JP2005069076A - ２サイクルの内燃機関の動弁機構を制御するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２サイクルエンジンにおいて、掃気効率を高レベルに維持しながら、Ｎｏｘ排出を増加させることなく、エンジン出力を制御する。
【解決手段】シリンダの頂部に吸気弁を備え、シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置が提供される。制御装置は、シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを排気ポートを介して排気するように、吸気弁を開き、新気を該シリンダ全体に供給する。その後、制御装置は、シリンダ全体にわたって新気を供給した後に該新気を所定量まで減らすように、ピストンが排気ポートを閉じるタイミングよりも遅いタイミングで吸気弁を閉じる。掃気効率を高レベルに維持しながら、燃焼に使用する新気の量を、吸気弁を閉じるタイミングにより制御することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、２サイクルの内燃機関の動弁機構を制御する装置に関する。

２サイクルエンジンは、クランク軸が１回転するごとに１回の燃焼を行うので、エンジン出力を増大させることができる。

２サイクルエンジンでは、燃焼室に新気を導入するのに先立って、燃焼室に残っているガスを掃気する必要がある。掃気の効率が悪いと、燃焼室に残留するガスにより、次の燃焼が不安定になり、燃焼室に吸入することのできる新気の量が減る。掃気の効率を向上させるため、シリンダの頂部に吸気弁を設け、シリンダの底部に排気ポートを設けた２サイクルエンジンが知られている。このような構成にすると、排気ポートの開口面積を大きくすることができるので、掃気効率を向上させることができる。

このような構成の２サイクルエンジンにおいて、ターボチャージャを設けたものが提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。排気ポートは、ピストンの移動により開閉され、吸気弁は、カムシャフトにより開閉される。ピストンが上死点後１１０°の地点に達したとき、排気ポートは開く。排気行程は、ピストンが、上死点後約１１０°から下死点後約８０°まで続く。吸気弁は、ピストンが下死点に達したときに開かれる。排気行程と吸気行程が重なっている間に、ターボチャージャにより加圧された空気が、燃焼室内に残っているガスを排気ポートを介して押し出す。こうして、新気と残留ガスとがスムーズに入れ替えられるようにする。

一方、所定の運転領域において圧縮着火燃焼を行う手法が知られている（たとえば、特許文献２）。このような圧縮着火燃焼では、吸気行程で燃料を噴射し、気筒内に均一な混合気を形成する。圧縮行程において、均一混合気は圧縮熱により活性化し、自己着火する。圧縮着火燃焼によれば、ＮＯｘを増やすことなく、リーンな空燃比でエンジンを運転することができる。

２サイクルエンジンにおける圧縮着火燃焼として、ＡＲ（Activated Radical）燃焼が提案されている。ＡＲ燃焼では、排気ポートに、排気ポートの開度を調節する機構を設け、混合気の燃焼後にシリンダ内に残すガス量を調整する。
特公平５−２４３３０号公報 特開２００１−３８００号公報

２サイクルエンジンにおいて、掃気効率を向上させると、燃焼室全体に新気が吸入される。新気の量を調整することができないので、エンジン出力の制御が困難なものとなる。特にエンジンの負荷が低いときは、過度にリーンな空燃比で混合気が燃焼する。このようなリーン燃焼は、ＮＯｘを増大させるおそれがある。

２サイクルエンジンにおいても、ＮＯｘを抑制するため、安定した圧縮着火燃焼の実現が望まれている。しかしながら、排気ポートの開度を調節する機構を該排気ポートに設ける従来の手法によると、排気ポートを通過するガスが高温であるために、該排気ポートの開度を調節する機構の耐久性が乏しいという問題がある。

したがって、掃気効率を高レベルに維持しながら、エンジン出力を安定的に制御することができ、かつＮＯｘを低減することができる２サイクルエンジンの制御装置が必要とされている。また、掃気効率を高レベルに維持しながら、圧縮着火燃焼を安定的に実施することのできる２サイクルエンジンの制御装置が必要とされている。

この発明の一つの側面によると、シリンダの頂部に吸気弁を備え、該シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置が提供される。該制御装置は、シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを排気ポートを介して排気するように、吸気弁を開き、新気を該シリンダ全体に供給する。シリンダ全体にわたって新気を供給した後、制御装置は、該新気を所定量まで減らすように、ピストンが排気ポートを閉じるタイミングよりも遅いタイミングで吸気弁を閉じる（遅閉じと呼ばれる）。

この発明によれば、掃気効率を高レベルに維持しながら、燃焼に使用する新気の量を、吸気弁を閉じるタイミングにより制御することができる。新気の量を制御することができるので、所望のエンジン出力を生成することができる。エンジンが低負荷であるときでも、理論空燃比で混合気を燃焼することが可能となり、よって燃焼が安定し、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

この発明の他の側面によると、シリンダの頂部に吸気弁を備え、該シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置が提供される。該制御装置は、シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを排気ポートを介して排気するように、吸気弁を開き、新気を該シリンダに供給する。その後、制御装置は、シリンダ内に所定量のガスを残し、該ガスが、該シリンダに供給された新気と混合するように、ピストンが排気ポートを閉じるタイミングよりも早いタイミングで吸気弁を閉じる（早閉じと呼ばれる）。

この発明によれば、吸気弁を閉じるタイミングにより、圧縮着火燃焼に必要なガスを燃焼室に残すことができる。圧縮着火燃焼を実現することができるので、ＮＯｘの排出を抑制することができる。また、掃気動作とピストンの移動により、新気と残留ガスとが均質に混合されるので、圧縮着火燃焼を安定させることができる。排気ポートに、該排気ポートの開度を制御する機構を必要としないので、２サイクルエンジンの耐久性を向上させることができる。さらに、吸気弁を閉じるタイミングにより、新気の量を制御することができるようになり、よってエンジン出力を制御することができる。

この発明の他の側面によると、制御装置は、さらに、エンジンの運転状態に応じて、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切り換える手段を備える。火花点火燃焼では、シリンダ内全体にわたって新気を供給した後に該新気を所定量まで減らすように、ピストンが排気ポートを閉じるタイミングよりも遅いタイミングで吸気弁を閉じる（遅閉じ）。圧縮着火燃焼では、シリンダ内に所定量のガスを残し、該ガスが、該シリンダに供給された新気と混合するように、ピストンが排気ポートを閉じるタイミングよりも早いタイミングで吸気弁を閉じる（早閉じ）。

この発明によれば、火花点火燃焼では、吸気弁の遅閉じ動作により、燃焼室に残す新気の量が制御され、圧縮着火燃焼では、吸気弁の早閉じ動作により、燃焼室に残すガスの量および新気の量が制御される。火花点火燃焼により、エンジンが低負荷の時の燃焼を安定化させることができ、圧縮着火燃焼により、燃費を向上させ、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

この発明の他の側面によると、２サイクルエンジンは、さらに、電気的に駆動される過給機を備える。制御装置は、さらに、シリンダ内に残留するガスを排気することができるように、目標過給圧を設定する。現在の過給圧が目標過給圧に収束するように、応答指定型制御を用いて、過給機を駆動するための指令値が算出される。

