JP2006144711A - ４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 充填効率ηｖの変化幅を拡大することにより、エンジンの運転状態の変化に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、圧縮自己着火やトルクの確保のために適した必要な充填効率ηｖと適正な内部ＥＧＲ率ｍとを確保する。
【解決手段】 排気弁６０の再開弁動作時に吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させる排気弁駆動手段６２を設ける。少なくとも排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域で、吸気弁４０を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気弁４０の開弁量を変更可能にする吸気弁駆動手段４３を設ける。エンジン負荷に応じ、排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁４０の開弁量が大きくなるように吸気弁駆動手段４３を制御する制御手段１２０、１２３を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置に関し、特に、予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ。この明細書で「圧縮自己着火」という）を行わせる運転モードを有する４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置に関する。

一般に、内部ＥＧＲガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるに当たり、広い運転領域で必要なＥＧＲ率を確保する技術が知られている（例えば特許文献１、２）。先行技術に係る構成では、排気行程中に吸気バルブを開き、または吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部ＥＧＲを実現するようにしている。
特開平９−２５８５３号公報 特開２００１−１０７７５９号公報

ところで、内部ＥＧＲを利用して圧縮自己着火を行うに際し、エンジンの性能をトータル的に向上する場合、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部ＥＧＲガスを確保し、ノッキングを防止することが必要になってくる。

しかしながら、特許文献１、２に開示された技術では、運転状態に応じて、必要な充填効率を確保してトルクの確保や圧縮自己着火性能を向上させたり、ノッキングを防止することができなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、４サイクルガソリンエンジンで圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、ブースト圧を可及的に高めながら充填効率の変化幅を拡大することにより、エンジンの運転状態の変化に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、圧縮自己着火やトルクの確保のために適した必要な充填効率と適正な内部ＥＧＲ率とを確保することのできる４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置を提供することを課題としている。

本件発明者は、鋭意研究の結果、通常は、関連が薄いと思われていた内部ＥＧＲ率とブースト圧（吸気圧力）との間に相関関係があることを見出し、本件発明を完成させるに至った。

すなわち、上記課題を解決するために本発明は、エンジンの所定運転領域において、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作により、内部ＥＧＲで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした４サイクルガソリンエンジンにおいて、前記排気弁の再開弁動作時に吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させる排気弁駆動手段と、少なくとも前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域で、吸気弁を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気弁の開弁量を変更可能にする吸気弁駆動手段と、エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるように吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置である。この態様では、排気弁を吸気行程で再開弁動作させるに当たり、排気弁駆動手段が吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させるので、新気が排気通路から排出されるのを抑制するとともに、吸気通路側へ既燃ガスが排出されるのを抑制しつつ、排気弁駆動手段によって、排気弁が吸気行程途中で再開弁動作し、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁するので、この開弁動作において、排気行程で排出された既燃ガスを内部ＥＧＲガスとして比較的大量に気筒内に導入することができる。これにより、これにより、ブースト圧（吸気圧力）ができるだけ高い状態（大気圧側に寄った状態）において、充填効率と内部ＥＧＲ率が変化する範囲を拡げ、エンジンの運転状態の変化に応じてエンジン負荷に適した必要な充填効率と適正な内部ＥＧＲ率を確保できる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を高めることができる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を向上することができる。また、吸気行程において排気弁を開く構成を採用しているので、排気弁がピストンと干渉しないタイミングで内部ＥＧＲを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高めることが可能になる。そして、本発明では、この吸気弁駆動手段を制御手段が制御することにより、エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるので、ノッキングが生じやすい高負荷側ほど、内部ＥＧＲガスの導入量を減らして、筒内温度の過剰上昇を抑制することが可能になる。この結果、圧縮自己着火が可能な領域を可及的に高負荷運転領域にまで拡げることが可能になる。

本発明の好ましい態様において、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域では、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量よりも大きくなるように設定している。この態様では、高負荷運転領域において、新気の充填量を確保することができるので、吸気通路への既燃ガスの吹き返しを抑制しつつ、充填効率を確保することができる。また、新気が大量に導入されるので、筒内温度の低減をも図ることができ、ノッキングの抑制にも寄与する。

上記態様においては、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域内で、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにすることが好ましい。その場合には、運転状態に応じてＥＧＲ率と充填効率との調整を図ることができるので、高負荷側では、ＥＧＲ率を抑制しつつ、充填効率を高めることができるとともに、低負荷運転領域では、必要な充填効率を確保しつつＥＧＲ率を高めて筒内温度の上昇を図り、圧縮自己着火性能を向上することが可能になる。従って、個々の運転領域に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、最適なＥＧＲ率、充填効率を維持することが可能になる。

本発明の別の態様において、外部ＥＧＲ通路を介して冷却された排気ガスを吸気系に還流させる外部ＥＧＲ手段を備えるとともに、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域では、前記外部ＥＧＲ手段によるＥＧＲ量を増大させるようにしている。この態様では、外部ＥＧＲ手段によって、比較的冷たい外部ＥＧＲガスを筒内に導入することにより、筒内温度を低減し、ノッキングを抑制することができる。

