JP2004239065A - レシプロエンジンおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自着火燃焼による２サイクル運転に対応して、高圧縮比を実現するためにピストンと吸排気バルブとが位置的に干渉する配置とした場合でも、４サイクル運転への切替を可能とする。
【解決手段】予混合圧縮自着火２サイクル運転を行なうのに必要な高圧縮比を得るために、レシプロエンジン１０のピストン１４４と吸排気バルブ１３２，１３４が、ピストンの上死点ＴＤＣ付近で位置的に重なる干渉を起こす配置としている。このエンジン１０を４サイクル運転に切り替えたとき、上死点ＴＤＣ付近で吸排気バルブ１３２，１３４がピストン１４４と干渉しないよう、吸排気バルブの開閉弁タイミングが設定されている。この結果、運転サイクルに応じてピストンのストローク位置を可変するような機構を設けることなく、高圧縮比による２サイクル運転から、４サイクル運転に切り替えることができる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼サイクルを４サイクルと２サイクルに切換可能な可変サイクルエンジンを制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、運転サイクルを４サイクルと２サイクルで切り替えて運転される可変サイクルエンジンが知られている。こうした可変サイクルエンジンは、広範なダイナミックレンジで運転されるエンジンにおいて、両サイクルの利点を充分に引き出そうとするものである。かかるエンジンは、例えば以下の特許文献１に記載されている。また、近年、運転サイクルに燃焼方式を組み合わせて、エンジンの性能を最大限に引き出そうとする技術が提案されている（下記特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７４２８２５号
【特許文献２】
特開平２００２−２５６９１１号
【０００４】
かかる技術は、予め形成した混合気をエンジンのシリンダ内に吸引してから火花点火して燃焼させる予混合燃焼方式と２サイクルおよび４サイクル運転を組み合わせ、一方、吸気行程前半に気筒内に燃料噴射を行なうことで形成された混合気を圧縮して自着火燃焼させる方式と４サイクル運転とを組み合わせて、広い運転範囲でノッキングの発生を回避しつつ、エンジンを効率良く運転しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした運転サイクルの切替を行なうエンジン、特に混合気の圧縮をピストンの上昇により行なうレシプロエンジンでは、高圧縮比を実現しようとするとピストンと吸排気バルブとが位置的に重なり合ってしまうことがあると言う問題があった。予混合圧縮自着火方式の２サイクル運転では、ピストンの上死点付近で吸排気バルブは開弁しないから、両者の干渉という問題は生じない。このため、高圧縮比を実現すべく、ピストンの上死点において残っている筒内高さ（ピストン表面とシリンダブロック天井とのクリアランス）は、小さな値に設定される。他方、４サイクル運転では、自着火燃焼のための高圧縮比が必要なく、しかも吸排気バルブがピストンの上死点付近で開弁される。４サイクル運転での吸排気弁の開閉弁タイミングの一例を図９に示した。４サイクル運転では上死点ＴＤＣをまたぐように吸排気バルブが開弁されることがあることから、ピストン表面との干渉を回避すべく、ピストンの上死点位置を低く設定し、上死点におけるクリアランスを確保していた。このため、レシプロエンジンにおいて運転サイクルを切り替えようとすると、２サイクル運転での高圧縮比の実現と４サイクル運転でのバルブの干渉の防止という背反する課題を解決しなければならなかった。
【０００６】
この相反した要求を満たすために、中折れコンロッドなど、圧縮比の可変機構を組み込み、運転サイクル毎にコンロッドの中折れ点を変更するなどして、圧縮を変更する構成を考えることができる。この場合、運転サイクルに応じてピストンの上死点位置が変更されるから、ピストンと吸排気バルブとの干渉という問題を生じることなく、２サイクル運転での高圧縮比を実現することができるものの、圧縮比の可変機構が必要となってしまい、部品点数の増加、制御の煩雑化など、別種の課題を生じてしまう。
【０００７】
本発明の装置は、こうした問題を解決し、運転サイクルを切り替えて、２サイクル運転での高圧縮比の実現と、４サイクル運転におけるピストンに対する吸排気バルブの干渉の防止とを両立できるレシプロエンジンの運転技術を実現することを目的としてなされた。
【０００８】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明のレシプロエンジンは、
燃料を吸排気する吸排気バルブの開閉弁タイミングを制御可能なレシプロエンジンであって、
