ内の圧力の比（以下、単に圧力比という）であり、横軸はコンプレッサ５３ａからの吐出流量である。図４において、曲線ＲＬは回転限界ライン、線ＳＬ（略直線）はサージラインを表している。これらのラインで囲まれた領域が機械式過給機５３の運転可能領域である。機械式過給機５３の運転効率は、運転ポイントが運転可能領域の中央側に位置するほど高くなる。尚、本実施形態では、上流側吸気通路５０ａ内の圧力は、基本的には大気圧となっているため、圧力比の高低は、機械式過給機５３による過給圧の高低を表している。

また、この運転可能領域内に図示された複数の曲線ＲＳＬは、コンプレッサ５３ａの回転数が等しい運転ポイントを結んだ線であり、回転限界ラインＲＬに近いほど回転数が高い。また、機械式過給機５３の運転可能領域を縦に縦断するように延びる一点鎖線ＢＬは、コンプレッサ５３ａの回転数毎に、該コンプレッサ５３ａの運転効率が最も高い運転ポイントを結んだ線である。

コンプレッサ５３ａが遠心式ブロアで構成されていることから、該コンプレッサ５３ａは、基本的には、コンプレッサ５３ａの回転数が高いほど、圧力比が大きくかつ吐出流量が多くなるような傾向を示す。これは、エンジン回転数が高いほど過給圧が高いことを表している。エンジン回転数が低いときには、吸気弁２１及び排気弁２２がエンジン本体１０の１燃焼サイクルあたりに開弁する実時間が長いため、過給圧が低くても、排気ガスの掃気を行うことができる。一方で、エンジン回転数が高いときには、吸気弁２１及び排気弁２２がエンジン本体１０の１燃焼サイクルあたりに開弁する実時間が短いため、出来る限り高い過給圧で吸気を燃焼室１６内に導入して、早期に排気ガスの掃気を行う必要がある。このため、コンプレッサ５３ａが上記のような特性を有することにより、適切な排気ガスの掃気を行うことができるようになっている。

排気ガスの掃気を効率的に行うために燃焼室１６に供給すべき吸気の過給圧及び流量は、エンジン本体１０のエンジン諸元（燃焼室１６の容積など）により、予め求めることができる。このため、本実施形態では、エンジン本体１０のエンジン諸元に基づいて、必要とされる過給圧及び吸気流量を算出して、運転ポイントが破線ＢＬ上に位置するような機械式過給機５３が選択されている。これにより、エンジン回転数に合わせて効率良く過給できるようになっている。

本実施形態では、エンジン本体１０の運転状態に応じて、点火プラグ２４を作動させることなく燃焼室１６内において燃料を圧縮自着火させる圧縮自着火燃焼（ＣＩ燃焼）と、点火プラグ２４により燃焼室１６内において燃料を火花点火させる火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）とが実行される。ここでは、「圧縮自着火」には、点火プラグ２４により点火アシストをした上で圧縮自着火させるＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition）燃焼を含む。

本実施形態では、メモリ１０２のＲＯＭに、エンジン回転数とエンジン負荷との２軸の座標系で表された燃焼領域マップが記憶されている。この燃焼領域マップにおいて、エンジン負荷が所定負荷よりも低い低負荷側運転領域が、圧縮自着火燃焼領域とされ、エンジン負荷が上記所定負荷以上である高負荷側運転領域が、火花点火燃焼領域とされている。上記所定負荷は、エンジン回転数に応じて変化する（例えば、エンジン回転数が高くなるほど、所定負荷が高くなる）。但し、上記所定負荷がエンジン回転数に関係なく一定であってもよい。

図５は、吸気弁２１及び排気弁２２のリフト特性の一例を示す。横軸はクランク角であり、圧縮上死点（ＴＤＣ）のクランク角を０°として、これに対して進角側（圧縮上死点よりも早い時期）をマイナスで表し、遅角側（圧縮上死点よりも遅い時期）をプラスで表している。図５において、－３６０°は１燃焼サイクル前の圧縮上死点に相当する。

吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間は、圧縮下死点（ＢＤＣ）を挟むとともに吸気弁２１の開弁時期が排気弁２２の開弁時期よりも遅くかつ吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じか若しくは排気弁２２の閉弁時期よりも遅くなるという特定条件を満たすように設定されている。すなわち、吸気弁２１及び排気弁２２は、吸気及び排気カムシャフト３１，４１、並びに、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０により、上記特定条件を満たすようなリフト特性を示すようになっている。尚、本実施形態においては、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期は、１ｍｍリフトの時点（ランプ部とリフト部との境界近傍の時点）と定義している。また、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁時期も、１ｍｍリフトの時点（ランプ部とリフト部との境界近傍の時点）と定義している。

図５に示すリフト特性では、吸気弁２１の開弁時期が排気弁２２の開弁時期よりもクランク角で約２０°遅くかつ吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じにされている。ここで、「吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じ」とは、吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期よりも僅かに早い場合、及び、吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期よりも僅かに遅い場合の両方を含む。すなわち、「吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じ」とは、吸気弁２１の閉弁時期と排気弁２２の閉弁時期と差が、クランク角で２°～３°程度である場合をいう。吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じである場合でも、吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期よりも遅い方が好ましい。

尚、リフト特性は、上記特定条件を満たせば、どのような特性であってもよい。例えば、吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期よりも遅くなっていてもよい。この場合の吸気弁２１の閉弁時期と排気弁２２の閉弁時期と差は、吸気弁２１の閉弁時期が排気弁２２の閉弁時期と略同じである場合の差よりも大きい。

本実施形態では、エンジン１は２ストロークエンジンであるため、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開いて、吸気ポート１９から燃焼室１６に流入する吸気により、燃焼室１６内の排気ガスを排気ポート２０に押し流す掃気行程がある。エンジン本体１０の燃焼サイクルにおいて掃気行程に入るときには、上述したように、排気弁２２が吸気弁２１よりも早い時期に開弁する。これは、吸気ポート２１への排気ガスの流入を防止するためである。

ここで、図６及び図７において、掃気行程での燃焼室１６内の様子を例示する。

図６に示すように、１燃焼サイクル前の燃焼サイクルにおいて燃料が燃焼した後、まず、排気弁２２のみが開弁される。このときは、ピストン１５が下降しながら排気ガスが排気ポート２０に向かって流れる。ピストン１５が下降していたとしても、排気ガスは燃焼圧により排気ポート２０に流れ込む。

次に、図７に示すように、排気弁２２に加えて、吸気弁２１が開弁される。吸気弁２１が開弁されると、吸気ポート１９から吸気が燃焼室１６に供給される。このとき、シリンダヘッド１３に段差部１３ｃが形成されていることにより、吸気は、排気ポート２０に向かって流れずに、主に、吸気弁２１とシリンダヘッド１３との隙間のうち排気ポート２０から遠い側の部分から燃焼室１６に供給される。このように吸気が燃焼室１６に供給されることで、図７に示すように、燃焼室１６内の排気ガスが吸気によって排気ポート２０に掃気される。

また、図５及び図７に示すように、ピストン１５が圧縮上死点に向かって上昇しているときの前半においては、吸気弁２１に加えて、排気弁２２も開弁している。これにより、燃焼室１６内の排気ガスは、燃焼室１６に供給される吸気とピストン１５の上昇とによって、排気ポート２０に押し流される。

次いで、ピストン１５の上昇途中で、図５に示すように、吸気弁２１及び排気弁２２が閉弁される。通常は、排気弁２２が閉弁した後、吸気弁２１が閉弁される。吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁後、ピストン１５の上昇により吸気が圧縮される。

その後の圧縮行程で、燃料噴射弁２３により燃料が燃焼室１６に噴射される。尚、吸気ポート１９に燃料を噴射する燃料噴射弁の場合には、吸気弁２１が開かれているときに、燃料が吸気ポート１９に噴射される。