この発明によれば、過給により掃気効率を高めることができる。応答指定型制御を用いることにより、過給圧を安定的に目標値に収束させることができる。過給圧の制御性が向上するので、エンジンの燃焼形態が火花点火燃焼と圧縮着火燃焼との間で切り換えられるとき、エンジン出力に大きな変動が生じることを回避することができる。

この発明の他の側面によると、２サイクルエンジンは、さらに、前記吸気弁の上流側にスロットル弁を備える。制御装置は、吸気弁を開閉する手段および過給機のいずれかの故障を検知した場合には、スロットル弁を制御して吸入空気量を制御する。

この発明によれば、吸気弁を開閉する手段および過給機のいずれかに故障が生じた場合であっても、車両を走行させることができる。

内燃機関および制御装置の構成
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、２サイクルのエンジンおよび制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。

エンジン２は、２サイクルエンジンである。エンジン２には、吸気弁３と、排気ポート４が設けられている。吸気弁３は、シリンダ５の頂部に設けられており、排気ポート４は、シリンダ５の底部に設けられている。シリンダ５の底部に設けることにより、排気ポート４の開口面積を大きくすることができる。吸気弁３と排気ポート４のこのような配置により、掃気する時にシリンダ内の気体の流れが、矢印６に示されるように一方向になり、高い掃気効率を達成することができる。

吸気弁３は、自在バルブタイミング機構７によって駆動される。吸気弁３は、ピストンが上死点後１４０〜１５０°に達したとき、自在バルブタイミング機構７によって開かれる。自在バルブタイミング機構７の詳細は、後述される。排気ポート４は、ピストン８の移動により開閉される。排気ポート４は、ピストン８が上死点後１４０°〜１５０°に達した時、開き始める。排気ポート４は、ピストン８が下死点後３０°〜４０°に達した時、完全に閉じられる。

点火プラグ１０と燃料噴射弁１１は、シリンダ５の頂部に設けられている。点火プラグ１０は、ＥＣＵ１からの制御信号に従い、混合気に火花を飛ばす。燃料噴射弁１１は、ＥＣＵ１からの制御信号に従い、燃料室９に燃料を直接噴射する。

ターボチャージャ（ターボ過給機）１５は、吸気通路１２に設けられたコンプレッサ１６と、排気通路１３に設けられたタービン１７と、コンプレッサ１６およびタービン１７を連結する回転軸１８を備える。タービン１７は、排気ガスのエネルギーにより回転駆動される。タービン１７の回転によりコンプレッサ１６が回転し、コンプレッサ１６は、圧縮した空気を生成する。

電動スーパーチャージャ（電動式過給機）１９のコンプレッサ２０が、吸気通路１２をバイパスする通路２２に設けられている。コンプレッサ２０は、電動機２１によって回転駆動される。コンプレッサ２０の回転により、圧縮した空気が生成される。電動機２１は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って電力供給を受け、該電力供給に従ってコンプレッサ２０を回転する。

吸気通路１２には過給バルブ２３が設けられている。過給バルブ２３は一方向弁であり、過給が実施されている時に閉じるよう構成されている。このバルブ２３により、コンプレッサ２０によって圧縮された空気が、吸気通路１２を逆流することが防止される。

エンジンの負荷が低いときは、排気ガスのボリュームが低下するので、ターボスーパーチャージャによって生成される過給圧が目標過給圧に対して不足するおそれがある。このような状態において、過給圧が目標過給圧に達するよう、電動スーパーチャージャによって過給が実施される。

この実施例では、ターボスーパーチャージャのコンプレッサ１６は、電動スーパーチャージャのコンプレッサ２０の下流に設けられている。代替的に、コンプレッサ１６を、コンプレッサ２０の上流に設けてもよい。

他の実施形態では、電動スーパーチャージャのみを設けてもよい。この場合、過給圧が目標過給圧に達するよう、ＥＣＵ１は電動機２１を制御する。

吸気通路１２にはスロットル弁２６が設けられ、スロットル弁２６の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御される。スロットル弁２６の開度を制御することにより、エンジン２に吸入される空気量を制御することができる。

スロットル弁２６の上流には、過給圧（Ｐｃ）センサ２５が設けられる。過給圧センサ２５は、コンプレッサ１６および２０により生成された加圧された空気の圧力、すなわち過給圧Ｐｃを検出し、これをＥＣＵ１に送る。

スロットル弁２６の下流には、吸気管圧力（Ｐｂ）センサ２８が設けられている。吸気管圧力センサ２８は、チェンバ２７に充填された空気の圧力Ｐｂを検出し、それをＥＣＵ１に送る。エアフローメータ２９は、チェンバ２７に吸入される空気の量を検出し、それをＥＣＵ１に送る。

エンジン２に連結された排気通路１３には、電動ウエストゲートバルブ３０が設けられている。電動ウエストゲートバルブ３０は、ＥＣＵ１からの制御信号に従い、バイパス通路３１を開閉する。

ウエストゲートバルブ３０の開度を大きくするほど、バイパス通路３１に流入する排ガス量が増える。バイパス通路３１に流入する排ガス量が多くなるほど、タービン１７の回転が抑えられ、コンプレッサ１６によって生成される過給圧が低くなる。

排気通路１３には、触媒装置３２が設けられている。触媒装置３２は、排気通路１３を通る排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分を浄化する。

スロットル弁開度センサ３３は、スロットル弁２６に連結して設けられる。スロットル弁開度センサ３３は、スロットル弁２６の開度を検出して、それをＥＣＵ１に送る。

回転数（Ｎｅ）センサ３４は、エンジン２のカム軸またはクランク軸の周辺に取り付けられる。回転数センサ３４によって検出されたエンジン回転数ＮＥは、ＥＣＵ１に送られる。

アクセルペダル開度センサ３５は、アクセルペダルの開度ＡＰを検出し、それをＥＣＵ１に送る。

ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、制御信号を生成する。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、自在バルブタイミング機構７、点火プラグ１０、燃料噴射部弁１１、電動機２１、スロットル弁２６，電動ウエストゲートバルブ３０、およびその他のアクチュエータに送る。

自在バルブタイミング機構
図２を参照して、自在バルブタイミング機構７を説明する。本願発明の２サイクルエンジンにおいて、吸気弁３は、自在バルブタイミング機構７により駆動される。自在バルブタイミング機構７は、吸気弁３の開度を、早閉じ状態から遅閉じ状態まで自在に制御することができる。

自在バルブタイミング機構７は、メインカム４１、サブカム４２、およびロッカーアーム４３を備える。メインカム４１からロッカーアーム４３を経てバルブ３に至る機構は、従来のロッカーアームを用いた動弁系と同様の構成を持つ。メインカム４１は、エンジンのクランク軸に連結された第１のカムシャフト（図示せず）に設けられており、クランク軸の回転に従って回転駆動される。

ロッカーアームリターンスプリング４４が、図の下方向に付勢されている。該付勢により、押圧部材４５がロッカーアーム４３のカム端５５に接し、該カム端端５５がメインカム４１に常時接触するようにする。メインカム４１の回転により、ロッカーアーム４３は、支点４６を中心に回転する。

サブカムリターンスプリング４７が、図の上方向に付勢されている。該付勢により、押圧部材４８がサブカム４２に接する。サブカム４２とサブカムリターンスプリング４７の作用により、ロッカーアームの支点４６を上下に動かすことができる。