前記吸排気バルブを駆動するバルブ駆動機構を設け、
混合気の圧縮を行なうピストンを、高圧縮比を実現可能とするために、その上死点付近で前記吸排気バルブの少なくとも一つとその開弁位置で重なり合う位置関係に配置し、
高圧縮比での運転時には、前記ピストンの上死点付近で、前記吸排気バルブを開弁しない２サイクル運転を行ない、
高圧縮比での運転時以外では、４サイクル運転を行なうと共に、前記ピストンの表面と重なり合う開弁位置を取るバルブの開弁を、前記ビストンとの干渉が生じない開弁タイミングに設定したこと
を要旨としている。
【０００９】
このレシプロエンジンに対応したエンジンの制御方法の発明は、
燃料を吸排気する吸排気バルブの開閉弁タイミングを制御可能なレシプロエンジンの制御方法であって、
混合気の圧縮を行なうピストンを、高圧縮比を実現可能とするために、その上死点で該ピストンの表面が、前記吸排気バルブの少なくとも一つとその開弁位置で重なり合う位置関係に配置しておき、
高圧縮比での運転時には、前記ピストンの上死点付近で、前記吸排気バルブを開弁しない２サイクル運転で、燃料噴射および吸排気バルブの開閉を制御し、
高圧縮比での運転時以外では、４サイクル運転で燃料噴射および吸排気バルブの開閉弁を制御すると共に、前記ピストンの表面と重なり合う開弁位置を取るバルブの開弁を、前記ビストンとの干渉が生じない開弁タイミングで行なうこと
を要旨としている。
【００１０】
かかるレシプロエンジンおよびその制御方法によれば、ピストンは、高圧縮比を実現可能とするために、その上死点でピストンの表面が、吸排気バルブの少なくとも一つとその開弁位置で重なり合う位置関係になっているが、高圧縮比での運転時には、２サイクル運転がなされるため、ピストンの上死点付近で、吸排気バルブは開弁されず、両者が重なり合って干渉するということがない。他方、高圧縮比での運転時以外では、４サイクル運転により燃料噴射および吸排気バルブの開閉弁が制御されるが、この場合には、ピストンの表面と重なり合う開弁位置を取るバルブについては、ビストンとの干渉が生じない開弁タイミングで開弁する。この結果、圧縮比を機械的に変更する仕組みを設けることなく、高圧縮比の２サイクル運転と、高圧縮比の運転以外でのバルブとピストンとの干渉の防止とを、両立させることができる。
【００１１】
なお、ピストンの表面に窪み（リセス）を設けてバルブとの干渉を防止することもある程度は可能である。従って、吸気バルブか排気バルブの少なくとも一方については、リセスを設けることで干渉を防止し、リセスの設けていないバルブを、ピストンの表面と開弁位置で重なり合うバルブとして扱うことができる。こうしたバルブとしては、吸気バルブまたは排気バルブのいずれか一方または両方とすることができる。
【００１２】
２サイクル運転時の圧縮比は１４ないし１６とすることができる。圧縮比をこの程度に選択すれば、予混合自着火燃焼を行なうことが可能である。
【００１３】
【発明の他の態様】
本願発明は、種々の気筒数のエンジンに適用することができる。また、エンジンは自動車用に限らず、船舶や航空機などのエンジンに適用することも可能である。更に、本願発明は、上述したエンジンの制御装置のみならず、係る制御装置を搭載した移動機器（車両など）として把握することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（１）実施例の全体構成：
はじめに、実施例の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１実施例のレシプロエンジン１０とその制御装置であるエンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵという）３０とを示す概略構成図である。このエンジン１０は、後述するように、４サイクル運転と２サイクル運転とを切り替えて運転可能なタイプである。このガソリンエンジン１０は、３つの気筒♯１ないし♯３を備える。これらの気筒は、４サイクル運転の場合には、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４つの行程を繰り返しながら燃焼室内で混合気を燃焼させて、そのときに発生する燃焼エネルギを機械的仕事に変換して動力として出力する。他方、２サイクル運転される場合には、吸入・圧縮行程と、爆発・掃気行程の２つの行程を繰り返しながら、混合気を燃焼させて、動力を得ている。
【００１５】