そして、エンジン本体１０の運転状態が、上記燃焼領域マップによる低負荷側運転領域（圧縮自着火燃焼領域）にあるときには、圧縮上死点近傍で、燃料が圧縮自着火により燃焼する。一方、エンジン本体１０の運転状態が、上記燃焼領域マップによる高負荷側運転領域（火花点火燃焼領域）にあるときには、圧縮行程における圧縮上死点近傍で点火プラグ２４を作動させて燃料を火花点火燃焼させる。尚、本実施形態では、エンジン水温センサＳＮ５によるエンジン水温が、予め設定された設定温度よりも低い場合には、上記燃焼領域マップによらずに、火花点火燃焼が実行される。

ここで、エンジン本体１０の運転状態が低負荷側運転領域にあって火花点火燃焼を実行する場合、エンジン本体１０の運転状態が高負荷側運転領域にあって圧縮自着火燃焼を実行する場合と同じ有効圧縮比としたのでは、ノッキング等の異常燃焼が発生する可能性が高くなる。異常燃焼の発生を防止するために、点火リタードを行うと、膨張比が低くなって燃費性能が悪くなる。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおいては、クランク角センサＳＮ１の検出結果から算出されるエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに対して、吸気弁２１の閉弁時期及び排気弁２２の開弁時期を、上記特定条件を満たしたままで遅角させるべく、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０を作動させる。本実施形態では、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０はどちらも位相式であるため、吸気弁２１の閉弁時期が遅角するときには、吸気弁２１の開弁時期もそれに連動して遅角するとともに、排気弁２２の開弁時期が遅角するときには、排気弁２２の閉弁時期もそれに連動して遅角することになる。また、本実施形態では、吸気弁２１及び排気弁２２の両方の閉弁時期（及び開弁時期）を同じ量でもって変化させる。

本実施形態では、エンジン回転数に応じて吸気弁２１の閉弁時期を変化させる（本実施形態では、排気弁２２の閉弁時期も変化させる）。具体的に、エンジン回転数が高いほど、吸気弁２１の閉弁時期を遅くする。これは、圧縮行程の時間が長い低回転数では圧縮端温度が低くなり、圧縮行程の時間が短い高回転数では圧縮端温度が高くなるからである。また、高回転数では、掃気行程の時間が短くなるために過給圧が高くされ、この過給圧の上昇により吸気温度が高くなって圧縮端温度が高くなるので、エンジン回転数が高いほど、吸気弁２１の閉弁時期を遅くする。

図８は、エンジン本体１０の運転状態が或るエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときの吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間（バルブタイミング）をクランクシャフトの１回転（時計回りの回転）で示した図である。図８のリフト特性では、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間（バルブタイミング）が、図５のリフト特性の開弁期間（バルブタイミング）とは異なっており、吸気弁２１の開弁時期は圧縮下死点前６０°であり、吸気弁２１の閉弁時期は圧縮下死点後６０°である。また、排気弁２２の開弁時期は圧縮下死点前８０°であり、排気弁２２の閉弁時期は圧縮下死点後６０°である。

図９は、エンジン本体１０の運転状態が図８と同一のエンジン回転数で上記高負荷側運転領域にあるときの吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間（バルブタイミング）をクランクシャフトの１回転（時計回りの回転）で示した図である。図９のリフト特性では、吸気弁２１の閉弁時期（及び開弁時期）が、図８の吸気弁２１の閉弁時期（及び開弁時期）よりも遅角しているとともに、排気弁２２の開弁時期（及び閉弁時期）が、図８の排気弁２２の開弁時期（及び閉弁時期）よりも遅角している。本実施形態では、図８のリフト特性に対する吸気弁２１の閉弁時期の遅角量と、図８のリフト特性に対する排気弁２２の開弁時期の遅角量とが同じ（約２０°）である。尚、これらの両遅角量は、上記特定条件を満たす限り、互いに異なっていてもよい。例えば、図８のリフト特性に対する吸気弁２１の閉弁時期の遅角量は２０°以上３０°以下であればよく、図８のリフト特性に対する排気弁２２の開弁時期の遅角量は、０°を超え２０°以下であればよい。

