JP2005030225A - 内燃機関の吸排気弁の駆動制御 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機を備える２サイクル式の内燃機関において、過給機によるエネルギ損失を低減する。
【解決手段】吸気弁および排気弁のバルブタイミングを個別に変更可能なエンジの各弁の駆動を制御する。２サイクル運転時に、排気行程および掃気行程において、排気弁は、背圧が筒内圧力以上になったときに一度閉弁し、その後、背圧が筒内圧力以下となったら再度開弁する。また、吸気弁は、筒内圧力が吸気管圧力以下となったときに開弁する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸排気弁の駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸排気効率や、熱効率を向上させるための技術として、吸気脈動やＥＧＲ（排気ガス再循環）を利用した種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１ないし４参照）。
【０００３】
近年、電磁アクチュエータや油圧アクチュエータなどによって、吸気弁や排気弁の動作を個別に制御可能な内燃機関が提案されている。このような内燃機関では、各弁の開閉タイミングや、燃焼室への燃料の噴射タイミングなどを、運転条件に応じて切り換えて制御することにより、２サイクル（２ストローク／１サイクル）運転や、４サイクル（４ストローク／１サイクル）運転など、運転サイクルを切り換えることが可能である。さらに、いわゆる火花点火燃焼や、圧縮自着火燃焼などの燃焼方式、あるいは、均質燃焼や、成層燃焼などの混合気の形成方式を切り換えることも可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４８９４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−８１３２４号公報
【特許文献３】
特開平５−１５７００８号公報
【特許文献４】
特開２００２−１２２６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
２サイクル式の内燃機関では、排気ガスの排出について、排気行程と掃気行程とがある。排気行程は、排気弁のみを開き、排気ガスを排出する行程である。掃気行程は、排気行程の後（排気弁の開弁後）に、さらに吸気弁を開き、燃焼室内に取り入れた空気によって排気ガスを押し出す行程である。
【０００６】
２サイクル運転を行う内燃機関には、吸気管内の圧力を高めることで、掃気を速やかに行うための過給機が備えられる。一般に、内燃機関の運転中には、背圧（排気管内の圧力）に脈動が生じる。そして、掃気中に、背圧が筒内圧力（燃焼室内の圧力）よりも高いときには、背圧によって排気ガスが排気管から燃焼室に押し戻され、掃気が阻害される。このため、過給機の過給圧は、背圧による排気ガスの押し戻しを補償するように、高く設定される。このことは、内燃機関のエネルギ損失の増大を招く。
【０００７】
このような過給機の過給圧を高く設定することによるエネルギ損失の増大は、吸気弁の動作についても同様に生じる。排気行程の開始直後の筒内圧力が給気管圧力（給気管内の圧力）よりも高いときに、吸気弁を開いて掃気行程を開始すると、筒内圧力によって排気ガスが燃焼室から給気管に押し戻され、掃気が阻害されるからである。
【０００８】
また、４サイクル運転で圧縮自着火燃焼を行う内燃機関では、排気行程から吸気行程に移行するときに、燃焼室内の温度を圧縮自着火燃焼が可能な温度に維持するために、いわゆる内部ＥＧＲ（排気ガス再循環）が用いられる。内部ＥＧＲの利用は、通常、吸排気弁のバルブタイミングに、負のオーバーラップを設定することによって行われる。ここで、負のオーバーラップとは、排気行程から吸気行程に移行するときに、吸気弁と排気弁とが共に閉じている期間のことを言う。吸排気弁のバルブタイミングに負のオーバーラップを設定することによって、排気ガスの排出が抑制され、多くの内部ＥＧＲを利用することができる。しかし、この負のオーバーラップは、内燃機関の熱効率の低下を招く。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、吸排気弁の動作を個別に制御可能な内燃機関を効率よく運転することを目的とする。具体的には、過給機を備える２サイクル式の内燃機関において、過給機によるエネルギ損失を低減することを目的とする。また、圧縮自着火燃焼を行う４サイクル式の内燃機関において、負のオーバーラップによる熱効率の低下を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の第１の内燃機関は、
２サイクル式の内燃機関であって、
燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧力と、前記排気管内の圧力である背圧とに基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の排気行程および掃気行程において、前記背圧が前記筒内圧力よりも高い期間の少なくとも一部で、前記排気弁を閉じる、
【００１１】
本発明において、「内燃機関の排気行程および掃気行程において」とは、「排気弁を開けて排気行程を開始してから排気弁を閉じて掃気行程を終了するまでの期間中に」ということを意味している。したがって、排気弁は、排気行程および掃気行程において、少なくとも２回の開閉動作を行う。
【００１２】
先に説明したように、２サイクル式の内燃機関には、過給機が備えられる。本発明では、排気行程および掃気行程において、背圧が筒内圧力よりも高い期間の少なくとも一部で、排気弁を閉じるから、排気ガスが背圧によって排気管から燃焼室へ押し戻されることを抑制することができる。したがって、過給機の過給圧を従来よりも低くすることができる。この結果、過給機による内燃機関のエネルギ損失を低減することができる。
【００１３】
上記内燃機関において、
前記制御部は、さらに、前記排気行程および前記掃気行程において、前記排気弁を閉じた後、前記背圧が前記筒内圧力以下であるときに、前記排気弁を開けるようにすることが好ましい。
【００１４】
こうすることによって、排気ガスが、圧力が高い燃焼室から圧力が低い排気管に排出されるようにすることができるので、掃気を効率よく行うことができる。
【００１５】
本発明の第１の内燃機関において、排気行程の始期および掃気行程の終期のバルブタイミングを固定としたり、内燃機関の回転数および負荷に関する所定の関数によって算出したりするようにしてもよいが、
前記制御部は、さらに、
前記内燃機関の回転数および負荷と、前記排気行程の始期および前記掃気行程の終期との関係を表すマップを予め記憶する記憶部と、
前記回転数を入力する回転数入力部と、
前記負荷を入力する負荷入力部と、
前記マップを参照して、前記負荷および前記回転数に基づいて、前記始期および前記終期の前記排気弁のバルブタイミングを決定するバルブタイミング決定部と、
を備えるようにしてもよい。
【００１６】