ロッカーアーム４３のバルブ端５６には、バルブ３に接するアジャストボルト４９が設けられている。

メインカム４１とサブカム４２は、第１のギヤ５１および第２のギヤ５２を介して連結されている。メインカム４１の回転に従って、メインカムの第１のギヤ５１が回転する。第１のギヤ５１の回転に従って、サブカム４２の第２のギヤ５２が回転する。

サブカム４２が設けられた第２のカムシャフト（図示せず）とサブカムの第２のギヤ５２との間には、可変位相機構５３が設けられている。可変位相機構５３により、サブカム４２と第２のギヤ５２の間に位相差θｍｓを持たせることができる。

図３の（ａ）を参照して、自在バルブタイミング機構７によるバルブを開く動作を説明する。参照番号３、４１および４２に示される丸印は、それぞれ、バルブ３、メインカム４１およびサブカム４２の座標を示している。

サブカム４２が、サブカムリターンスプリング４７に抗して押圧部材４８を押し下げることにより、ロッカーアームの支点４６は原点に保持される。メインカム４１がロッカーアームのカム端５５を上方に押し上げると、ロッカーアーム４３が支点４６を中心に回転する。ロッカーアームのバルブ端５６が、アジャストボルト４９を介してバルブ３を押し下げる。こうして、バルブ３は開き始める。

図３の（ｂ）を参照して、自在バルブタイミング機構７によるバルブを閉じる動作を説明する。サブカム４２が押圧部材４８に対する押し下げを停止すると、サブカムリターンスプリング４７の作用により、ロッカーアームの支点４６は上方へ移動する。支点４６が上方へ移動するので、アジャストボルト４９によるバルブ３への押し下げが無効化され、バルブ３は閉じられる。

図４は、エンジン２のシリンダを上方から見た状態を示す概略図である。４気筒が示されており、たとえば、メインカム４１ａとサブカム４２ａとが対となって、１つの吸気弁に作用する。

メインカム４１が設けられた第１のカムシャフト６１の端部にはスプロケット６３が設けられており、スプロケット６３は、エンジンのクランク軸に連結されている。メインカム４１が設けられた第１のカムシャフトの端部に設けられた第１のギヤ５１と、サブカム４２が設けられている第２のカムシャフト６２の端部に設けられた第２のギヤ５２とがかみ合っている。第２のカムシャフト６２と第２のギヤ５２との間に、可変位相機構５３が設けられている。

図５は、可変位相機構５３の一例を示す。可変位相機構５３は、サブカムのギヤ５２（図２）と一体に構成されたハウジング６４と、ハウジング６４内に挿入された第２のカムシャフト６２から放射状に延びた１枚のベーン６５とを備える。ハウジング６４内に形成される扇状の空間が、ベーン６５によって、第１の室６６と第２の室６７に区画される。ベーン６５は、捩りスプリング６８によって、矢印ｅの方向に付勢されている。第１の室６６に接続されたシリンダ７１には、ピストン７２が可動可能に挿入されている。ピストン７２は、モータ７３により図の左右方向に駆動される。第２の室６７は、ベーン６５の移動を妨げないように、大気に連通している。

モータ７３によってピストン７２を左方向に動かすと、シリンダ７１から押し出される作動油により、第１の室６６の油圧が増加する。該油圧により、捩りスプリング６８の力に抗して、第２のカムシャフト６２が矢印ｆ方向に回転する。モータ７３によりピストン７２を右方向に動かすと、第１の室６６の油圧が減少し、第２のシャフト６２が矢印ｅの方向に回転する。こうして、油圧の作用により、サブカムのギヤ５２に対する第２のカムシャフト６２の位相差θｍｓを調整することができる。

位相差θｍｓの値に応じて、バルブ３を閉じるタイミングを連続的に変化させることができる。さらに、位相差θｍｓを制御して、バルブ３を休止させることができる。

バルブを閉じるタイミングを変化させることにより、シリンダ内の空気の体積を変更することができる。シリンダ内の空気の圧力が一定であれば、エンジンへの吸入空気量は、シリンダ内の空気の体積に従って変化する。こうして、位相差θｍｓを制御することにより、エンジンに吸入する空気量を調整することができる。吸入空気量の調整により、エンジン出力（エンジントルク）を制御することができる。

図６〜図９を参照して、吸気弁を閉じるタイミングについて説明する。図６〜図９に示されるＸ１は、支点４６の変位量を示しており、サブカム４２に押されて支点４６が下向きに移動する方向が正で表されている（支点４６が、図３の（ｂ）に示される位置から図３の（ａ）に示される位置へと向かう方向を正としている点に注意）。Ｘ２は、ロッカーアームのカム端５５の変位量を示しており、メインカム４１に押されてカム端５５が上向きに移動する方向が正で表されている。Ｘ３は吸気弁３のリフト量を示しており、吸気弁３が開く方向が正で表されている。参照番号７５は、排気ポートが開いているクランク角領域を示す。

メインカム４１およびサブカム４２の間の位相差θｍｓについて、サブカム４２による変位量Ｘ１の立ち上がり位置Ｐ２と、メインカム４１による変位量Ｘ２の立ち上がり位置Ｐ１との差が４０°であるとき、位相差θｍｓ＝０°と定義する。サブカム４２の位相をメインカム４１の位相に対して進角方向（図の左方向）に変化させると、図７、８および９に示されるように、位相差θｍｓは０°から次第に増加していく。

図６は、ピストンが排気ポートを閉じるタイミング（すなわち、下死点後３０〜４０°）よりも遅いタイミングで吸気弁を閉じる遅閉じ動作を示す。位相差θｍｓは０°に設定されている。（Ａ）の時点で、サブカム４２による変位量Ｘ１が最大になり、支点４６を押し下げてバルブ３を開弁しようとする。しかしながら、メインカム４１による変位量Ｘ２がゼロであるので、バルブ３は開弁しない。

時点（Ｂ）において、変位量Ｘ１は最大に維持されており、サブカム４２の作用によりバルブ３を開弁しようとする。メインカム４１による変位量Ｘ２は徐々に増加し、ロッカーアームのカム端５５を押し上げてバルブ３を開弁しようとする。こうして、バルブ３が開き、そのリフト量Ｘ３が増加する。

時点（Ｃ）において、メインカム４１による変位量Ｘ２が最大に維持され、かつサブカム４２による変位量Ｘ１も最大に維持されている。バルブ３は、開弁状態を維持する。時点（Ｄ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１が減少し始める。支点４６に対する押し下げ量が減少するので、吸気弁３は閉じ始める。

このような遅閉じ状態は、位相差θｍｓが０〜約５０°の範囲内にあるとき、実現される。遅閉じ量は、下死点に対し、吸気弁を閉じるタイミングがどの程度遅れているかで表される。

図７は、通常のバルブ動作を示す。位相差θｍｓは、約５０度に設定されている。

時点（Ａ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１が最大になり、支点４６を押し下げてバルブ３を開弁しようとする。しかしながら、メインカム４１による変位量Ｘ２がゼロであるので、バルブ３は開弁しない。