吸気弁２１の閉弁時期の遅角により、圧縮開始時のピストン１５の位置が圧縮上死点により近い位置になって有効圧縮比が低くなる。一方、機械式過給機５３によって過給された吸気を燃焼室１６内に供給することにより、ピストン１５が圧縮上死点に向かって動作しているときに、吸気弁２１が開いていても、燃焼室１６内に供給された吸気が吸気ポート１９に吹き戻されることはない。このため、吸気弁２１の閉弁時期を遅角することで、吸気量を一定にしたまま、有効圧縮比を低くすることができる。このことから、エンジン本体１０の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいては、エンジントルクの変化を抑制しながら、吸気弁２１の閉弁時期の遅角によって有効圧縮比を低くすることができる。この結果、点火リタードを行わなくても、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止することができる。したがって、本実施形態では、圧縮行程における圧縮上死点近傍で点火プラグ２４を作動させて燃料を火花点火燃焼させる。

このように圧縮行程における圧縮上死点近傍で火花点火を行うことで、点火リタードを行う場合に比べて、火花点火（火花点火の時期が圧縮上死点よりも前である場合には、圧縮上死点）から排気弁２２の開弁時期までの期間で決まる膨張比が高くなる。また、本実施形態では、排気弁２２の開弁時期を図８のリフト特性よりも遅角するので、膨張比をより一層高くすることができる。

本実施形態では、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときには、吸気温度センサＳＮ４の検出結果から推定される外気温、クランク角センサＳＮ１の検出結果から算出されるエンジン回転数、及び、エンジン本体１０の現在の有効圧縮比に基づいて、圧縮上死点における燃焼室１６内のガス温度である圧縮端温度を推定する。このことから、ＥＣＵ１００は、圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段を構成する。尚、圧縮端温度の推定に際して、上記外気温、上記エンジン回転数及び上記有効圧縮比に加えて、エンジン水温センサＳＮ５の検出結果、及び、油温センサＳＮ６の検出結果も考慮するようにしてもよい。

そして、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときに、上記のようにして推定された圧縮端温度（以下、推定圧縮端温度）に応じて吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を所定範囲（所定クランク角範囲）内で変更するべく、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０を作動させる。上記所定範囲は、例えば、図８に示すリフト特性の場合の閉弁時期を基準に±１０°の範囲である。これにより、圧縮端温度を約１００Ｋの温度範囲で変更することができるので、通常、上記推定圧縮端温度が所定温度範囲内になるようにすることができる。上記所定温度範囲は、燃料の自着火及び燃焼が適切に行われる温度範囲である。上記所定温度範囲は、例えば１０００Ｋ±２０Ｋの範囲である。

具体的に、ＥＣＵ１００は、上記推定圧縮端温度が上記所定温度範囲内にある場合には、現在の有効圧縮比を維持する（吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０を作動させない）。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときに、上記推定圧縮端温度が上記所定温度範囲を超える場合には、上記特定条件を満たす範囲で、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を遅角側に変更する。遅角側への変更量は、上記推定圧縮端温度の上記所定温度範囲の最大値に対する超過量に応じて決定され、該超過量が大きいほど大きくされる。すなわち、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を遅角側へ変更した（有効圧縮比を低くした）と仮定した場合の推定圧縮端温度が、上記所定温度範囲内になるようにする。但し、変更後の吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期は上記所定範囲内に制限される。尚、本実施形態では、吸気弁２１の閉弁時期の遅角側への変更量と排気弁２２の閉弁時期の遅角側への変更量とは同じである。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときに、上記推定圧縮端温度が上記所定温度範囲を下回る場合には、上記特定条件を満たす範囲で、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を進角側に変更する。進角側への変更量は、上記推定圧縮端温度の上記所定温度範囲の最小値に対して下回る量に応じて決定され、該下回る量が大きいほど大きくされる。すなわち、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を進角側へ変更した（有効圧縮比を高くした）と仮定した場合の推定圧縮端温度が、上記所定温度範囲内になるようにする。但し、変更後の吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期は上記所定範囲内に制限される。尚、本実施形態では、吸気弁２１の閉弁時期の進角側への変更量と排気弁２２の閉弁時期の進角側への変更量とは同じである。