マップに記される排気行程の始期に対応する排気弁の開弁タイミング、および、掃気行程の終期に対応する排気弁の閉弁タイミングは、例えば、クランク角で表すことができる。
【００１７】
本発明によって、上記マップを参照することによって、内燃機関の回転数および負荷に基づいて、排気行程の始期および掃気行程の終期を、柔軟かつ容易に決定することができる。
【００１８】
また、本発明の第１の内燃機関において、背圧および筒内圧力は、内燃機関の構造や運転条件に応じて、予め実験的、あるいは、解析的に求められた値などを用いるようにしてもよいが、
さらに、前記筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記背圧を検出する背圧センサと、を備え、
前記制御部は、前記筒内圧力および前記背圧を入力する圧力入力部を備えるようにすることが好ましい。
【００１９】
背圧の脈動は、運転条件や、内燃機関内の配管のレイアウトなどによって異なる。このため、複数の内燃機関について、あらゆる運転条件における背圧および筒内圧力の変化を個別に求めておくことが困難な場合がある。本発明では、筒内圧力センサおよび背圧センサによって検出された筒内圧力および背圧に基づいて、排気弁の動作を制御することができる。したがって、本発明を種々の内燃機関に容易に適用することができる。
【００２０】
上記内燃機関において、背圧が筒内圧力よりも高くなったときに、排気弁を閉じるようにしてもよいが、
前記制御部は、さらに、前記排気行程および前記掃気行程において、前記背圧の変動に基づいて、前記排気弁を閉じるタイミングを算出する算出部を備えるようにしてもよい。
【００２１】
排気弁を閉じるタイミングの算出は、例えば、背圧の変動率がマイナスからゼロになったときや、マイナスからプラスに転じたときなど、背圧が筒内圧力よりも高くなる前に行われる。また、排気行程開始後、背圧の変動率の極値の数をカウントして、所定のカウント値になったときに排気弁を閉じるタイミングを算出するようにしてもよい。背圧の変動率は、排気開始後、プラス→ゼロ→マイナス→ゼロ→プラス→・・・と変化するので、例えば、変動率が２回ゼロとなったときに、排気弁を閉じるタイミングを算出するようにすることができる。
【００２２】
本発明によって、背圧の変動を監視して、背圧が筒内圧力よりも高くなるタイミングを予測することができるので、背圧が筒内圧力よりも高くなったときには、すでに排気弁が閉じられているように、排気弁の動作を制御することができる。
【００２３】
上記内燃機関において、
前記制御部は、さらに、前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部を備え、
前記算出部は、さらに、前記回転数に基づいて、前記排気弁を閉じるタイミングを設定するようにすることが好ましい。
【００２４】
排気弁を閉じるべきタイミングは、内燃機関の回転数によって異なる。例えば、回転数が高い場合には、背圧の脈動の周期が短くなり、排気弁を閉じるべきタイミングは早くなる。本発明によって、より適切なタイミングで排気弁を閉じることができる。
【００２５】
なお、前記制御部は、前記背圧センサの出力に含まれるノイズを除去するためのローパスフィルタを備えるようにすることが好ましい。
【００２６】
こうすることによって、背圧センサのノイズによる排気弁の誤動作を防止することができる。
【００２７】
本発明の第２の内燃機関は、
２サイクル式の内燃機関であって、
給気管から燃焼室へ空気を供給するための給気弁と、
前記給気管内の圧力である給気管圧力と、前記燃焼室内の圧力である筒内圧力とに基づいて、前記給気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記筒内圧力が前記給気管圧力以下となったときに、前記内燃機関の掃気行程を開始することを要旨とする。
【００２８】
本発明では、筒内圧力が給気管圧力以下となったときに、掃気行程を開始するから、残留ガスが筒内圧力によって燃焼室から給気管へ押し戻されることを防止することができる。したがって、過給機の過給圧を従来よりも低くすることができる。この結果、過給機による内燃機関のエネルギ損失を低減することができる。
【００２９】
本発明の第２の内燃機関は、さらに、先に説明した本発明の第１の内燃機関と組み合わせることによって、内燃機関のエネルギ損失をさらに低減することができる。
【００３０】
なお、本明細書において、燃焼室に過給機を用いて空気の過給を行うことから、「給気」という文言を使用する場合があるが、これは、燃焼室内に空気を取り込むという意味において、「吸気」とほぼ同義である。
【００３１】
本発明の第３の内燃機関は、
燃焼室内に形成した混合気を圧縮して自着火させる圧縮自着火燃焼を行う４サイクル式の内燃機関であって、
前記燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧力と、前記排気管内の圧力である背圧とに基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の排気行程において、前記筒内圧力が前記背圧以上である期間の少なくとも一部で、前記排気弁を閉じることを要旨とする。
【００３２】
こうすることによって、排気行程において、排気ガスの排出を抑制することができるので、内部ＥＧＲを確保するための負のオーバーラップを、従来よりも短くすることができる。したがって、内燃機関の熱効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
上記内燃機関において、
前記制御部は、さらに、前記排気行程において、前記排気弁を閉じた後、前記筒内圧力が前記背圧以下である期間の少なくとも一部で、前記排気弁を開けるようにすることが好ましい。
【００３４】
こうすることによって、背圧による排気ガスの排気管から燃焼室への押し戻しを利用し、内部ＥＧＲの確保を容易に行うことができる。
【００３５】
本発明の第４の内燃機関は、
前記燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記排気管内の圧力である背圧を検出する背圧センサと、
前記筒内圧力および前記背圧に基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
【００３６】
この内燃機関は、２サイクル式であってもよいし、４サイクル式であってもよい。本発明では、筒内圧力と背圧とに基づいて、排気弁の動作を制御することができるので、従来のクランク角のみに基づく制御よりも内燃機関の運転効率を向上させることができる。なお、本発明の内燃機関において、制御部には、先に説明した本発明の第１ないし第３の内燃機関における種々の制御を適用可能である。
【００３７】
本発明の第１ないし第４の内燃機関において、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部と、
前記内燃機関の負荷を入力する負荷入力部と、
前記回転数および前記負荷に基づいて、前記内燃機関の運転に関する制御モードを切り換える制御モード切換部と、を備え、
前記制御モードは、