ガソリンエンジン１０の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロックの上部に設けられたシリンダヘッド１３０などによって形成されている。ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されている。ピストン１４４は、クランクシャフト１４８の回転に応じてシリンダ１４２内を上下に摺動する。なお、本実施例のエンジン１０は、高圧縮比を実現するために、上死点ＴＤＣにおけるピストン１４４上面からシリンダヘッド１３０頂部までのクリアランスを小さくし、圧縮比１４ないし１６を可能としている。このクリアランスは、上死点ＴＤＣにおいて吸気バルブ１３２，排気バルブ１３４を開弁すると、両バルブがピストン１４４に接触する程度である。
【００１６】
この燃焼室内には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、噴射した燃料に点火するための点火プラグ１３６とが設けられている。また、各燃焼室には、吸入空気を取り入れるための吸気通路１２と、燃焼室内で発生した燃焼ガスを排出するための排気通路１６などが接続されている。以下、吸気系と排気系の構成について説明する。
【００１７】
吸気通路１２には、上流側から、塵埃の除去を行なうエアクリーナ２０、吸入空気量Ｑを検出するエアフロメータ１３、過給器５０のコンプレッサ５４、過給により上昇した吸気温度を低下するインタクーラ６２、吸入空気量を制御するスロットルバルブ２２、吸気の脈動を緩和するサージタンク６０が設けられている。また、吸気通路１２には、吸気温度ＴＡを検出する吸気温度センサ１５や吸気管圧力を検出する圧力センサ２３、が設けられている。ＥＣＵ３０からの制御を受けて電動アクチュエータ２４がスロットル弁２２を適切な開度に制御することで、燃焼室内に吸入される空気量が調整される。
【００１８】
吸気通路１２が接続されたシリンダヘッドには、上述した燃料噴射弁１４の他、吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４、点火プラグ１３６などが設けられている。各燃焼室に設けられた燃料噴射弁１４には、図示しない燃料ポンプで高圧に加圧された燃料が供給されている。吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４には、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４が設けられており、両バルブ１３２，１３４は、通常のカム機構ではなく、電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。これら電動アクチュエータ１６２，１６４は、円盤状の電歪素子を複数枚積み重ねた構造となっている。ＥＣＵ３０から信号を出力して、電歪素子に印加する電圧を変更することにより、電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を開閉することが可能である。このため、本実施例における各気筒のバルブの開弁期間（開弁タイミングから閉弁タイミングまでの期間）は、自由に制御することができる。例えば、排気バルブ１３４を排気行程において開き、その後一旦閉じてから、吸気行程において短時間再度開弁するといったことも可能である。各バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングについては、後で詳しく説明する。
【００１９】
排気通路１６の下流には、過給器５０の排気側タービン５２を介して、触媒２６が設けられている。触媒２６は、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための公知の触媒である。この他、排気通路１６には、過給圧を制御するためのウェイストゲートバルブ２５、排気の状態から燃焼室における混合気の空気過剰率λを検出する空気過剰率センサ２８、あるいは排気温度ＴＢを検出する排気温度センサ２９などが設けられている。ウェイストゲートバルブ２５は、その開度を調整することにより、過給器５０の排気側タービン５２に供給される排気ガスを調整し、結果的に、吸気側タービン５４により過給状態、即ち過給圧を制御することができる。ウェストゲートバルブ２５は、ＥＣＵ３０により、その開度を制御されている。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、過給圧のみならず、ガソリンエンジン１０の動作全体を制御するものである。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換素子、Ｄ／Ａ変換素子などをバスで相互に接続して構成された周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいて電動アクチュエータ２４を駆動して、スロットル弁２２を適切な開度に制御する。エンジン回転速度Ｎｅ は、クランクシャフト１４８の先端に設けたクランク角センサ３２によって検出することができる。アクセル開度θａｃは、アクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出することができる。また、ＥＣＵ３０は、エアフロメータ１３を用いて検出した吸入空気量Ｑに基づいて、燃料噴射弁１４を適切なタイミングで駆動することにより、燃焼室内に適切な量の燃料を適切なタイミングで供給する。更に、排気通路１６に空気過剰率センサ２８が設けられていることから、空気過剰率センサ２８からの出力に基づいて、燃料噴射弁１４の駆動時間あるいはスロットル弁２２の開度を制御することで、燃焼室内に形成する混合気の空気過剰率が適切な値となるように制御することも可能である。