上記超過量と遅角側への変更量との関係、及び、上記下回る量と進角側への変更量との関係は、変更量マップ（メモリ１０２のＲＯＭに記憶されている）として予め決められている。

本実施形態においては、エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときには、圧縮端温度を推定することはせず、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期は、圧縮端温度に関係なく、所定タイミング（エンジン回転数に応じて変化する）とされる。これにより、排気弁２２の開弁時期も決まっている。エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおける吸気弁２１の閉弁時期は、該高負荷側運転領域でのエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに上記推定圧縮端温度に応じて吸気弁２１の閉弁時期が最大に遅角したときの該閉弁時期よりも遅角している。また、エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおける排気弁２２の開弁時期は、該高負荷側運転領域でのエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに上記推定圧縮端温度に応じて吸気弁２１の閉弁時期と共に排気弁２２の開弁時期が最大に遅角したときの該開弁時期よりも遅角している。尚、本実施形態では、エンジン水温センサＳＮ５によるエンジン水温が上記設定温度よりも低くて火花点火燃焼を行う場合にも、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期は、エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときと同じ所定タイミングとされるが、異なるタイミングとしてもよい。

図１０は、吸気弁２１及び／又は排気弁２２の閉弁時期を調整したときの圧縮端温度の変化をシミュレーションにより算出した結果を示す。また、図１１は、吸気弁２１及び／又は排気弁２２の閉弁時期を調整したときのエンジントルク（エンジン本体１０の出力トルク）の変化をシミュレーションにより算出した結果を示す。図１０及び図１１のシミュレーションでは、エンジン回転数を１５００ｒｐｍ、空燃比をＡ／Ｆ＝３０に設定している。

図１０において、縦軸は圧縮端温度であり、横軸は吸気弁２１及び／又は排気弁２２の閉弁時期の変化量（クランク角での変化量）である。横軸は、図５に示すリフト特性の場合の閉弁時期を基準（０°）として、そこから遅角させた場合をマイナス側とし、進角させた場合をプラス側で表している。図１０及び図１１のシミュレーションにおいても、閉弁時期が変化するときには、開弁時期もそれに連動して変化している。図１０に示すグラフにおいて、菱形マーク付きの曲線は、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させてそれらの閉弁時期を同じ量だけ遅角又は進角した場合を示し、三角マーク付きの曲線は、吸気弁２１のみを遅角又は進角した場合を示し、四角マーク付きの曲線は、排気弁２２のみを遅角又は進角した場合を示す。また、図１０に示す点線は、上記所定温度範囲の中央値を表している。尚、このシミュレーションでは、吸気弁２１の開弁時期が排気弁２２の開弁時期よりも早くならないことを条件としている。このため、吸気弁２１のみ閉弁時期を進角させる場合の進角量については約２０°までとなっており、排気弁２２のみ閉弁時期を遅角させる場合の遅角量についても約２０°までとなっている。また、このシミュレーションでは、排気弁２２の閉弁時期が吸気弁２１の閉弁時期よりも遅くなることを許容している。

図１１において、縦軸はエンジントルクであり、横軸は吸気弁２１及び／又は排気弁２２の閉弁時期の変化量である。横軸の表記、並びに、進角及び遅角の対象を示す各マーク付きの曲線は、図１０と同じである。

図１０に示すように、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させて閉弁時期を遅角させた場合には、遅角量が大きいほど圧縮端温度が下がることが分かる。また、吸気弁２１のみ閉弁時期を遅角した場合にも、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させた場合と同程度に圧縮端温度が低下することが分かる。これは、吸気弁２１の閉弁時期が遅角されることで、圧縮開始時のピストン１５の位置が圧縮上死点に近い位置になり、有効圧縮比が変化するためである。