前記燃焼室内に、燃料の密度が均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、
前記密度が不均質な混合気を形成して燃焼させる成層燃焼と、
のうちのいずれかと、
前記混合気に火花を飛ばして点火する火花点火燃焼と、
前記混合気を圧縮して自着火させる圧縮自着火燃焼と、
のうちのいずれかと、
の組み合わせで決まる４つの制御モードのうちの少なくとも２つを含むようにすることができる。
【００３８】
４つの制御モードとしては、
（１）燃焼室内に燃料の密度が均質な混合気を形成し、この混合気に火花を飛ばして点火する均質火花点火燃焼と、
（２）燃焼室内に燃料の密度が均質な混合気を形成し、この混合気を圧縮して自着火させる均質圧縮自着火燃焼と、
（３）燃焼室内に燃料の密度が不均質な混合気を形成し、この混合気の燃料の密度の高い領域に火花を飛ばして点火する成層火花点火燃焼と、
（４）燃焼室内に燃料の密度が不均質な混合気を形成し、この混合気を圧縮して、燃料の密度の高い領域を自着火させる成層圧縮自着火燃焼と、
が挙げられる。
【００３９】
本発明によって、内燃機関の運転を、回転数および負荷に基づいて、より柔軟かつ効率的に行うことができる。
【００４０】
また、本発明の第１ないし第４の内燃機関において、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部と、
前記内燃機関の負荷を入力する負荷入力部と、
前記回転数および前記負荷に基づいて、前記内燃機関の運転サイクルを、２サイクルと４サイクルとの間で切り換える運転サイクル切換部と、
を備えるようにすることができる。
【００４１】
運転サイクルの切り換えは、
（１）本発明の２サイクル運転と従来の４サイクル運転との間、
（２）本発明の２サイクル運転と本発明の４サイクル運転との間、
（３）従来の２サイクル運転と本発明の４サイクル運転との間、
のいずれで行うようにしてもよい。
【００４２】
本発明によっても、内燃機関の運転を、回転数および負荷に基づいて、より柔軟かつ効率的に行うことができる。
【００４３】
本発明は、上述の内燃機関としての構成の他、内燃機関の制御方法の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．エンジンの構成：
Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．運転領域による制御モードの切り換え：
Ｂ２．２サイクル運転時の吸気弁および排気弁の駆動制御の概要：
Ｂ３．運転制御処理：
Ｂ４．排気弁駆動制御処理：
Ｂ５．吸気弁駆動制御処理：
Ｃ．第２実施例：
Ｃ１．運転領域による制御モードの切り換え：
Ｃ２．吸気弁駆動制御の概要：
Ｃ３．吸気弁駆動制御処理：
Ｄ．変形例：
【００４５】
Ａ．エンジンの構成：
図１は、本発明の一実施例としてのエンジン１０の概略構成を示す説明図である。図中には、エンジン１０の本体の構造を示すために、燃焼室１５０のほぼ中央で断面を取った様子を併せて示した。
【００４６】
図示するように、エンジン１０の本体は、シリンダブロック１４０の上部にシリンダヘッド１３０が組み付けられて構成されている。シリンダブロック１４０の内部には、円筒形のシリンダ１４２が設けられており、このシリンダ１４２の内部をピストン１４４が上下に摺動する。シリンダ１４２とピストン１４４とシリンダヘッド１３０の下面とで囲まれた空間が燃焼室１５０である。シリンダブロック１４０には、燃焼室１５０内の圧力（筒内圧力）Ｐｓを検出するための筒内圧力センサ２３が設けられている。なお、筒内圧力センサ２３は、シリンダヘッド１３０に設けてもよい。
【００４７】
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。このピストン１４４がシリンダ１４２内を上下に摺動することによって、クランクシャフト１４８を回転させ、動力を出力する。
【００４８】
シリンダヘッド１３０には、燃焼室１５０に空気を取り入れるための吸気管１２や、燃焼室１５０内の混合気に点火するための点火プラグ１３６や、燃焼室１５０内で発生した排気ガスを排出するための排気管１６などが接続されている。
【００４９】
シリンダヘッド１３０には、吸気弁１３２と排気弁１３４とが設けられている。吸気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電磁アクチュエータ１６２，１６４によって開閉する。本実施例の電磁アクチュエータ１６２，１６４は、吸気弁１３２および排気弁１３４のバルブタイミングとバルブリフト量との双方を変更可能である。電磁アクチュエータ１６２，１６４の代わりに、油圧アクチュエータなど他のアクチュエータを用いるものとしてもよい。
【００５０】
吸気管１２の上流側にはエアクリーナ２０が設けられている。このエアクリーナ２０には、空気中の異物を除去するためのフィルタが内蔵されている。吸気管１２に吸入される空気は、エアクリーナ２０を通過する際に、フィルタで異物が除去された後、燃焼室１５０内に吸入される。
【００５１】
エアクリーナ２０の下流側には、エアフローメータ３６が設けられている。このエアフローメータ３６は、吸気管１２内を流れる空気の量を検出し、その検出結果を後述するエンジン制御用ユニット３０に伝えている。
【００５２】
また、吸気管１２には、過給機５０が設けられている。過給機５０は、排気管１６内に設けられたタービン５２や、吸気管１２内に設けられたコンプレッサ５４や、タービン５２とコンプレッサ５４とを連結するシャフト５６などから構成されている。燃焼室１５０から排出された排気ガスが、排気管１６を通過する際にタービン５２を回転させると、シャフト５６を介してコンプレッサ５４が駆動され、吸気管１２内の空気が加圧される。
【００５３】
吸気管１２の過給機５０の下流には、インタークーラ６２が設けられている。インタークーラ６２は、ラジエータ６６と配管接続されており、両者間に設けられたポンプ６８によって、冷却水を循環させている。インタークーラ６２は、コンプレッサ５４によって加圧されて温度が上昇した空気を冷却する機能を有している。
【００５４】
吸気管１２には、また、インタークーラ６２と並行してインタークーラ６２をバイパスするバイパス管６２ｂが設けられている。そして、バイパス管６２ｂの吸気管１２からの分岐点には、バイパス流量調整弁６４が設けられている。バイパス流量調整弁６４は、インタークーラ６２を通る空気の量と、バイパス管６２ｂを通る空気の量とを調整する。バイパス流量調整弁６４が各管１２，６２ｂを通る空気の流量を調整することによって、燃焼室１５０内に送られる空気の温度が調節される。
【００５５】
インタークーラ６２の下流には、サージタンク１３が設けられている。サージタンク１３は、燃焼室１５０に空気を給気するときに生じる圧力波（脈動）を緩和させる機能を有している。
【００５６】
サージタンク１３の下流には、スロットル弁２２が設けられている。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ことにより、燃焼室１５０内に吸入される空気量を制御することができる。
【００５７】