【００２１】
また、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１３６に火花を形成するタイミングを制御する点火時期制御や、吸気バルブ１３２，排気バルブ１３４の開閉弁タイミングの制御も行なっている。本実施例では、予混合火花点火燃焼を行なう４サイクル運転と、圧縮自着火燃焼を行なう２サイクル運転とを切り替えて、エンジン１０を運転するので、ＥＣＵ３０は、４サイクル運転では点火時期制御も行なってる。吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングの制御は運転サイクルにより大きく異なる。以下、燃焼サイクルと吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングの制御、特に運転サイクルの切替過渡時の制御について、詳しく説明する。
【００２２】
（２）運転サイクル：
本実施例のガソリンエンジン１０は、エンジンの運転領域に応じて、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換える。すなわち、エンジン負荷が比較的低い領域では、熱効率の高い２サイクル運転を行ない、エンジン負荷の高い領域では、高速回転が容易な４サイクル運転を行なう。２サイクル運転を行なう場合と、４サイクル運転を行なう場合とでは、ピストンの動きに対するバルブの開閉時期が異なっているが、このガソリンエンジン１０では、電動アクチュエータ１６２，１６４で吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４を駆動しているので、これらバルブを開閉時期を容易に切り換えることができることは既に説明した。
【００２３】
図２は、本実施例において、ＥＣＵ３０が、エンジン回転速度および負荷に応じて運転条件を切り換える様子を概念的に示した説明図である。図中でハッチングを付した領域が４サイクル運転を行なう領域であり、ハッチングが付されていない領域が２サイクル運転を行なう領域である。以下、圧縮自着火燃焼による２サイクル運転について説明する。公知の４サイクル運転条件については、詳しい説明は省略する。
【００２４】
図３は、ガソリンエンジン１０の低負荷条件時における動作を概念的に示した説明図である。４サイクル式のガソリンエンジンとは異なり、２サイクル式のガソリンエンジンは掃気行程と呼ばれる行程を有している。更に、２サイクルエンジンは、クランクシャフト１４８が１回転する間に全ての行程を一巡する点でも４サイクルエンジンとは異なっている。図３（ａ）〜（ｆ）には、２サイクルエンジンの膨張行程、排気行程、掃気行程（前記および後期）、吸気行程、圧縮行程のそれぞれの行程が概念的に示されている。２サイクルエンジンでは、シリンダ１４２内でピストン１４４を上下動させながら、吸気バルブ１３２および排気バルブ１３４の２つのバルブを適切なタイミングで開閉させることにより、これらの行程を次々と切り換えていく。ピストンの動きに伴う吸気バルブ１３２，排気バルブ１３４の開閉状態も、図３には、模式的に示してある。
【００２５】
説明の都合上、燃焼室内の混合気を燃焼させた状態から説明する。混合気を燃焼させると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン１４４を押し下げようとする。図３（ａ）に示すように膨張行程では、ピストン１４４を降下させながら、燃焼室内で発生した圧力をトルクに変換して動力としてクランクシャフト１４８に出力する。ピストン１４４がある程度まで降下したら、適切なタイミングで排気バルブ１３４を開く。燃焼室内には、燃焼ガスが未だ高い圧力のまま閉じこめられているから、ピストン１４４の降下中でも、排気バルブ１３４を開くことにより燃焼ガスを排出させることができる（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