一方で、排気弁２１のみ閉弁時期を遅角させた場合には、圧縮端温度は僅かに低下するだけであることが分かる。上述したように、今回のシミュレーションでは、閉弁時期が変化するときには、開弁時期もそれに連動して変化している。排気弁２２の開弁時期が遅くなることで、筒内圧が低いときに排気弁２２が開くことになり、排気ガスが排出され難くなる。これにより、圧縮開始時において燃焼室１６内の排気ガスの量が多くなる。この結果、排気弁２２を遅角させて、有効圧縮比が低下したとしても、圧縮端温度は低下し難くなる。

ここで、吸気弁２１のみ閉弁時期を遅角させると、図１２に示すように、ピストン１５が圧縮上死点に近い位置にあるときに、吸気弁２１のみが開いた状態になる。しかしながら、本実施形態では、主に、吸気弁２１とシリンダヘッド１３との隙間のうち排気ポート２０から遠い側の部分から吸気が燃焼室１６に供給されるようになっており、実質的に、吸気ポート１９と燃焼室１６との間の流路面積が小さくなっている。また、吸気ポート１９から燃焼室１６に供給される吸気は、機械式過給機５３により過給された吸気である。これらのことにより、本実施形態では、図１２に示すように、ピストン１５が上昇しているときに吸気弁２１のみが開弁していたとしても、過給された吸気が燃焼室１６に供給されているため、燃焼室１６から吸気ポート１９への吹き戻しは殆どない。

燃焼室１６から吸気ポート１９への吹き戻しが殆どなければ、燃焼室１６に供給される吸気量は一定となる。詳しくは、エンジン回転数が一定で、機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａの回転数が一定であれば、機械式過給機５３からの吐出流量は一定となる。そして、機械式過給機５３からの吐出流量が一定でありかつ燃焼室１６から吸気ポート１９への吹き戻しがなければ、燃焼室１６に供給される吸気量は一定になる。このため、図１１に示すように、エンジントルクについては、吸気弁２１の閉弁時期を遅角させた場合でも、殆ど変化しない。

一方、図１０を参照すると、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させて各閉弁時期を進角させた場合には、進角量が大きいほど圧縮端温度が上がることが分かる。これは、有効圧縮比が高くなることに加えて、燃焼室１６内の排気ガスの量が多くなるためである。すなわち、図１３に示すように、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させて各閉弁時期を進角させると、ピストン１５の位置が圧縮上死点からより離れた位置から、燃焼室１６内のガスの圧縮が開始されるため、有効圧縮比が低下する。また、吸気弁２１の閉弁時期を進角させると、ピストン１５が圧縮下死点に近い位置で吸気が燃焼室１６に供給されるため、燃焼室１６への吸気の供給により燃焼室１６内の排気ガスの掃気する際の掃気圧が低くなる。これにより、排気ガスの掃気が抑制されるため、図１３に示すように、圧縮開始時における燃焼室１６内の排気ガス量が多くなる。

また、図１０を参照すると、吸気弁２１のみ閉弁時期を進角させた場合には、圧縮端温度が上昇するが、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させた場合と比較すると、圧縮端温度の上昇量が小さいことが分かる。吸気弁２１のみ閉弁時期を進角すると、排気弁２２の閉弁時期が吸気弁２１の閉弁時期よりも遅くなるため、有効圧縮比は排気弁２２の閉弁時期で決まるようになる。吸気弁２１のみを進角する場合、有効圧縮比は殆ど変化しない。一方で、上述のように、燃焼室１６内の排気ガスの掃気する際の掃気圧が低くなって、圧縮開始時における燃焼室１６内の排気ガス量は多くなる。このため、吸気弁２１のみ閉弁時期を進角させても圧縮端温度は上昇するが、吸気弁２１と排気弁２２とを同期させた場合と比較すると、圧縮端温度の上昇量は小さくなる。また、進角量が２０°のときは、進角量が１０°のときと殆ど変わらないことが分かる。これは、有効圧縮比は排気弁２２の閉弁時期で決まってしまい、吸気弁２１の閉弁時期を進角させたとしても、有効圧縮比が変化しないためである。