また、スロットル弁２２の下流側のエンジン１０本体付近には、吸気管１２内の圧力（吸気管圧力）Ｐｉを検出するための吸気管圧力センサ２５が設けられている。
【００５８】
エンジン１０本体のシリンダヘッド１３０は、燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５は、燃焼室１５０内にガソリンを噴射する。なお、ガソリンは図示しないガソリンタンクに蓄えられており、図示しない燃料ポンプによって汲み上げられ、燃料噴射弁１５に供給されている。
【００５９】
排気管１６のエンジン１０本体付近には、排気管１６内の圧力（背圧）Ｐｅを検出するための背圧センサ２７が設けられている。
【００６０】
排気管１６には、先に説明した過給機５０が設けられている。排気管１６内を通る排気ガスが過給機５０のタービン５２を回転させて、シャフト５６を介してコンプレッサ５４を駆動する。その結果、吸気管１２の吸入空気が加圧される。また、過給機５０には、過給圧調整弁５８が設けられている。この過給圧調整弁５８は、排気によるタービン５２の回転力を調節し、吸気管１２内の空気の過給圧を調節する。この過給圧を高くすると、先に説明したように、エネルギ損失が増大することとなる。
【００６１】
排気管１６の過給機５０の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための三元触媒２６が設けられている。この三元触媒２６によって、排気ガス中に含まれる汚染物質を浄化することが可能である。
【００６２】
エンジン１０の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換素子、Ｄ／Ａ変換素子、タイマなどをバスで相互に接続して構成されたマイクロコンピュータである。このＥＣＵ３０は、本発明の制御部に相当する。
【００６３】
ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度（単位時間当たりの回転数、以下、単に回転数と呼ぶ）Ｎｅや、アクセル開度θａｃや、筒内圧力Ｐｓや、吸気管圧力Ｐｉや、背圧Ｐｅなどを入力し、これらに基づいて、吸気弁１３２や、排気弁１３４や、スロットル弁２２や、燃料噴射弁１５や、点火プラグ１３６など、エンジン１０内の各部の動作を制御する。
【００６４】
回転数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。
【００６５】
ＥＣＵ３０は、また、回転数Ｎｅおよびアクセル開度θａｃなどの運転条件に基づいて、エンジン１０の制御モードを切り換える。この切り換えには、２サイクル運転と４サイクル運転との切り換え、火花点火燃焼、圧縮自着火燃焼など燃焼方式の切り換え、均質燃焼、成層燃焼など混合気の形成方式の切り換えが含まれる。これら制御モードの切り換えは、ＥＣＵ３０が電磁駆動弁駆動回路４０を介して吸気弁１３２および排気弁１３４の動作を制御したり、燃料噴射弁１５の駆動タイミングおよび噴射量を切り換えたり、点火プラグ１３６の駆動タイミングを切り換えたりすることによって可能である。ＥＣＵ３０は、後述する制御モードマップをＲＯＭに記憶しており、この制御モードマップにしたがって制御モードを決定する。
【００６６】
Ｂ．第１実施例：
次に、第１実施例のエンジン１０の運転制御について説明する。なお、本実施例では、本発明の特徴的な部分である２サイクル運転時の吸気弁１３２および排気弁１３４の駆動制御を中心に説明し、燃料噴射弁１５や、点火プラグ１３６など他の制御については、説明を省略する。
【００６７】
Ｂ１．運転条件による制御モードの切り換え：
図２は、第１実施例における制御モードマップの一例を示す説明図である。図の横軸は、エンジン１０の回転数Ｎｅを示している。図の縦軸は、エンジン１０の負荷Ｌを示している。負荷Ｌは、アクセル開度θａｃなどに基づいて、ＥＣＵ３０によって設定される。
【００６８】
本実施例では、図示した４つの運転領域に応じて、４つの制御モードが用意されている。回転数Ｎｅが比較的高い領域Ｄでは、高速回転が容易な４サイクル運転を行う（４サイクル運転モード）。この４サイクル運転モードでは、燃焼室１５０内に空燃比が理論空燃比程度の均質な混合気を形成し、アトキンソン・サイクルの運転を行う。領域Ｄ以外の比較的回転数が低い領域Ａ，Ｂ，Ｃでは、大きなトルクを出力可能な２サイクル運転を行う。
【００６９】
２サイクル運転を行う、回転数が比較的低い領域Ａ，Ｂ，Ｃのうち、負荷Ｌが比較的低い領域Ａでは、燃焼室１５０内の一部の領域に空燃比が理論空燃比よりも高い混合気を形成し、圧縮自着火燃焼させる運転を行う（２サイクル成層リーン圧縮自着火モード）。負荷Ｌが中程度の領域Ｂでは、燃焼室１５０内に空燃比が理論空燃比よりも高く均質な混合気を形成し、圧縮自着火燃焼させる運転を行う（２サイクル均質リーン圧縮自着火モード）。また、負荷Ｌが比較的高い領域Ｃでは、燃焼室１５０内に空燃比が理論空燃比程度の均質な混合気を形成し、火花点火燃焼させる運転を行う（２サイクル均質ストイキ火花点火モード）。
【００７０】
このように、運転条件に基づいて、エンジン１０の制御モードを切り換えることによって、各制御モードの特徴を有効に用いて、エンジン１０を柔軟かつ効率的に運転することができる。
【００７１】
Ｂ２．２サイクル運転時の吸気弁および排気弁の駆動制御の概要：
図３は、２サイクル運転時の吸気弁１３２および排気弁１３４のクランク角に対するバルブタイミングを示す説明図である。図中のＴＤＣおよびＢＤＣは、それぞれピストン１４４の上死点および下死点を示している。また、ＥｘＶＯおよびＥｘＶＣは、それぞれ排気弁１３４の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを示し、ＩｎＶＯおよびＩｎＶＣは、それぞれ吸気弁１３２の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを示している。ＥｘＶＯ１など、排気弁１３４の開閉タイミングに付された数字は、１サイクル中の何回目の動作であるかを示している。例えば、ＥｘＶＯ１は、１回目の開弁タイミングであることを示している。また、排気弁１３４が開いている期間を実線矢印で示し、吸気弁１３２が開いている期間を破線矢印で示した。
【００７２】
ＥｘＶＯ１からＩｎＶＯまでは、排気行程であり、燃焼室１５０から排気ガスを排出する。ＩｎＶＯからＥｘＶＣ２までは、掃気行程であり、燃焼室１５０に過給された空気によって排気ガスを排出する。ＥｘＶＣ２からＩｎＶＣまでは、給気行程であり、燃焼室１５０に空気を過給する。ＩｎＶＣは、エンジン１０の実圧縮比を決定する。
【００７３】
なお、本実施例では、掃気行程において、従来の開閉動作とは異なり、排気弁１３４を一度閉じ、再度開ける動作を行っている（ＥｘＶＣ１，ＥｘＶＯ２）。この掃気行程中の排気弁１３４の動作タイミングは、筒内圧力Ｐｓと背圧Ｐｅとの大小関係に基づいて制御される。また、掃気行程を開始する吸気弁１３２の開弁タイミングＩｎＶＯは、筒内圧力Ｐｓと吸気管圧力Ｐｉとの大小関係に基づいて制御される。
【００７４】