続いて、適切なタイミングで吸気バルブを１３２開くと、過給器５０によって加圧された吸気通路１２内の空気が流入し、燃焼室内に残っている燃焼ガスを押し出すようにして排気バルブ１３４から排出させる（図３（ｃ）参照）。図において、ハッチングが付されている部分は、燃焼ガスが残存している領域を示しており、ハッチングを付されていない部分は、吸入空気が流入した領域を表している。このように、吸入空気で押し出すようにして燃焼室内から燃焼ガスを排出させる動作は「掃気」と呼ばれる。また、掃気を行なう行程は掃気行程と呼ばれる。２サイクルエンジンでは、吸気通路内が加圧されているので、ピストン１４４が下死点（以下、ＢＤＣとも言う）を過ぎて上昇に転じても、なお燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図３（ｄ）は、掃気行程の後半にピストン１４４を上昇させながら、燃焼室内を掃気している様子を概念的に示している。２サイクル運転では、このタイミングで燃料噴射弁１４を開弁して、所定量の燃料を噴射する。この結果、筒内には混合気が形成される。
【００２７】
掃気の進行と混合気の形成に伴って、図３（ｅ）に示すように、排気バルブ１３４は閉じられるが、燃焼室内の圧力が吸気通路内の圧力に達するまでは、吸気バルブ１３２を介して吸入空気がなお流入する。燃焼室内圧力が吸気通路内の圧力に達したタイミングを見計らって、吸気バルブ１３２を閉じる。すると、ピストン１４４の上昇に伴って、燃焼室内の混合気は圧縮される（図３（ｆ）参照）。圧縮された混合気は自着火し、爆発燃焼を起こす。こうして運転サイクルは図３（ａ）に戻り、再び、膨張・排気行程から運転が繰り返される。なお、本実施例のガソリンエンジン１０では、２サイクル運転では、図４に示すようにピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約３０°のタイミングで、吸気バルブ１３２を開いている。また、この実施例では、燃料噴霧の噴射期間はピストンの下死点（ＢＤＣ）付近から排気バルブ１３４が閉じる直前までの期間、具体的には、掃気行程の下死点前２０度から下死点後６０度の範囲内で設定された適切な期間に設定されている。
【００２８】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気バルブ１３４を閉じた後は、図３（ｅ）に示すように、吸気バルブ１３２から加圧された空気が燃焼室内に流入する。排気バルブ１３４を閉じるタイミングＥＸＣ１は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）後、約２０°〜約５０°の範囲で好適に設定することができる（図４参照）。掃気行程の後半で噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって、燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。本実施例のエンジン１０では、低負荷条件でこうして形成される混合気の空気過剰率が、約０．２〜０．６の値となるように、燃料噴射量が設定されている。
【００２９】
そして、所定のタイミングで吸気バルブ１３２を閉じてやると、それ以降は、ピストンの上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。実施例のエンジン１０においては、吸気バルブ１３２を閉じるタイミングＩＮＣ１は、図４に示すようにピストンの下死点（ＢＤＣ）後、約６０°に設定されている。吸気バルブ１３２を閉じるタイミングは、代表的には約５０°〜約７０°の範囲で適宜設定することができる。このようなタイミングに設定することにより、混合気の実質的な圧縮比を、１０〜１４の範囲の所望の値とすることができる。実施例のエンジン１０では、実質的な圧縮比は１２に設定されている。
【００３０】
適切なタイミングで吸気バルブ１３２を閉じた後、ピストン１４４を上昇していくと、図３（ｆ）に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストンの上死点（以下、ＴＤＣとも言う）付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気は速やかに爆発燃焼する。
【００３１】
以上説明した２サイクル運転の場合には、図４に示したように、吸気バルブ１３２、排気バルブ１３４共に、上死点ＴＤＣ付近では、バルブが開かれることはない。このため、高圧縮比を実現するために、上死点ＴＤＣにおけるピストン１４４上面からシリンダヘッド１３０までのクリアランスが小さく、上死点ＴＤＣにおいて吸気バルブ１３２，排気バルブ１３４を開弁すると、両バルブがピストン１４４に接触してしまう程度のクリアランスとなっていても、２サイクル運転において、吸排気バルブ１３２，１３４がピストン１４４と干渉することはない。
【００３２】
（３）第１実施例における運転サイクル切替処理：