さらに、図１０を参照すると、排気弁２２のみ閉弁時期を進角させた場合には、圧縮端温度が殆ど変化しないことが分かる。これは、排気弁２２のみ閉弁時期を進角させたとしても、吸気弁２１の閉弁時期が変わらず、有効圧縮比が変化しないためである。

ここで、上述したように、エンジン回転数が一定で、吸気弁２１を進角させたとしても、燃焼室１６に供給される吸気量は一定になる。このため、図１１に示すように、エンジントルクについては、吸気弁２１の閉弁時期を進角させた場合でも、殆ど変化しない。

上述のように、本実施形態では、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときにおいては、圧縮端温度を所定温度範囲内になるように、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を調整することにより、エンジントルクの変化を抑制しながら、燃料の自着火及び燃焼が適切に行われるようにすることができる。

次に、エンジン水温センサＳＮ５によるエンジン水温が上記設定温度以上であるときの、吸気電動Ｓ－ＶＴ３０及び排気電動Ｓ－ＶＴ４０の制御に関するＥＣＵ１００の処理動作について、図１４のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに基づく処理動作は、エンジン１が作動している間において１燃焼サイクル毎に実行される。

最初のステップＳ１で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ２で、エンジン本体１０の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるか否かを判定する。

ステップＳ２の判定がＮＯであるとき（エンジン本体１０の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるとき）には、ステップＳ３に進んで、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を、エンジン回転数により決まる上記所定タイミングに設定する。

一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進んで、吸気温度センサＳＮ４の検出結果から推定される外気温、及び、エンジン本体１０の現在の有効圧縮比に基づいて、圧縮端温度を推定する。

次のステップＳ５では、ステップＳ４で推定した推定圧縮端温度が、所定温度範囲内にあるか否かを判定する。このステップＳ５の判定がＹＥＳであるときには、そのままリターンする一方、ステップＳ５の判定がＮＯであるときには、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、上記推定圧縮端温度が上記所定温度範囲を超えているか否かを判定する。このステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ７に進んで、上記変更量マップにより吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期の遅角側への変更量を求める。一方、ステップＳ６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ８に進んで、上記変更量マップにより吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期の進角側への変更量を求める。

ステップＳ７又はステップＳ８の後は、ステップＳ９に進んで、ステップＳ７又はステップＳ８で求めた変更量でもって、吸気弁２１及び排気弁２２の閉弁時期を変更し、しかる後にリターンする。

したがって、本実施形態では、エンジン本１０体の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいては、同一のエンジン回転数で低負荷側運転領域にあるときに対して、吸気弁２１の閉弁時期及び排気弁２２の開弁時期を、上記特定条件を満たしたままで遅角させるようにしたので、エンジン本体１０の運転状態が高負荷側運転領域にあるときにおいて、ノッキング等の異常燃焼の発生を防止しつつ燃費性能を高めることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、吸気可変動弁機構及び排気可変動弁機構が両方とも位相式のものであるため、吸気弁２１の閉弁時期及び排気弁２２の開弁時期を変更するときには、吸気弁２１の開弁時期及び排気弁２２の閉弁時期も同時に遅角又は進角されるが、このような位相式に限らず、吸気可変動弁機構及び排気可変動弁機構がバルブリフト量を変更するものであって、このバルブリフト量の変更により吸気弁２１の閉弁時期のみ及び排気弁２２の開弁時期のみを遅角又は進角させることが可能に構成されていてもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、燃焼室を形成する気筒と該気筒に嵌挿されたピストンと上記気筒の頭上に配置されかつ吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁及び排気弁とを有するエンジン本体と、該エンジン本体の吸気ポートに接続された吸気通路に設けられた過給機とを備えた過給機付２ストロークエンジンに有用である。