図４は、筒内圧力Ｐｓ、背圧Ｐｅ、吸気管圧力Ｐｉと、排気弁１３４および吸気弁１３２の開閉動作との関係を示す説明図である。図の横軸は、クランク角θを示している。図の縦軸は、筒内圧力Ｐｓ、背圧Ｐｅ、吸気管圧力Ｐｉの圧力および各弁１３２，１３４の開閉状態を示している。図の上段に排気弁１３４および吸気弁１３２の開閉動作の様子を示し、図の下段に各圧力Ｐｓ，Ｐｅ，Ｐｉの変化の様子を示した。図の下段において、筒内圧力Ｐｓ、背圧Ｐｅ、吸気管圧力Ｐｉを、それぞれ実線、点線、一点鎖線で示した。
【００７５】
排気弁１３４について、排気行程の始期であるクランク角θ＝ａ（図３のＥｘＶＯ１）と、掃気行程の終期であるクランク角θ＝ｆ（図３のＥｘＶＣ２）とは、エンジン１０の運転条件に対応して予めマップに設定されている。また、吸気弁１３２について、給気行程の終期であるクランク角θ＝ｇ（図３のＩｎＶＣ）もエンジン１０の運転条件に対応して予めマップに設定されている。これらのマップは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記録されており、運転条件に基づいて、マップを参照することによって、読み出される。こうすることによって、運転条件に基づいて、排気行程の始期および掃気行程の終期を、柔軟かつ容易に決定することができる。これらのマップについては後述する。
【００７６】
クランク角θ＝ａにおいて、排気弁１３４が開弁されると、燃焼室１５０から排気ガスが排出されるので、筒内圧力Ｐｓが低下する。このときの排気弁１３４のバルブリフト量は、予め設定された値である。そして、筒内圧力Ｐｓが吸気管圧力Ｐｉ以下になったときに（クランク角θ＝ｂ、図３のＩｎＶＯ）、吸気弁１３２を開弁し、掃気行程を開始する。
【００７７】
こうすることによって、残留ガスが筒内圧力によって燃焼室１５０から吸気管１２に押し戻されることを防止し、吸気管１２内の空気を燃焼室１５０内に効率よく過給することができる。
【００７８】
エンジン１０の運転中、背圧Ｐｅは、図示するように、大きく脈動している。掃気開始後、背圧Ｐｅが極大値になった後、極小値になったときに（クランク角θ＝ｃ）、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以上となるクランク角θ＝ｄ（図３のＥｘＶＣ１）を、回転数Ｎｅに基づいて予測し、設定値θｓを設定する。そして、クランク角θ＝ｃ＋θｓ（＝ｄ１）において、排気弁１３４の閉弁動作を開始する。
【００７９】
こうすることによって、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓよりも高くなるときには、排気弁１３４が閉じられているようにすることができる。したがって、排気ガスが背圧によって排気管１６から燃焼室１５０に押し戻されることを抑制することができる。
【００８０】
なお、本実施例では、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以上になる前に排気弁１３４の閉弁を開始するものとしたが、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以上になってから開弁を開始するようにしてもよい。また、本実施例では、回転数Ｎｅに基づいて、設定値θｓを変更するものとしたが、設定値θｓを回転数Ｎｅによらず固定としてもよい。
【００８１】
次に、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以下になったときに（クランク角θ＝ｅ、図３のＥｘＶＯ２）、排気弁１３４を開弁する。
【００８２】
こうすることによって、排気ガスが、圧力が高い燃焼室１５０から圧力が低い排気管１６に排出されるようにすることができるので、掃気を効率よく行うことができる。なお、このときの排気弁１３４のリフト量は、排気弁１３４の動作速度や、掃気行程の終期（クランク角θ＝ｆ）や、排気ガスの排出量などに基づいて設定される。
【００８３】
次に、排気弁１３４は、クランク角θ＝ｆにおいて、閉じられているように、クランク角θ＝ｆ１において、閉弁動作が開始される。
【００８４】
また、吸気弁１３２は、クランク角θ＝ｇにおいて、閉じられているように、クランク角θ＝ｇ１において、閉弁動作が開始される。
【００８５】
Ｂ３．運転制御処理：
図５は、エンジン１０の運転制御処理の流れを示すフローチャートである。ＥＣＵ３０のＣＰＵが実行する処理である。
【００８６】
まず、ＣＰＵは、回転数Ｎｅおよび負荷Ｌを取得する（ステップＳ１００）。負荷Ｌは、先に説明したように、アクセル開度θａｃなどに基づいて設定される。次に、図２に示した制御モードマップを参照して（ステップＳ１１０）、回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに基づいて、制御モードの設定を行う（ステップＳ１２０）。
【００８７】
そして、ステップＳ１２０において設定された制御モードに基づき、バルブ駆動制御を行う（ステップＳ２００）。このバルブ駆動制御では、排気弁駆動制御処理（ステップＳ３００）および吸気弁駆動制御処理（ステップＳ４００）を行う。そして、エンジン１０を停止するか否かを、イグニションキーの状態などに基づいて判断し（ステップＳ５００）、エンジン１０を停止しないと判断した場合には、ステップＳ１００に戻る。エンジン１０を停止すると判断した場合には、運転制御処理を終了する。
【００８８】
なお、ＣＰＵは、以上の制御と並行して、燃料噴射弁１５や、点火プラグ１３６や、スロットル弁２２などの制御も行う。これらの制御についての説明は省略する。
【００８９】
Ｂ４．排気弁駆動制御処理：
図６ないし８は、図５のステップＳ３００における排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００９０】
まず、ＣＰＵは、排気行程の開始タイミング（ＥｘＶＯ１）、および、掃気行程の終了タイミング（ＥｘＶＣ２）が設定されたマップを参照する（ステップＳ３０５）。図中のステップＳ３０５の枠内にマップの一例を示した。図示した例では、回転数Ｎｅ＝Ｎｅ１、負荷Ｌ＝Ｌ１のときに、ＥｘＶＯ１は、クランク角θ＝ａであり、ＥｘＶＣ２は、クランク角θ＝ｆであることを示している。
【００９１】
次に、回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに基づいて、ＥｘＶＯ１およびＥｘＶＣ２を設定する（ステップＳ３１０）。そして、排気弁１３４の開弁タイミング（ＥｘＶＯ１）になったら（ステップＳ３１５）、排気弁１３４を開弁する（ステップＳ３２０）。
【００９２】
次に、背圧Ｐｅおよびクランク角θを順次取得し（ステップＳ３２５）、クランク角θに対する背圧Ｐｅの変化率ｄＰｅ／ｄθを順次算出する（ステップＳ３３０）。背圧Ｐｅの取得時には、背圧Ｐｅに含まれるノイズを除去するためのフィルタリング処理も行う。そして、ｄＰｅ／ｄθがマイナスからゼロ、あるいはプラスに転じ、背圧Ｐｅが極小値をとると（ステップＳ３３５）、図４を用いて説明したように、回転数Ｎｅに対応した設定値θｓを設定し、排気弁１３４の閉弁開始タイミング（図４のクランク角θ＝ｄ１）の設定を行う（ステップＳ３４０）。背圧Ｐｅは、上昇した後に下降し、再び上昇するから、ｄＰｅ／ｄθがゼロになった回数をカウントし、ｄＰｅ／ｄθが２回ゼロになったときに、排気弁１３４の閉弁開始タイミングの設定を行うようにしてもよい。そして、この閉弁開始タイミングになったら（ステップＳ３４５）、排気弁１３４を閉弁する（ステップＳ３５０）。