時点（Ｂ）において、変位量Ｘ１は最大に維持されており、サブカム４２の作用によりバルブ３を開弁しようとする。メインカム４１による変位量Ｘ２は徐々に増加し、ロッカーアームのカム端５５を押し上げてバルブ３を開弁しようとする。こうして、バルブ３は開弁し、そのリフト量Ｘ３が増加する。

時点（Ｃ）において、メインカム４１による変位量Ｘ２が最大に維持され、バルブ３を開弁しようとする。サブカム４２による変位量Ｘ１は減少し始め、支点４６を押し下げる量が減っていく。これにより、吸気弁３は閉じ始める。時点（Ｄ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１はゼロであり、支点４６を押し下げないので、吸気弁３は閉弁状態を維持する。

図８は、ピストンが排気ポートを閉じるタイミング（すなわち、下死点後３０〜４０°）よりも早いタイミングで吸気弁を閉じる早閉じ動作を示す。位相差θｍｓは１２０°に設定されている。

時点（Ａ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１が最大であり、支点４６を押し下げてバルブ３を開弁しようとする。しかしながら、メインカム４１による変位量Ｘ２がゼロであるので、バルブ３は開弁しない。

時点（Ｂ）において、変位量Ｘ１は最大に維持されており、サブカム４２の作用によりバルブ３を開弁しようとする。メインカム４１による変位量Ｘ２は徐々に増加し、ロッカーアームのカム端５５を押し上げてバルブ３を開弁しようとする。こうして、バルブ３は開弁し、そのリフト量Ｘ３が増加する。

時点（Ｃ）において、メインカム４１による変位量Ｘ２は増加しており、カム端５５を押し上げてバルブ３を開弁しようとする。サブカム４２による変位量Ｘ１は減少しており、支点４６を押し下げる力が徐々に減っていっている。このサブカム４２の作用により、バルブ３は少し開く。サブカム４２による変位量Ｘ１が減るにつれ、バルブ３のリフト量も減る。

時点（Ｄ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１がゼロであり、支点４６の押し下げは行われないので、吸気弁３は閉弁状態にある。

このような早閉じ状態は、位相差θｍｓが約５０〜約１３５°の範囲内にあるとき、実現される。早閉じ動作では、バルブは、完全に開く（すなわち、フルリフトする）前に閉じられる。早閉じ量は、下死点に対し、吸気弁を閉じるタイミングがどの程度早められるかにより表される。

図９は、バルブが休止している状態を示す。位相差θｍｓは、約１３５°に設定されている。

（Ａ）の時点で、サブカム４２による変位量Ｘ１は最大であり、支点４６を押し下げてバルブ３を開弁しようとする。しかしながら、メインカム４１による変位量Ｘ２がゼロであるので、バルブ３は開弁しない。

時点（Ｂ）において、サブカム４２による変位量Ｘ１は減少し、支点４６をわずかに押し下げて開弁しようとする。メインカム４１による変位量Ｘ２は徐々に増加し、ロッカーアームのカム端５５をわずかに押し上げてバルブ３を開弁しようとする。しかし、バルブ３の開弁には至らず、バルブ３は閉弁状態に維持される。

時点（Ｃ）において、メインカム４１による変位量Ｘ２が最大に維持され、カム端５５を押し上げてバルブ３を開弁しようとする。しかしながら、サブカム４２による変位量Ｘ１がゼロであり、支点４６を押し下げないので、バルブ３は閉弁状態に維持される。時点（Ｄ）において、メインカム４１による変位量Ｘ２が減少しはじめ、カム端５５をわずかに押し上げてバルブ３を開弁しようとする。サブカム４２による変位量Ｘ１は増加しはじめ、支点４６をわずかに押し下げて、バルブ３を開こうとする。しかし、バルブ３の開弁には至らず、バルブ３の閉弁状態が維持される。

このように、位相差θｍｓにより、バルブ３を閉じるタイミングを遅閉じから早閉じまで連続的に調整することができる。

図６〜図９に示される位相差θｍｓとバルブ動作との間の関係は一例であり、メインカムとサブカムの相対的位置およびプロファイルによって変わることに注意されたい。

燃焼方式
図１０は、本願発明の一実施形態に従う、２サイクルエンジンの、火花点火方式に従う燃焼サイクルを示す。火花点火方式では、点火プラグ１０（図１）で火花が飛ばされることにより、混合気を燃焼する。吸気バルブ３は、遅閉じされる。

混合気が燃焼することにより、燃料室９内のガスが膨張する。シリンダ内の圧力は上昇し、この圧力上昇は、ピストン８を押し下げる。ピストン８は下死点に向けて移動し、排気ポート４を開く。

排気ポート４は、この実施例では、ピストンが上死点後１４０〜１５０°に達したときに開き始め、下死点後３０〜４０°に達したときに完全に閉じられる。この排気行程において、シリンダ内のガスが排気ポート４を介して排気通路に排気される。

吸気弁３が開く時の立ち上がりの遅れを考慮して、排気ポートが完全に開かれるよりも前に、吸気弁３が完全に開かれているようにするのが好ましい。たとえば、ピストン８が上死点後１４０〜１５０°に達したとき、またはその直前に、吸気弁３が自在バルブタイミング機構７により完全に開かれているようにする。

過給機（ターボチャージャ１５および／または電動スーパーチャージャ１９）により加圧された空気が、吸気弁３を介して燃焼室９に供給される。過給機により生成される空気の量は、燃焼室内のガスをほぼ完全に掃気することのできる量に調整される。過給により、燃焼室９内に残されていたガスは一掃され、燃焼室９全体が新気で満たされる。

ピストン８が上死点に向けて移動するにつれ、燃焼室９内の新気が圧縮される。自在バルブタイミング機構７により、吸気弁３は、ピストン８が下死点を通過した後の所定のタイミングで閉じられる。ピストン８が下死点を超えてから吸気弁３を閉じるまでの遅閉じ量を制御することにより、運転者によって要求されたエンジン出力に必要な量の新気が燃焼室内に残されるようにする。

ピストン８が、排気ポートが閉じられる角度（この例では、下死点後３０〜４０°）以上に移動すると、燃料噴射弁１１を介して燃焼室９内に燃料を噴射し、点火プラグ１０に火花を飛ばして混合気を燃焼する。

従来、掃気効率を高めると、シリンダ全体に新気が充填されるので、混合気が過度にリーンになる。これは、エンジン出力の制御を困難なものにし、またＮＯｘ排出を増加するおそれがある。本願発明の燃焼サイクルによれば、シリンダ内に残留しているガスが、加圧された空気により、ほぼ完全に掃気される。新気の量は、吸気弁を閉じるタイミングにより制御される。したがって、理論空燃比で混合気を燃焼させることができる。本願発明の燃焼サイクルによれば、ＮＯｘ排出を増加することなく、所望のエンジン出力を生成することができる。

図１１は、本願発明の一実施形態に従う、２サイクルエンジンの、圧縮着火方式に従う燃焼サイクルを示す図である。圧縮着火方式では、シリンダ内に所望の量の燃焼ガスを残して、自己着火を行う。吸気バルブ３は、早閉じされる。