１ 過給機付２ストロークエンジン
１０ エンジン本体
１１ 気筒
１５ ピストン
１６ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
３０ 吸気電動Ｓ－ＶＴ（吸気可変動弁機構）
４０ 排気電動Ｓ－ＶＴ（排気可変動弁機構）
５０ 吸気通路
５３ 機械式過給機
１００ ＥＣＵ（制御手段）（圧縮端温度推定手段）
ＳＮ１ クランク角センサ（エンジン回転数検出手段）
ＳＮ４ 吸気温度センサ（外気温検出手段）

Claims (2)

1. 燃焼室を形成する気筒と該気筒に嵌挿されたピストンと上記気筒の頭上に配置されかつ吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁及び排気弁とを有するエンジン本体と、該エンジン本体の吸気ポートに接続された吸気通路に設けられた過給機とを備えた過給機付２ストロークエンジンであって、
   上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を変更可能な吸気可変動弁機構と、
   上記排気弁の少なくとも開弁時期を変更可能な排気可変動弁機構と、
   上記エンジン本体の回転数であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   外気温を検出する外気温検出手段と、
   上記エンジン本体のエンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、
   上記エンジン本体の運転状態が所定負荷よりも低い低負荷側運転領域にあるときにおいて、上記外気温検出手段及びエンジン回転数検出手段のそれぞれの検出結果、上記エンジン水温検出手段の検出結果、及び、上記吸気弁の現在の閉弁時期から算出される上記エンジン本体の現在の有効圧縮比に基づいて、圧縮上死点における上記燃焼室内のガス温度である圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、
   上記吸気可変動弁機構及び上記排気可変動弁機構を含めて上記エンジン本体の作動を制御する制御手段とを更に備え、
   上記吸気弁及び上記排気弁の開弁期間は、圧縮下死点を挟むとともに上記吸気弁の開弁時期が上記排気弁の開弁時期よりも遅くかつ上記吸気弁の閉弁時期が上記排気弁の閉弁時期と略同じか若しくは上記排気弁の閉弁時期よりも遅くなるという特定条件を満たすように設定されており、
   上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときには、上記燃焼室内において燃料を圧縮自着火させる圧縮自着火燃焼を実行させる一方、上記エンジン本体の運転状態が上記所定負荷以上の高負荷側運転領域にあるときには、上記燃焼室内において燃料を火花点火燃焼させるように構成され、
   上記過給機は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域及び上記高負荷側運転領域にあるときに、作動するよう構成され、
   更に上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおいては、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに対して、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期及び上記排気弁の少なくとも開弁時期を、上記特定条件を満たしたままで遅角させるべく、上記吸気可変動弁機構及び上記排気可変動弁機構を作動させるよう構成されており、
   更に上記制御手段は、上記エンジン本体の運転状態が上記低負荷側運転領域にあるときにおいて、上記圧縮端温度推定手段により推定された圧縮端温度が燃料の自着火及び燃焼が可能な温度範囲である所定温度範囲を超えるときには、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を、上記特定条件満たす範囲で、現在の閉弁時期に対して遅角させる一方、上記圧縮端温度推定手段により推定された圧縮端温度が上記所定温度範囲を下回るときには、上記吸気弁の少なくとも閉弁時期を、上記特定条件満たす範囲で、現在の閉弁時期に対して進角させるべく、上記吸気可変動弁機構を作動させるよう構成されており、
   上記エンジン本体の運転状態が上記高負荷側運転領域にあるときにおける上記吸気弁の閉弁時期は、該高負荷側運転領域でのエンジン回転数と同一のエンジン回転数で上記低負荷側運転領域にあるときに上記圧縮端温度に応じて上記吸気弁の閉弁時期が最大に遅角したときの該閉弁時期よりも遅角していることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
2. 請求項１記載の過給機付２ストロークエンジンにおいて、
   上記吸気可変動弁機構は、上記吸気弁の開弁期間を一定としたまま、該吸気弁の開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる位相式の可変動弁機構で構成され、
   上記排気可変動弁機構は、上記排気弁の開弁期間を一定としたまま、該排気弁の開弁時期及び閉弁時期の両方を連動して変化させる位相式の可変動弁機構で構成されていることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。

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