【００９３】
次に、背圧Ｐｅおよび筒内圧力Ｐｓを順次取得し（ステップＳ３５５）、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以下になったら（ステップＳ３６０）、排気弁１３４を開弁する（ステップＳ３６５）。そして、掃気行程の終了タイミングＥｘＶＣ２において、掃気行程が終了するように、排気弁１３４の閉弁開始タイミング（例えば、図４のクランク角θ＝ｆ１）を設定し、この閉弁タイミングになったら（ステップＳ３７０）、排気弁１３４を閉弁する（ステップＳ３７５）。
【００９４】
Ｂ５．吸気弁駆動制御処理：
図９は、図５のステップＳ４００における吸気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００９５】
まず、ＣＰＵは、給気行程の終了タイミング（ＩｎＶＣ）が設定されたマップを参照する（ステップＳ４１０）。図中のステップＳ４１０の枠内にマップの一例を示した。図示した例では、回転数Ｎｅ＝Ｎｅ１、負荷Ｌ＝Ｌ１のときに、ＩｎＶＣは、クランク角θ＝ｇであることを示している。そして、ＩｎＶＣにおいて、給気行程が終了するように、吸気弁１３２の閉弁開始タイミング（例えば、図４のクランク角θ＝ｇ１）を設定する（ステップＳ４２０）。
【００９６】
次に、筒内圧力Ｐｓおよび吸気管圧力Ｐｉを取得し（ステップＳ４３０）、筒内圧力Ｐｓが吸気管圧力Ｐｉ以下になったら（ステップＳ４４０）、吸気弁１３２を開弁する（ステップＳ４５０）。
【００９７】
そして、ステップＳ４２０において設定した閉弁開始タイミングになったら（ステップＳ４６０）、吸気弁１３２を閉弁する（ステップＳ４７０）。
【００９８】
以上説明した第１実施例のエンジン１０によれば、排気行程および掃気行程において、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓよりも高い期間で、排気弁１３４を閉じるから、排気ガスが背圧によって排気管１６から燃焼室１５０へ押し戻されることを抑制することができる。また、筒内圧力Ｐｓが吸気管圧力Ｐｉ以下となったときに、掃気行程を開始するから、残留ガスが筒内圧力によって燃焼室１５０から吸気管１２へ押し戻されることを防止することができる。したがって、過給機５０の過給圧を従来よりも低くすることができる。この結果、過給機５０による内燃機関のエネルギ損失を低減することができる。
【００９９】
Ｃ．第２実施例：
第１実施例では、エンジン１０の運転条件に応じて２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えた。第２実施例では、４サイクル運転のみを行い、２サイクル運転を行わない。ただし、４サイクル運転を行いつつ、エンジン１０の制御モードの切り換えを行う。第２実施例における制御モードの切り換えには、火花点火燃焼、圧縮自着火燃焼など燃焼方式の切り換え、均質燃焼、成層燃焼など混合気の形成方式の切り換えが含まれる。エンジン１０の構成は、第１実施例と同じである。
【０１００】
Ｃ１．運転条件による制御モードの切り換え：
図１０は、第２実施例における制御モードマップの一例を示す説明図である。第２実施例では、全ての運転条件において、４サイクル運転を行う。
【０１０１】
本実施例では、図示した３つの運転領域に応じて、３つの制御モードが用意されている。回転数Ｎｅが比較的低く、負荷Ｌが比較的低い領域Ａでは、燃焼室１５０内の一部の領域に空燃比が理論空燃比よりも高い混合気を形成し、火花点火燃焼させる運転を行う（４サイクル成層リーン火花点火モード）。回転数Ｎｅが比較的低く、負荷Ｌが中程度の領域Ｂでは、燃焼室１５０内に空燃比が理論空燃比よりも高く均質な混合気を形成し、圧縮自着火燃焼させる運転を行う（４サイクル均質リーン圧縮自着火モード）。回転数Ｎｅが比較的高い、あるいは、負荷Ｌが比較的高い領域Ｃでは、燃焼室１５０内に空燃比が理論空燃比程度の均質な混合気を形成し、アトキンソン・サイクルの運転を行う（均質ストイキ・アトキンソン・モード）。
【０１０２】
このように、運転条件に基づいて、エンジン１０の制御モードを切り換えることによって、各制御モードの特徴を有効に用いて、エンジン１０を柔軟かつ効率的に運転することができる。
【０１０３】
Ｃ２．排気弁の駆動制御の概要：
以下、本発明の特徴的な部分である４サイクル均質リーン圧縮自着火モードにおける排気弁１３４の駆動制御について説明し、他の制御については説明を省略する。
【０１０４】
図１１は、４サイクル均質リーン圧縮自着火モードにおける吸気弁１３２および排気弁１３４のクランク角に対するバルブタイミングを示す説明図である。４サイクル均質リーン圧縮自着火モードのときには、内部ＥＧＲを利用して、燃焼室１５０内の温度を圧縮自着火燃焼が可能な温度に維持するために、いわゆる負のオーバーラップが設定される。負のオーバーラップとは、排気行程から吸気行程に移行するときに、吸気弁１３２と排気弁１３４とが共に閉じている期間のことを言う。この負のオーバーラップは、エンジン１０の熱効率の低下を招く。
【０１０５】
本実施例では、排気行程において、従来の開閉動作とは異なり、排気弁１３４を一度閉じ、再度開ける動作を行っている（ＥｘＶＣ１，ＥｘＶＯ２）。この排気行程中の排気弁１３４の動作タイミングは、筒内圧力Ｐｓと背圧Ｐｅとの大小関係に基づいて制御される。
【０１０６】
図１２は、排気行程中の筒内圧力Ｐｓおよび背圧Ｐｅと、排気弁１３４の開閉動作との関係を示す説明図である。図の横軸は、クランク角θを示している。図の縦軸は、筒内圧力Ｐｓ、背圧Ｐｅの圧力および排気弁１３４の開閉状態を示している。図の上段に排気弁１３４の開閉動作の様子を示し、図の下段に各圧力Ｐｓ，Ｐｅの変化の様子を示した。図の下段において、筒内圧力Ｐｓ、背圧Ｐｅを、それぞれ実線、点線で示した。
【０１０７】
排気行程の始期であるクランク角θ＝ａ（図１１のＥｘＶＯ１）と、排気行程中に排気弁１３４を一度閉じるタイミングであるクランク角θ＝ｂ（図１１のＥｘＶＣ１）と、排気行程の終期であるクランク角θ＝ｅ（図１１のＥｘＶＣ２）とは、エンジン１０の運転条件に対応して予めマップに設定されている。これらのマップは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記録されており、運転条件に基づいて、マップを参照することによって、読み出される。
【０１０８】
まず、クランク角θ＝ａにおいて、排気弁１３４が開弁される。そして、クランク角θ＝ｂにおいて排気弁１３４が閉じているように、クランク角θ＝ｂ１において、排気弁１３４の閉弁動作を開始する。排気行程中に排気弁１３４を閉弁するタイミングＥｘＶＣ１は、任意に設定可能である。
【０１０９】