混合気が燃焼することにより、燃料室９内のガスが膨張する。シリンダ内の圧力は上昇し、この圧力上昇は、ピストン８を押し下げる。ピストン８は下死点に向けて移動し、排気ポート４を開く。

排気ポート４は、この実施例では、ピストンが上死点後１４０〜１５０°に達したときに開き始め、下死点後３０〜４０°に達したときに完全に閉じられる。この排気行程において、シリンダ内のガスが排気ポート４を介して排気通路に排気される。

吸気弁３が開く時の立ち上がりの遅れを考慮して、排気ポートが完全に開かれるよりも前に、吸気弁３が完全に開かれているようにするのが好ましい。たとえば、ピストン８が上死点後１４０〜１５０°に達したとき、またはその直前に、吸気弁３が自在バルブタイミング機構７により完全に開かれているようにする。

過給機（ターボチャージャ１５および／または電動スーパーチャージャ１９）により加圧された空気が、吸気弁３を介して燃焼室９に供給される。加圧された空気により、燃焼室９内に残されていたガスが、排気ポート４を介して排気され始める。

燃焼室９内に残留するガスが完全に掃気される前に、自在バルブタイミング機構７により吸気弁３が閉じられる。具体的には、吸気弁３は、ピストン８が下死点に達する前の所定のタイミングで閉じられる。吸気弁３を閉じてからピストン８が下死点に達するまでの早閉じ量を制御することにより、圧縮着火燃焼を引き起こすのに必要な量のガスを燃焼室９内に残すようにする。早閉じにより吸気弁のリフト量が低くなるので、吸気の流入速度を向上させることができる。これにより、吸気と残留ガスの混合が促進され、自己着火を起こしやすい状態が形成される。

排気ポートを閉じる角度（この例では、下死点後３０〜４０°）以上にピストン８が上昇すると、燃料が噴射される。筒内流動とピストンの上昇により、燃料、新気および残留ガスは均質に混合され、残留ガスにより温度が高められた混合気は、自然発火する。

本願発明によれば、排気ポートに、残留ガスの量を調整するための機構を設ける必要がない。高温の排気ガスにさらされる機構が無いので、２サイクルエンジンの耐久性を向上させることができる。早閉じ量により残留ガスの量を調整することができるので、安定した圧縮着火燃焼を実現することができる。

図１２は、本発明の一実施形態において、火花点火方式に従う燃焼サイクルが実施される場合の、運転手によって要求されるエンジン出力に対する各種パラメータの挙動を示す。エンジン回転数ＮＥは、所定値に維持されていると仮定する。運転手によって要求されるエンジン出力は、典型的には、アクセルペダル開度ＡＰによって表される。

火花点火方式では、前述したように、シリンダ内の残留ガスがほぼ完全に掃気される。シリンダ全体に充填された新気の量を所望の量まで減らすために、吸気弁は遅閉じされる。

要求エンジン出力がＡＰ１に達するまで、エンジンに吸入される空気量Ｇｃｙｌは過給圧Ｐｃにより制御される。過給圧Ｐｃを増やすことにより、吸気量Ｇｃｙｌを増やす。要求エンジン出力がＡＰ１を超えると、過給圧の増加は停止される。これは、ノッキングの発生を抑止するためである。吸気量Ｇｃｙｌは、遅閉じ量により制御される。遅閉じ量を小さくするほど、吸気量Ｇｃｙｌは増える。

図１３は、本発明の一実施形態において、火花点火方式と圧縮着火方式の切り換えが行われる場合の、運転手によって要求されるエンジン出力に対する各種パラメータの挙動を示す。

この実施形態では、低負荷状態（〜ＡＰ３）および高負荷状態（ＡＰ４〜）においては、図１０に示される火花点火方式に従って燃焼を行い、エンジンの中負荷状態（ＡＰ３〜ＡＰ４）においては、図１１に示される圧縮着火方式に従って燃焼を行う。エンジンが低負荷のときは、着火遅れにより燃焼が不安定になるのを防ぐため、火花点火方式が採用される。エンジンが高負荷のときは、燃焼ガスの圧力上昇によってノッキングが発生することを回避するため、火花点火方式が採用される。

火花点火方式では、シリンダ全体に充填された新気の量を、所望の量まで減らすために、吸気弁３は遅閉じされる。圧縮着火方式では、シリンダに所望の量のガスを残すために、吸気弁３は早閉じされる。

要求エンジン出力がＡＰ２に達するまでは、過給圧Ｐｃにより吸気量Ｇｃｙｌが制御される。

火花点火モードから圧縮着火モードに移行する前、すなわち要求エンジン出力がＡＰ２からＡＰ３の間は、遅閉じ量により吸気量Ｇｃｙｌを制御する。遅閉じ量を減らすにつれ、吸気量Ｇｃｙｌは増える。遅閉じ量を徐々に減らすことにより、バルブタイミングを遅閉じから早閉じに切り換える時に大きな変動がエンジン出力に現れないようにする。

要求エンジン出力がＡＰ３に達すると、圧縮着火モードに移行する。バルブタイミングは、遅閉じから早閉じに変更される。早閉じに変更されると、新気の量が減る。これを補償するため、過給圧Ｐｃは所定値に増やされる。

圧縮着火モードにおいては、早閉じ量により吸気量Ｇｃｙｌが制御される。早閉じ量を小さくするにつれ、吸気量Ｇｃｙｌは増やされる。こうして、早閉じ量を徐々に減らすことにより、バルブタイミングを早閉じから遅閉じに切り換える時に大きな変動がエンジン出力に現れないようにする。

要求エンジン出力がＡＰ４に達すると、火花点火モードに切り換えられる。バルブタイミングは遅閉じに切り換えられる。過給圧Ｐｃを増やすことにより、吸気量Ｇｃｙｌを増やす。要求エンジン出力がＡＰ５を超えると、過給圧の増加はノッキングを増やすおそれがあるので、遅閉じ量を小さくすることにより吸気量Ｇｃｙｌを増やす。

制御フロー
図１４は、本発明の一実施形態に従う、エンジン制御のメインルーチンを示す。該ルーチンは、典型的には、ＥＣＵ１のメモリ１ｃに格納されたプログラムにより実施される。該ルーチンは、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、過給圧制御ルーチン（図１５）を実施し、過給圧が目標過給圧に達するよう電動スーパーチャージャを駆動する。

ステップＳ１０２において、バルブ制御ルーチン（図１６）を実施し、吸気弁を閉じるタイミングを算出する。

ステップＳ１０３において、スロットル制御ルーチン（図１７）を実施し、何らかの故障が生じた場合に、スロットル弁の開度ＴＨを算出する。

ステップＳ１０４において、シリンダに吸入される空気量Ｇｃｙｌを、式（１）に従って算出する。ここで、Ｇｔｈは、エアフローメータ２９（図１）によって検出された値を示す。Ｐｂは、吸気管圧力センサ２８（図１）によって検出された値を示す。Ｖｂは、吸気管の体積（m³）を示す。Ｔｂは、吸気管の温度（Ｋ）を示す。Ｒは、気体定数である。

ステップＳ１０５において燃料噴射制御ルーチン（図１８）を実施し、燃料噴射時間を算出する。ステップＳ１０６において点火時期制御ルーチン（図１９）を実施し、点火時期を算出する。