図２に示した高回転条件下で４サイクル運転されていたエンジン１０が、運転条件が変化して２サイクル運転に切り替えられる場合、あるいはその逆の切替を行なう場合の制御について、以下詳しく説明する。図５は、第１実施例においてＥＣＵ３０が行なう制御を示すフローチャートである。また、図６は、第１実施例における吸排気バルブのバルブタイミングを示す説明図である。以下、これらの図面を参照しながら、実施例の運転サイクル切替制御について説明する。なお、以下の説明では、４サイクル運転とは、予混合された混合気に火花点火して燃焼を行なう４サイクル運転を意味し、２サイクル運転とは、予混合された混合気を圧縮して自着火させて燃焼を行なう２サイクル運転を意味している。
【００３３】
図５に示した運転サイクル切替処理ルーチンは、所定のインターバルで繰り返し実行されており、この処理ルーチンが起動されると、まずエンジン１０の運転状態を読み込む処理を行なう（ステップＳ１００）。エンジン１０の運転状態としては、本実施例では、その回転数Ｎｅや吸入空気量Ｑ読む込むものとした。回転数Ｎｅは、回転数センサから直接読み込むことができる。吸入空気量Ｑは、アクセル開度θａｃやスロットルバルブ２２の開度など、あるいは吸気または排気バルブのバルブタイミングなどに基づいて予測するものとしても良い。
【００３４】
次に、このエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑから、図２に示したマップを参照し、エンジン１０の運転サイクルを決定する処理を行なう（ステップＳ１１０）。図２に示したように、一般に高負荷高回転域では４サイクル運転が選択される。運転サイクルの決定は、具体的には、２サイクル運転を行なうべき運転領域にあると判断すればフラグＦを値に１に、４サイクル運転を行なうべき運転領域にあると判断すればフラグＦを値０に、それぞれ設定するのである。そこで、決定された運転サイクルに従って、目標過給圧Ｐ０を計算する処理を行なう（ステップＳ１２０）。目標過給圧Ｐ０は、各運転サイクルにおいて最終的に必要となる過給圧である。２サイクル運転の方が目標過給圧Ｐ０は高いが、本実施例では４サイクル運転では過給を行なわないものとしているので、４サイクル運転時の目標過給圧Ｐ０は値０に設定される。次に、このフラグＦの値に従って、エンジン１０の運転領域に基づいて決定された運転サイクルについて判別する処理を行なう（ステップＳ１３０）。
【００３５】
ここで、２サイクル運転が設定されていると判断された場合には、処理はステップＳ１４０以下に移行し、運転サイクルの切替の遷移処理を行なう（ステップＳ１４０）。遷移処理とは、例えば過給圧を目標用過給圧Ｐ０まで徐々に変更する処理や切替時のＥＧＲ量を変更すると言った処理である。その後、２サイクル運転での定常的な運転に移行する（ステップＳ１５０）。２サイクル運転での吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁のタイミングは、図４に示した通りであり、ビストン１４４の上死点ＴＤＣ付近では、いずれのバルブも開弁されていない。従って、吸排気バルブ１３２，１３４がピストン１４４干渉することはない。この結果、エンジン１０は、その設計通り、高圧縮比で２サイクル運転を実施することができる。エンジン１０は、予混合自着火燃焼により、２サイクル運転されることになる。
【００３６】
他方、ステップＳ１３０における運転サイクルの判断で、フラグＦ＝０、即ち４サイクル運転が設定されていると判断すると、処理はステップＳ２４０以下に移行し、運転サイクルの切替の遷移処理を行なった上で（ステップＳ２４０）、４サイクル運転での定常的な運転に移行する（ステップＳ２５０）。４サイクル運転での吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁のタイミングを、図６に示した。図６（Ａ）は、クランク角度に併せて吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングを示したものであり、図６（Ｂ）は吸排気バルブ１３２，１３４のリフト量を運転サイクルに沿って示したものである。本実施例における４サイクル運転での吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングは、従来技術として図９に示した通常の４サイクル運転での吸排気バルブの開閉弁タイミングと比較すれば、吸排気バルブ１３２，１３４共に、上死点ＴＤＣ付近で開弁していないところに特徴がある。即ち、本実施例では、ビストン１４４の上死点ＴＤＣ前で排気バルブ１３４は閉じ、上死点ＴＤＣを過ぎてから吸気バルブ１３２が開くものとされている。このため、上死点ＴＤＣ付近で、吸排気バルブ１３２，１３４がピストン１４４干渉することはない。なお、４サイクル運転では、予混合火花点火により燃焼を行なわせており、２サイクル運転ほど高い圧縮比は必要としていないので、吸気バルブ１３２の閉弁タイミングを下死点ＢＤＣを越えた所定のタイミングとし、圧縮比を２サイクル運転より低くしている。