そして、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓよりも低い間、排気弁１３４を閉じたままにする。こうすることによって、燃焼室内１５０内の排気ガスが排出されることを抑制することができる。
【０１１０】
次に、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以上となったら、排気弁１３４を開弁する。こうすることによって、背圧によって排気管１６から燃焼室１５０に押し戻される排気ガスを利用することができる。
【０１１１】
次に、排気弁１３４は、クランク角θ＝ｅにおいて、閉じられているように、クランク角θ＝ｅ１において、閉弁動作が開始される。
【０１１２】
Ｃ３．排気弁駆動制御処理：
図１３および図１４は、第２実施例における排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、第２実施例におけるエンジン１０の運転制御処理は、第１実施例と同じである。
【０１１３】
まず、ＥＣＵ３０のＣＰＵは、排気行程の開始タイミング（ＥｘＶＯ１）と、排気行程中に排気弁１３４を一度閉じるタイミング（ＥｘＶＣ１）と、排気行程の終了タイミング（ＥｘＶＣ２）とが設定されたマップを参照する（ステップＳ３０５ａ）。ステップＳ３０５ａの枠内にマップの一例を示した。そして、ＥｘＶＯ１，ＥｘＶＣ１，ＥｘＶＣ２を設定する（ステップＳ３１０ａ）。このとき、ＥｘＶＣ１，ＥｘＶＣ２において、排気弁１３４が閉じているようにするための閉弁開始タイミング（図１２のクランク角θ＝ｂ１，ｅ１）の設定も行う。
【０１１４】
そして、排気行程の開始タイミング（ＥｘＶＯ１）になったら（ステップＳ３１５ａ）、排気弁１３４を開弁する（ステップＳ３２０ａ）。さらに、排気弁１３４の閉弁開始タイミング（例えば、図１２のクランク角θ＝ｂ１）になったら（ステップＳ３２５ａ）、排気弁１３４を閉弁する（ステップＳ３３０ａ）。
【０１１５】
次に、筒内圧力Ｐｓおよび背圧Ｐｅを取得し（ステップＳ３３５ａ）、背圧Ｐｅが筒内圧力Ｐｓ以上になったら（ステップＳ３４０ａ）、排気弁１３４を開弁する（ステップＳ３４５ａ）。
【０１１６】
そして、排気弁１３４の閉弁開始タイミングになったら（ステップＳ３５０ａ）、排気弁１３４を閉弁する（ステップＳ３５５ａ）。
【０１１７】
以上説明した第２実施例のエンジン１０によれば、４サイクル均質リーン圧縮自着火モードのときに、排気行程において、筒内圧力Ｐｓが背圧Ｐｅ以上である期間で、排気弁１３４を閉じるので、排気ガスの排出を抑制することができる。また、筒内圧力Ｐｓが背圧Ｐｅ以下となったときに、排気弁１３４を開けるので、背圧による排気ガスの排気管１６から燃焼室１５０への押し戻しを利用し、内部ＥＧＲの確保を容易に行うことができる。したがって、先に説明した負のオーバーラップを従来よりも短くすることができる。この結果、エンジン１０の熱効率の低下を抑制することができる。
【０１１８】
Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【０１１９】
Ｄ１．変形例１：
上記第１実施例では、２サイクル運転時に、排気行程および掃気行程において、排気弁１３４は、２回の開閉動作を行うものとしたが、背圧Ｐｅ、筒内圧力Ｐｓ、吸気管圧力Ｐｉに基づいて、３回以上行うようにしてもよい。
【０１２０】
また、上記第２実施例では、４サイクル均質リーン圧縮自着火モードのときに、排気行程において、排気弁１３４は、２回の開閉動作を行うものとしたが、背圧Ｐｅ、筒内圧力Ｐｓに基づいて、３回以上行うようにしてもよい。
【０１２１】
Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、エンジン１０の運転中に、各圧力センサ２３，２５，２７によって検出された値に基づいて、排気弁１３４あるいは吸気弁１３２の駆動制御を行うものとしたが、これに限られない。実験的、あるいは、解析的に予め求められた圧力に基づいて、予め各弁１３２，１３４の開閉タイミングを設定しておくようにしてもよい。
【０１２２】
Ｄ３．変形例３：
上記第１実施例では、排気弁１３４の駆動制御と吸気弁１３２の駆動制御との双方に本発明を適用するものとしたが、いずれか一方にのみ適用するようにしてもよい。
【０１２３】
Ｄ４．変形例４：
上記第２実施例では、４サイクル均質リーン圧縮自着火モードのときに、本発明を適用するものとしたが、圧縮自着火燃焼で４サイクル運転する他の内燃機関にも適用可能である。
【０１２４】
Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、第１実施例においては、４つの制御モードを用意し、また、第２実施例では、３つの制御モードを用意して、運転条件に応じて制御モードを切り換えるものとしたが、これに限られない。本発明の制御方法を適用した制御モードを含む少なくとも２つの制御モードを用意して、各制御モード間で切り換えるものとすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例における制御モードマップの一例を示す説明図である。
【図３】２サイクル運転時の吸気弁および排気弁のクランク角に対するバルブタイミングを示す説明図である。
【図４】筒内圧力、背圧、吸気管圧力と、排気弁および吸気弁の開閉動作との関係を示す説明図である。
【図５】エンジンの運転制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】吸気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】第２実施例における制御モードマップの一例を示す説明図である。
【図１１】４サイクル均質リーン圧縮自着火モードにおける吸気弁および排気弁のクランク角に対するバルブタイミングを示す説明図である。
【図１２】排気行程中の筒内圧力および背圧と、排気弁の開閉動作との関係を示す説明図である。
【図１３】第２実施例における排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】第２実施例における排気弁駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…吸気管
１３…サージタンク
１５…燃料噴射弁
１６…排気管
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２３…筒内圧力センサ
２４…電動アクチュエータ
２５…吸気管圧力センサ
２６…三元触媒
２７…背圧センサ
３０…エンジン制御用ユニット
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
３６…エアフローメータ
４０…電磁駆動弁駆動回路
５０…過給機
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
５８…過給圧調整弁
６２…インタークーラ
６２ｂ…バイパス管
６４…バイパス流量調整弁
６６…ラジエータ
６８…ポンプ
１３０…シリンダヘッド
１３２…吸気弁
１３４…排気弁
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１５０…燃焼室