以下の説明において、図２２〜図２９のマップが参照される。これらのマップにおいて、参照番号ＮＥ１〜ＮＥ４は、それぞれのエンジン回転数における結果を表す。マップ間の対応関係が明らかになるように、同じ参照番号を使用している。

図１５は、過給圧制御ルーチンを示す。ステップＳ１１１において、過給システムが正常かどうかを判断する。過給システムは、図１に示されるターボスーパーチャージャ１５および電動スーパーチャージャ１９を含む。過給を実施するのに使用される他のシステム（たとえば、ＥＣＵ１）を含めてもよい。適切な任意の故障検出手法を用いて、過給システムが正常かどうかを判断することができる。

ステップＳ１１２において、自在バルブタイミング機構７（図１）が正常かどうかを判断する。自在バルブタイミング機構７に関連する他のシステム（たとえば、ＥＣＵ１）を含めてもよい。適切な任意の故障検出手法を用いて、自在バルブタイミング機構が正常かどうかを判断することができる。

ステップＳ１１３において、エンジンの暖機が完了したかどうかを判断する。たとえば、エンジンの水温および油温に基づいて、暖機の完了を判断することができる。

ステップＳ１１１〜Ｓ１１３のうちのいずれかの判断がＮｏならば、ステップＳ１１４に進み、図１２に示されるような圧縮着火モードを含まない運転を実施する。ステップＳ１１１〜Ｓ１１３のすべての判断がＹｅｓならば、ステップＳ１１６に進み、図１３に示されるような圧縮着火モードを含む運転を実施する。

ステップＳ１１４において、エンジン回転数センサ３４およびアクセルペダル開度センサ３５（図１）によって検出されたエンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄを算出する。マップの一例を、図２２の（ａ）に示す。マップは、アクセルペダル開度ＡＰ（前述したように、要求されるエンジン出力を表す）が大きいほど、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄが大きくなるよう設定されている。

参照番号ＮＥ１〜ＮＥ４に示されるように、エンジン回転数ＮＥが高いほど、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは大きくなる。これは、エンジン回転数が高いほど、吸入すべき空気量が増えるからである。アクセルペダル開度ＡＰが所定値（エンジン回転数がＮＥ４のケースでは、該所定値がアクセルペダル開度ＡＰ１で表されている）を超えると、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは減らされる。これは、ノッキングの発生を抑えるためである。

ステップＳ１１５において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、ウエストゲートバルブ３０（図１）の開度Ｗｇ＿ｃｍｄを算出する。該マップの一例を、図２３の（ａ）に示す。

ウエストゲートバルブの開度Ｗｇ＿ｃｍｄは、過給圧を目標過給圧に制御することができるように調整される。具体的には、アクセルペダル開度ＡＰが大きいほど、ウエストゲートバルブの開度Ｗｇ＿ｃｍｄは大きくされる。また、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、ウエストゲートバルブの開度Ｗｇ＿ｃｍｄは大きくされる。これは、エンジン負荷および回転数が上昇するにつれ、排気エネルギーが大きくなるからである。アクセルペダル開度が所定値ＡＰ１を超えると、ウエストゲートバルブの開度Ｗｇ＿ｃｍｄの上昇率を大きくして、過給圧の上昇を抑える。

一方、圧縮着火モードを含む運転の場合には、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄを算出する。マップの一例を、図２２の（ｂ）に示す。圧縮着火モードは、図１３を参照して説明したように、アクセルペダル開度がＡＰ３からＡＰ４の間に実施され、これは、領域９１によって示されている。

圧縮着火運転中は、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは所定値に維持される。エンジン回転数が低いときは、シリンダ内に残留する燃料の温度が比較的低いために着火遅れが大きくなるおそれがある。したがって、エンジン回転数が低いときは、参照番号ＮＥ１およびＮＥ２に示されるように、圧縮着火運転は実施されない。

ステップＳ１１７において、エンジン回転数ＮＥとアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、ウエストゲートバルブの開度Ｗｇ＿ｃｍｄを算出する。該マップの一例を、図２３の（ｂ）に示す。

アクセルペダル開度がＡＰ３からＡＰ４に増えるにつれ、吸気量Ｇｃｙｌが増やされる。吸気量Ｇｃｙｌが増やされると、排ガス量も増える。過給圧を一定にするよう、ウエストゲートバルブの開度を大きくしてバイパス通路３１に流入させる排ガス量を増やす。

ステップＳ１１８において、電動スーパーチャージャ１９の電動機２１に対する指令値ＤＵＴ＿ＳＣを算出する。電動スーパーチャージャの電動機２１は、該指令値に従って、コンプレッサ２０を回転する。

指令値ＤＵＴ＿ＳＣは、式（２）に示されるように、応答指定型制御によって算出される。ｋは、サイクルを識別する識別子である。

応答指定型制御は、制御量（ここでは、過給圧Ｐｃと目標値Ｐｃ＿ｃｍｄとの偏差ｅ）の目標値（ここでは、ゼロ）への収束応答を指定することができる制御である。応答指定型制御は、制御量ｅをゼロに収束させることにより、過給圧Ｐｃを目標値Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させる。応答指定型制御によれば、過給圧Ｐｃを、オーバーシュートを生じさせることなく目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させることができる。

応答指定型制御では切り換え関数σが設定される。ＰＯＬＥは切換関数σの設定パラメータであり、偏差ｅの収束速度を規定する。ＰＯＬＥは、好ましくは、−１＜ＰＯＬＥ＜０を満たすよう設定される。

切換関数σ(k)＝０とした式は等価入力系と呼ばれ、偏差ｅの収束特性を規定する。σ(k)＝０とすると、式（３）の切り換え関数σは式（５）のように表されることができる。

ここで、図２０を参照して、切り換え関数について説明する。縦軸がｅ(k)および横軸がｅ(k-1)の位相平面上に、式（５）の切り換え関数σが、線８１で表現されている。この線８１を切換直線と呼ぶ。ｅ(k-1)およびｅ(k)の組合せからなる状態量（ｅ(k-1), ｅ(k)）の初期値が、点８２で表されているとする。応答指定型制御は、点８２で表される状態量を、切換直線８１上に載せて該直線８１上に拘束するよう動作する。

応答指定型制御によると、状態量を切換直線８１上に保持することにより、該状態量を、外乱等の影響されることなく、極めて安定的に位相平面上の原点０に収束させることができる。言い換えると、状態量(ｅ(k-1),ｅ(k))を、式（５）に示される入力の無い安定系に拘束することにより、外乱およびモデル化誤差に対してロバストに、過給圧Ｐｃを目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させることができる。

この実施例では、切換関数σに関する位相空間が２次元であるので、切換直線は直線８１で表される。位相空間が３次元である場合には、切換直線は平面で表され、位相空間が４次元以上になると、切換直線は超平面となる。

設定パラメータＰＯＬＥは、可変に設定することができる。設定パラメータＰＯＬＥを調整することにより、偏差ｅの収束（減衰）特性を指定することができる。

図２１は、応答指定型制御の応答指定特性の一例を示す。グラフ８３は、ＰＯＬＥの値が“−１”である場合を示し、グラフ８４はＰＯＬＥの値が“−０．８”である場合を示し、グラフ８５はＰＯＬＥの値が“−０．５”である場合を示す。グラフ８３〜８５から明らかなように、ＰＯＬＥの絶対値を小さくするほど、収束速度が速くなる。