【００３７】
この結果、エンジン１０は、４サイクル運転でも、ピストン１４４と吸排気バルブ１３２，１３４との干渉を生じることがない。従って、ピストン１４４のシリンダ１４２に対するストローク位置を変更する機構を設けることなく、２サイクル運転での高圧縮比を実現しつつ、４サイクル運転に切り替えた後も、そのまま運転を継続することができる。
【００３８】
（４）第２実施例：
次に第２実施例における運転サイクルの切替処理について説明する。第２実施例では、第１実施例とほぼ同様のハードウェア構成を備えるが、図７に示すように、ピストンヘッドの形状が第１実施例とは異なっている。即ち、図示するように、この実施例では、ピストン２４４の上面には、吸気バルブ１３２側にリセス（くぼみ）２４４ａが設けられており、ピストン２４４が上死点ＴＤＣにある時に吸気バルブ１３２を開弁しても、両者の位置が重なって干渉を起こすと言うことがない。排気バルブ１３４については、ピストン２４４の上部にリセスは設けられておらず、上死点ＴＤＣ付近で排気バルブ１３４を開弁すると、両者は干渉を生じる。本実施例では、吸気バルブ１３２側のみにリセス２４４ａを設けることで、２サイクル運転で必要とされる高圧縮比を確保している。
【００３９】
かかる実施例での運転サイクルの切替処理自体は、第１実施例（図５）と同一である。但し、４サイクル運転での吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングが第１実施例とは異なっている。この実施例における開閉弁タイミングを、図８に示した。図示するように、この実施例では、吸気バルブ１３２は、第１実施例とは異なり、上死点ＴＤＣ手前のタイミングから開弁されている。ピストン２４４には、吸気バルブ１３２側についてはリセス２４４ａが設けられているので、上死点ＴＤＣの手前から吸気バルブ１３２を開弁して上死点ＴＤＣを迎えても、両者が干渉することはない。吸気バルブ１３２を上死点ＴＤＣの手前から開弁しておくことができることから、吸気バルブ１３２の開弁時間を制御する様々な制御が採用可能となる。
【００４０】
他方、排気バルブ１３４側については、ピストン２４４の上面にリセスがなく、ピストン２４４と排気バルブ１３４とがハードウェア上は干渉する可能性が存在するものの、排気バルブ１３４を、上死点ＴＤＣの手前で閉弁しているので、排気バルブ１３４がピストン２４４と干渉するということがない。
【００４１】
以上説明した第２実施例によれば、第１実施例と同様、２サイクル運転では、高圧縮比を確保した上で自着火運転を実現しつつ、４サイクル運転では、ピストンのストローク位置を切り替える仕組みなどを採用することなく、吸排気バルブ１３２，１３４をピストン１４４と干渉する畏れなく駆動することが可能となっている。
【００４２】
（５）変形例：
以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明のこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施することができる。例えば、第２実施例では、ピストン２４４の吸気バルブ１３２側上面にリセス２４４ａを設けたが、これに代えて排気バルブ側にリセスを設けるものとしても良い。この場合、吸気バルブ１３２は、上死点ＴＤＣを越えてから開くものとし、排気バルブ１３４を制御の必要に応じて、上死点ＴＤＣを越えてから閉じることが可能となる。従って、例えば排気ポートに一旦排出され、その後再度筒内に吸入される排気の多寡を制御して、筒内温度を制御するといった制御を実施することができる。また、上記の実施例では、吸排気バルブ１３２，１３４は、電動アクチュエータ１６２，１６４により駆動するものとし、そのバルブタイミングは電動アクチュエータ１６２，１６４の電気的な駆動タイミングで調整するものとしたが、油圧駆動アクチュエータでもよい。図６，図８などに示した開閉弁タイミングが実現できるのであれば、クランクシャフトに連動して回転するカムシャフトによりバルブタイミングを制御するものとしても良い。この場合、４サイクル運転と２サイクル運転では、クランクシャフトの１回転に対するカムの動きが本質的に異なるので、運転サイクル毎に使用するカムとカムシャフトを別々に設け、運転サイクル毎に切り替えるものとしても良い。
【００４３】