１６２，１６４…電磁アクチュエータ
Ｎｅ…回転数
Ｌ…負荷
Ｐｅ…背圧
Ｐｉ…吸気管圧力
Ｐｓ…筒内圧力

Claims (17)

1. ２サイクル式の内燃機関であって、
   燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
   前記燃焼室内の圧力である筒内圧力と、前記排気管内の圧力である背圧とに基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記内燃機関の排気行程および掃気行程において、前記背圧が前記筒内圧力よりも高い期間の少なくとも一部で、前記排気弁を閉じる、
   内燃機関。
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記制御部は、さらに、前記排気行程および前記掃気行程において、前記排気弁を閉じた後、前記背圧が前記筒内圧力以下であるときに、前記排気弁を開ける、
   内燃機関。
3. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記制御部は、さらに、
   前記内燃機関の回転数および負荷と、前記排気行程の始期および前記掃気行程の終期との関係を表すマップを予め記憶する記憶部と、
   前記回転数を入力する回転数入力部と、
   前記負荷を入力する負荷入力部と、
   前記マップを参照して、前記負荷および前記回転数に基づいて、前記始期および前記終期の前記排気弁のバルブタイミングを決定するバルブタイミング決定部と、
   を備える内燃機関。
4. 請求項１記載の内燃機関であって、さらに、
   前記筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
   前記背圧を検出する背圧センサと、を備え、
   前記制御部は、前記筒内圧力および前記背圧を入力する圧力入力部を備える、
   内燃機関。
5. 請求項４記載の内燃機関であって、
   前記制御部は、さらに、前記排気行程および前記掃気行程において、前記背圧の変動に基づいて、前記排気弁を閉じるタイミングを算出する算出部を備える、
   内燃機関。
6. 請求項５記載の内燃機関であって、
   前記制御部は、さらに、前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部を備え、
   前記算出部は、さらに、前記回転数に基づいて、前記排気弁を閉じるタイミングを設定する、
   内燃機関。
7. 請求項５記載の内燃機関であって、
   前記制御部は、前記背圧センサの出力に含まれるノイズを除去するためのローパスフィルタを備える、
   内燃機関。
8. ２サイクル式の内燃機関であって、
   給気管から燃焼室へ空気を供給するための給気弁と、
   前記給気管内の圧力である給気管圧力と、前記燃焼室内の圧力である筒内圧力とに基づいて、前記給気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記筒内圧力が前記給気管圧力以下となったときに、前記内燃機関の掃気行程を開始する、
   内燃機関。
9. 燃焼室内に形成した混合気を圧縮して自着火させる圧縮自着火燃焼を行う４サイクル式の内燃機関であって、
   前記燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
   前記燃焼室内の圧力である筒内圧力と、前記排気管内の圧力である背圧とに基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記内燃機関の排気行程において、前記筒内圧力が前記背圧以上である期間の少なくとも一部で、前記排気弁を閉じる、
   内燃機関。
10. 請求項９記載の内燃機関であって、
    前記制御部は、さらに、前記排気行程において、前記排気弁を閉じた後、前記筒内圧力が前記背圧以下である期間の少なくとも一部で、前記排気弁を開ける、
    内燃機関。
11. 内燃機関であって、
    前記燃焼室からの排気ガスを排気管に排出するための排気弁と、
    前記燃焼室内の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
    前記排気管内の圧力である背圧を検出する背圧センサと、
    前記筒内圧力および前記背圧に基づいて、前記排気弁の動作を制御する制御部と、
    を備える内燃機関。
12. 請求項１、８、９、１１のいずれかに記載の内燃機関であって、
    前記制御部は、
    前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部と、
    前記内燃機関の負荷を入力する負荷入力部と、
    前記回転数および前記負荷に基づいて、前記内燃機関の運転に関する制御モードを切り換える制御モード切換部と、を備え、
    前記制御モードは、
    前記燃焼室内に、燃料の密度が均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼と、
    前記密度が不均質な混合気を形成して燃焼させる成層燃焼と、
    のうちのいずれかと、
    前記混合気に火花を飛ばして点火する火花点火燃焼と、
    前記混合気を圧縮して自着火させる圧縮自着火燃焼と、
    のうちのいずれかと、
    の組み合わせで決まる４つの制御モードのうちの少なくとも２つを含む、
    内燃機関。
13. 請求項１、８、９、１１のいずれかに記載の内燃機関であって、
    前記制御部は、
    前記内燃機関の回転数を入力する回転数入力部と、
    前記内燃機関の負荷を入力する負荷入力部と、
    前記回転数および前記負荷に基づいて、前記内燃機関の運転サイクルを、２サイクルと４サイクルとの間で切り換える運転サイクル切換部と、
    を備える内燃機関。
14. ２サイクル式の内燃機関を制御する制御方法であって、
    前記内燃機関の排気行程および掃気行程において、排気管内の圧力が燃焼室内の圧力よりも高い期間の少なくとも一部で、排気弁を閉じる工程を備える、
    制御方法。
15. ２サイクル式の内燃機関を制御する制御方法であって、
    燃焼室内の圧力が給気管内の圧力以下となったときに、前記内燃機関の掃気行程を開始する工程を備える、
    制御方法。
16. 燃焼室内に形成した混合気を圧縮して自着火させる圧縮自着火燃焼を行う４サイクル式の内燃機関を制御する制御方法であって、
    前記内燃機関の排気行程において、燃焼室内の圧力が排気管内の圧力以上である期間の少なくとも一部で、排気弁を閉じる工程を備える、
    制御方法。
17. 内燃機関を制御する制御方法であって、
    燃焼室内の圧力である筒内圧力を取得する工程と、
    前記排気管内の圧力である背圧を取得する工程と、
    前記筒内圧力および前記背圧に基づいて、排気弁の動作を制御する工程と、
    を備える制御方法。

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