式（２）の第１項（切換関数σの比例項）は、状態量を切換直線上に載せるための到達則入力を表す。第２項（切換関数σの積分項）は、モデル化誤差および外乱を抑制しつつ、状態量を切換直線に載せるための適応則入力を表す。ＫｒｃｈおよびＫａｄｐはフィードバック係数を表しており、例えばシミュレーションに従って決定することができる。

このようにして、過給圧Ｐｃが、指定された速度で目標値Ｐｃ＿ｃｍｄに収束するように、指令値ＤＵＴ＿ＳＣが算出される。指定値ＤＵＴ＿ＳＣに従って電動機２１はコンプレッサ２０を回転させる。こうして、ターボスーパーチャージャ１５（図１）による過給の不足分を補償することができる。特に、エンジンの負荷が低い状態から加速する時、排ガスの量が少ないためにターボチャージャだけでは一時的に過給不足を招くおそれがある。過給圧Ｐｃが目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束するように電動スーパーチャージャを駆動すれば、このような過渡時における過給不足を回避することができる。

図１６は、バルブ制御ルーチンを示す。ステップＳ１２１〜Ｓ１２３は、図１５に示されるステップＳ１１１〜Ｓ１１３と同じであり、いずれかの判断ステップがＮｏならば、ステップＳ１２４に進んで圧縮着火モードを含まない運転を実施し、すべての判断ステップがＹｅｓならば、ステップＳ１２５に進んで圧縮着火モードを含む運転を実施する。

ステップＳ１２４において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、吸気弁を閉じるタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄを算出する。マップの一例を、図２４の（ａ）に示す。

図１２を参照して説明したように、所定のアクセルペダル開度（エンジン回転数がＮＥ４の場合には、ＡＰ１）までは、バルブタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄは、所定の遅閉じ量に設定される。吸気量Ｇｃｙｌは、過給圧Ｐｃにより制御される。該所定のアクセル開度を超えると、吸気量Ｇｃｙｌは、吸気弁を閉じるタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄにより制御される。遅閉じ量を小さくするほど、吸気量は増やされる。また、エンジン回転数ＮＥが高いほど、吸入する空気量を増やす必要があるので、遅閉じ量は小さく設定される。

一方、圧縮着火モードを含む運転の場合は、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２５において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照して、圧縮着火モードを実施する場合の、吸気弁を閉じるタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄを算出する。

該マップの一例を、図２４の（ｂ）に示す。図１３を参照して説明したように、圧縮着火領域９１では、バルブタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄは早閉じに設定される。エンジン回転数がＮＥ１およびＮＥ２の時は、図２２の（ｂ）を参照して前述したように、エンジン回転数が低いために圧縮着火運転は実施されず、吸気弁は早閉じされない。

エンジン回転数が高いほど、バルブタイミングＶｌｖ＿ｃｍｄの早閉じ量は減らされる。早閉じ量を減らすほど、吸気量Ｇｃｙｌを増やすことができる。

図１７は、スロットル制御ルーチンを示す。ステップＳ１３１およびＳ１３２は、ステップＳ１１１およびＳ１１２と同じである。両方の判断ステップがＹｅｓならば、過給システムおよびバルブシステムが正常に動作していることを示す。吸気量は、過給圧制御およびバルブタイミング制御により調整されるので、スロットル弁の開度ＴＨは全開に設定される（Ｓ１３３）。

ステップＳ１３１およびＳ１３２のいずれかの判断ステップがＮｏならば、過給システムまたはバルブシステムに何らかの故障が生じていることを示す。この場合には、スロットル弁の開度により吸気量を制御する。

ステップＳ１３４において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに基づいてフェイルセーフ用のマップを参照し、目標吸気量Gcyl_cmdを算出する。該マップの一例を図２５に示す。フェイルセーフ時には、エンジン出力が抑制されるように、目標吸気量Gcyl_cmdは所定値を超えないよう設定される。

ステップＳ１３５において、スロットル弁２６（図１）の開度ＴＨを、式（６）に従って算出する。スロットル弁の開度ＴＨは、応答指定型制御を用いて算出される。応答指定型制御は、図２０および図２１を参照して前述した。σ’は切り換え関数を示しており、ＰＯＬＥ’は切り換え関数σ’の設定パラメータである。Ｋｒｃｈ’およびＫａｄｐ’は、フィードバック係数を示しており、シミュレータ等で予め決められる。

応答指定型制御により、シリンダに吸入される空気量Ｇｃｙｌが目標吸気量Gcyl_cmdに収束するように（すなわち、偏差ｅ’がゼロに収束するように）、スロットル弁の開度ＴＨが決定される。応答指定型制御を用いれば、吸入空気量Ｇｃｙｌを、オーバーシュートを生じさせることなく目標吸気量Gcyl_cmdに収束させることができる。

図１８は、燃料噴射制御ルーチンを示す。ステップＳ１４１〜Ｓ１４３は、図１５のステップＳ１１１〜Ｓ１１３と同じであり、いずれかの判断ステップの答えがＮｏならば、ステップＳ１４４に進んで、圧縮着火モードを含まない運転を実施し、すべての判断ステップの答えがＹｅｓならば、ステップＳ１４５に進んで、圧縮着火モードを含む運転を実施する。

ステップＳ１４４において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、燃料噴射を終了するタイミングθinjを算出する。該マップの一例を図２６の（ａ）に示す。

アクセルペダル開度ＡＰが大きくなるほど、燃焼室における混合気の圧縮比が高くなり、燃焼室の温度が上昇する。ノッキングを抑制するため、燃料を冷やす時間が必要とされる。そのため、アクセルペダル開度ＡＰが大きくなるほど、燃料噴射終了タイミングθinjは早くされる。また、吸気弁が遅閉じされているとき（アクセルペダル開度が小さいとき）、噴射終了タイミングθinjは遅くされる。これにより、吸気管に吹き戻される燃料を減らして燃料制御の制御性を向上するとともに、次回の排気時に、吹き戻された燃料が排気管へ吹き抜けることを防止して、無駄な燃料が消費されないようにすることができる。

エンジン回転数ＮＥが高くなるにつれ、燃料と空気とが均一に混ざるのに使用することのできる時間が短くなる。混合気形成のための時間を確保するため、エンジン回転数ＮＥが高くなるにつれ、噴射終了タイミングθinjは早められる。

一方、圧縮着火モードが実施される場合には、ステップＳ１４５に進む。ステップＳ１４５において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、燃料噴射終了タイミングθinjを算出する。該マップの一例を図２６の（ｂ）に示す。

圧縮着火領域９１では、燃焼室に残留するガスを活性化する必要がある。この活性化の時間を確保するため、燃料噴射を終了するタイミングθinjは早くされる。

ステップＳ１４６において、図１４のステップＳ１０４で算出された吸気量Ｇｃｙｌに基づいてマップを参照し、燃料噴射時間Ｔｉを算出する。該マップの一例を図２７に示す。該マップは、吸気量Ｇｃｙｌが大きくなるほど、燃料も多くなるよう設定されている。