この他、本実施例では、３気筒エンジンを例にしたが、３気筒以外のエンジン、例えば２気筒、４気筒、５気筒、６気筒、８気筒、１２気筒など、気筒数の異なるエンジンに適用することができる。また、運転サイクルを２サイクル運転に切り替えた時点の筒内ガス温度が４サイクル運転による高いガス温度を保っていると、異常燃焼が生じやすいので、温度の低い（あるいは低下させた）ガス（外部ＥＧＲや新気など）を導入するなどの手法により、筒内ガスの温度を低下する制御を併用することも差し支えない。こうした筒内ガス温度の低下は、排ガスの温度自体を下げる方法、シリンダブロックの温度を急速に低下して結果的に筒内ガス温度を低下する方法、インタクーラにより吸気温度を一時的に低下する方法など、種々の手法が知られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジン１０およびその制御装置の概略構成図である。
【図２】エンジンの回転数および負荷と運転サイクルとの関係を示す説明図である。
【図３】２サイクル運転の行程について説明する説明図である。
【図４】２サイクル運転における吸排気バルブの開閉弁タイミングを示す説明図である。
【図５】実施例における運転サイクル切替処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１実施例における吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングとリフトの様子を示す説明図である。
【図７】第２実施例におけるリセス２４４ａを備えたピストン２４４の形態を示す説明図である。
【図８】第２実施例における吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングとリフトの様子を示す説明図である。
【図９】従来技術における吸排気バルブ１３２，１３４の開閉弁タイミングとリフトの様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…ガソリンエンジン
１２…吸気通路
１３…エアフロメータ
１４…燃料噴射弁
１５…吸気温度センサ
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２３…圧力センサ
２４…電動アクチュエータ
２５…ウェイストゲートバルブ
２６…触媒
２８…空気過剰率センサ
２９…排気温度センサ
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
５０…過給器
５２…排気側タービン
５４…吸気側タービン
６０…サージタンク
６２…インタクーラ
１００…ガソリンエンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…吸気バルブ
１３４…排気バルブ
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４，２４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１６２，１６４…電動アクチュエータ
２４４ａ…リセス

Claims (5)

1. 燃料を吸排気する吸排気バルブの開閉弁タイミングを制御可能なレシプロエンジンであって、
   前記吸排気バルブを駆動するバルブ駆動機構を設け、
   混合気の圧縮を行なうピストンを、高圧縮比を実現可能とするために、その上死点で該ピストンの表面が、前記吸排気バルブの少なくとも一つとその開弁位置で重なり合う位置関係に配置し、
   高圧縮比での運転時には、前記ピストンの上死点付近で、前記吸排気バルブを開弁しない２サイクル運転を行ない、
   高圧縮比での運転時以外では、４サイクル運転を行なうと共に、前記ピストンの表面と重なり合う開弁位置を取るバルブの開弁を、前記ビストンとの干渉が生じない開弁タイミングに設定した
   レシプロエンジン。
2. 前記２サイクル運転は圧縮自着火燃焼である請求項１記載のレシプロエンジン。
3. 前記４サイクル運転は火花点火燃焼である請求項１記載のレシプロエンジン。
4. 燃料を吸排気する吸排気バルブの開閉弁タイミングを制御可能なレシプロエンジンの制御方法であって、
   混合気の圧縮を行なうピストンを、高圧縮比を実現可能とするために、その上死点で該ピストンの表面が、前記吸排気バルブの少なくとも一つとその開弁位置で重なり合う位置関係に配置しておき、
   高圧縮比での運転時には、前記ピストンの上死点付近で、前記吸排気バルブを開弁しない２サイクル運転で、燃料噴射および吸排気バルブの開閉を制御し、
   高圧縮比での運転時以外では、４サイクル運転で燃料噴射および吸排気バルブの開閉弁を制御すると共に、前記ピストンの表面と重なり合う開弁位置を取るバルブの開弁を、前記ビストンとの干渉が生じない開弁タイミングで行なう
   レシプロエンジンの制御方法。
5. ２サイクル運転時の圧縮比は１４ないし１６である請求項４記載のレシプロエンジンの制御方法。

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