図１９は、点火時期制御ルーチンを示す。ステップＳ１５１〜Ｓ１５３は、図１５のステップＳ１１１〜Ｓ１１３と同じであり、いずれかの判断ステップの答えがＮｏならば、ステップＳ１５４に進んで、圧縮着火モードを含まない運転を実施し、すべての判断ステップの答えがＹｅｓならば、ステップＳ１５５に進んで、圧縮着火モードを含む運転を実施する。

ステップＳ１５４において、吸入空気量Ｇｃｙｌに基づいてマップを参照し、点火タイミングθigを算出する。該マップの一例を図２８に示す。該マップは、吸入空気量Ｇｃｙｌが多いほど、点火時期が遅くなるよう設定されている。これは、吸入空気量Ｇｃｙｌが多いほど、ノッキングが発生しやすくなるからである。

エンジン回転数ＮＥが高いほど、燃焼行程から膨張行程までの時間が短くなる。膨張行程に十分な時間を割り当てることができるようにするため、エンジン回転数ＮＥが高いほど、点火時期θigは早められる。

ステップＳ１５５において、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに基づいてマップを参照し、今回のサイクルにおいて圧縮着火運転を実施すべきかどうかを判断する。該マップの一例を図２９に示す。エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰが領域９１に含まれれば、圧縮着火運転を実施するため、フラグＦ＿ＨＣＣＩを値１に設定する。

ステップＳ１５６において、圧縮着火フラグＦ＿ＨＣＣＩに値１が設定されていれば、自己着火により混合気を燃焼するので、点火プラグは駆動されない（Ｓ１５７）。圧縮着火フラグＦ＿ＨＣＣＩの値がゼロならば、ステップＳ１５４に進み、図２８に示されるマップを参照して点火タイミングθigを算出する。該点火タイミングθigに従って、点火プラグを駆動する。

本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用が可能である。

この発明の一実施例に従う、２サイクルエンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、自在バルブタイミング機構を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、自在バルブタイミング機構によるバルブの開閉動作を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、自在バルブタイミング機構を上方から見た平面図。 この発明の一実施例に従う、可変位相機構の概略図。 この発明の一実施例に従う、バルブタイミングが遅閉じの場合のバルブリフトを示す図。 この発明の一実施例に従う、バルブタイミングが通常である場合のバルブリフトを示す図。 この発明の一実施例に従う、バルブタイミングが早閉じである場合のバルブリフトを示す図。 この発明の一実施例に従う、バルブの休止状態を示す図。 この発明の一実施例に従う、火花点火モードにおける燃焼サイクルを概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、圧縮着火モードにおける燃焼サイクルを概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、圧縮着火運転を含まない場合の、エンジン負荷に対する各種パラメータの変化を示す図。 この発明の一実施例に従う、圧縮着火運転を含む場合の、エンジン負荷に対する各種パラメータの変化を示す図。 この発明の一実施例に従う、エンジン制御のメインルーチンを示す図。 この発明の一実施例に従う、過給圧制御のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、バルブ制御のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、スロットル制御のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、燃料噴射制御のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、点火制御のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、応答指定型制御における切り換え関数を示す図。 この発明の一実施例に従う、切り換え関数の設定パラメータの値に応じた収束速度を示す図。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた目標過給圧Pc_cmdを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じたウエストゲートバルブの開度Wg_cmdを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じたバルブタイミングVlv_vmdを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた目標吸気量Gcyl_cmdを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた噴射終了タイミングθinjを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、吸気量に応じた燃料噴射時間Ｔｉを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、吸気量に応じた点火時期θigを示すテーブル。 この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた圧縮着火フラグF_HCCIの値を示すテーブル。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
３ 吸気弁
４ 排気ポート
５ シリンダ
７ 自在バルブタイミング機構
８ ピストン
１５ ターボチャージャ
１９ 電動スーパーチャージャ
３０ ウエストゲートバルブ

Claims (5)

1. シリンダの頂部に吸気弁を備え、該シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置であって、
   前記シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを、前記ピストンの移動により開かれた前記排気ポートを介して排気するように、前記吸気弁を開き、新気を該シリンダ全体に供給する吸気弁開弁手段と、
   前記新気を前記シリンダ全体にわたって供給した後に該新気を所定量まで減らすように、前記ピストンが前記排気ポートを閉じるタイミングよりも遅いタイミングで前記吸気弁を閉じる吸気弁遅閉じ手段と、
   を備える、２サイクルエンジンの制御装置。
2. シリンダの頂部に吸気弁を備え、該シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置であって、
   前記シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを、前記ピストンの移動により開かれた前記排気ポートを介して排気するように、前記吸気弁を開き、新気を該シリンダ全体に供給する吸気弁開弁手段と、
   前記シリンダ内に所定量のガスを残して、該ガスが、該シリンダに供給された新気と混合するように、前記ピストンが前記排気ポートを閉じるタイミングよりも早いタイミングで前記吸気弁を閉じる吸気弁早閉じ手段と、
   を備える、２サイクルエンジンの制御装置。
3. シリンダの頂部に吸気弁を備え、該シリンダの底部に排気ポートを備え、ピストンの移動により該排気ポートを開閉する２サイクルエンジンの制御装置であって、
   前記シリンダ内における混合気の燃焼により該シリンダに残留するガスを、前記ピストンの移動により開かれた前記排気ポートを介して排気するように、前記吸気弁を開き、新気を該シリンダ全体に供給する吸気弁開弁手段と、
   前記新気を前記シリンダ全体にわたって供給した後に該新気を所定量まで減らすように、前記ピストンが前記排気ポートを閉じるタイミングよりも遅いタイミングで前記吸気弁を閉じる吸気弁遅閉じ手段と、
   前記シリンダ内に所定量のガスを残して、該ガスが、該シリンダに供給された新気と混合するように、前記ピストンが前記排気ポートを閉じるタイミングよりも早いタイミングで前記吸気弁を閉じる吸気弁早閉じ手段と、
   前記エンジンの運転状態に応じて、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切り換える手段であって、該火花点火燃焼では、前記吸気弁遅閉じ手段により前記吸気弁を閉じるタイミングを調整し、該圧縮着火燃焼では、前記吸気弁早閉じ手段により前記吸気弁を閉じるタイミングを調整する切り換え手段と、
   を備える、２サイクルエンジンの制御装置。
4. 前記２サイクルエンジンは、さらに、電気的に駆動される過給機を備えており、
   前記シリンダ内に残留するガスを排気することができるように、目標過給圧を設定する手段と、
   現在の過給圧が前記目標過給圧に収束するように、応答指定型制御を用いて、前記過給機を駆動するための指令値を算出する手段と、
   を備える、請求項３に記載の２サイクルエンジンの制御装置。
5. 前記２サイクルエンジンは、前記吸気弁の上流側にスロットル弁を備え、
   前記吸気弁開弁手段、吸気弁遅閉じ手段、吸気弁早閉じ手段、および前記過給機のいずれかの故障を検知した場合には、前記スロットル弁を制御して吸入空気量を制御するスロットル制御手段をさらに備える、請求項４に記載の２サイクルエンジンの制御装置。

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