本発明のさらに別の態様において、前記制御手段は、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷側の運転領域では高負荷運転領域に対して吸気弁の開弁量を小さくし、両運転領域の境界となる運転領域から高負荷側の運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御するものである。この態様では、低負荷運転領域および中負荷運転領域（低負荷運転領域と高負荷運転領域の境界部分となる運転領域）では、充填効率に対し、ブースト圧の変化割合が大きい特性になるものの、ＥＧＲ率を高め、筒内温度の上昇による確実な圧縮自己着火の実現や、ポンピングロスの低減を図ることが可能になる。一方、中負荷運転領域から高負荷側の運転領域では、充填効率に対し、ブースト圧の変化割合が小さい特性にして、ＥＧＲ率並びにそれに伴う温度上昇を抑制することにより、ノッキングを防止しつつ、充填効率を高めることが可能になる。ここで、本態様では、制御手段が、前記中負荷運転領域から高負荷運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御するので、筒内温度と充填効率とのバランスをスムーズに切換えて、運転状態に応じて最適な制御状態を得ることが可能になる。

さらに別の態様においては、吸気弁および排気弁を１気筒当たり２弁ずつ設け、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷運転領域では、一方の吸気弁を閉弁手段で停止させるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を構成している。この態様では、低負荷運転領域においては、一方の吸気弁を閉じるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるので、吸気時にスワールが生じる。この結果、筒内の混合気の乱れが生じ、吸気通路から導入された新気と排気弁から導入された既燃ガスとの混合が促進される。このため、速やかな温度上昇を図ることができ、より確実に圧縮自己着火を行うことが可能になる。また、前記乱れにより、燃料との混合も促進されるので、燃費が改善する他、リーン燃焼限界の向上にも寄与することになる。

本発明の具体的な態様においては、前記排気弁駆動手段は、排気行程で排気弁を開く第１排気カムと、吸気行程で排気弁を開く第２排気カムと、第２排気カムから排気弁への駆動伝達を遮断可能とするロストモーション機構とを備え、前記吸気弁駆動手段は、吸気弁のバルブリフト量および開弁期間の少なくとも一方を無段階に変更可能とする開弁量可変機構を備えている。

以上説明したように、本発明によれば、４サイクルガソリンエンジンで圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部ＥＧＲガスを確保しつつ、ノッキングを防止することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る４サイクルガソリンエンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン本体２０の一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。

同図を参照して、図示の４サイクルガソリンエンジン１０は、エンジン本体２０を備えている。エンジン本体２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。

シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。本実施形態において、各気筒２４の圧縮比は、１２に設定されている。

各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転数を検出するクランク角センサ２７が設けられている。

各燃焼室２６の側部には、当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。また、各燃焼室２６の頂部には、点火プラグ２９が装備され、そのプラグ先端が燃焼室２６内に臨んでいる。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。

エンジン本体２０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。

吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気管３１と、この吸気管３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２と、このインテークマニホールド３２から分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される分岐吸気管３３とを備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気通路２４ａが形成されており（図１参照）、前記分岐吸気管３３の下流端は、各気筒２４の吸気通路に対応して二股に形成されている。

吸気システム３０の吸気管３１には、エアフローセンサ３４が設けられている。また、各分岐吸気管３３には、共通の軸３５に一斉駆動される多連スロットル弁３６が設けられている。多連スロットル弁３６は、前記軸３５を回転駆動するアクチュエータ３７によって、開閉駆動されるように構成されている。

各気筒２４に設けられた各吸気通路２４ａには、吸気弁４０が設けられている。各吸気弁４０は、動弁機構４１によって駆動される構成になっている。動弁機構４１は、吸気弁４０の開弁タイミング（位相角度）を切換可能なＶＣＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃａｍｓｈａｆｔ Ｔｉｍｉｎｇ機構）４２と、吸気弁４０のリフト量（開弁量）を無段階で変更可能なＶＶＥ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｅｖｅｎｔ）４３とを備えている。

図３は、図１の実施形態に係る気筒に設けられた吸気弁４０および排気弁６０の模式的な平面略図である。

同図を参照して、各気筒２４に設けられた２つ一組の各吸気弁４０のうち、一方の吸気弁４０のバルブステム４０ａには、直動式のタペット６１が設けられているとともに、他方の吸気弁４０のバルブステム４０ａには、ＶＶＬ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｌｉｆｔ機構）７０が設けられている。

図４は、図１の実施形態に係る動弁機構４１の具体的な構成を示す斜視図である。

同図を参照して、動弁機構４１は、各気筒２４が並ぶ方向（図１参照）に沿って延びるカムシャフト４１ａを備えており、このカムシャフト４１ａにＶＣＴ４２とＶＶＥ４３とが組み込まれている。

ＶＣＴ４２は、カムシャフト４１ａの端部に固定されるロータ（入力部材）４２ａと、ロータ４２ａの外周に同心に配置されたケーシング（出力部材）４２ｂと、このケーシング４２ｂに固定され、前記カムシャフト４１ａの外周に相対的に回動自在に配置されたスプロケット４２ｃとを有している。スプロケット４２ｃには、クランクシャフト２１（図２参照）から駆動力を伝達するチェーン４２ｄが巻回されている。また、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとの間には、図略の作動油室が形成されており、電磁弁４２ｅの油圧制御によって、ロータ４２ａとケーシング４２ｂは、一体的な回転動作または相対的な回転動作に切換えられるようになっている。これにより、ＶＣＴ４２は、吸気弁４０の開弁開始時期および閉弁時期を同時に変更可能な作動時期可変機構を構成している。後述するように、電磁弁４２ｅは、制御装置としてのＥＣＵ１００のＶＣＴ制御手段１２２によって、駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとが連結／非連結するようになっている。

次に、ＶＶＥ４３は、各吸気弁４０に設けられた一対の吸気カム４３ａ、４３ｂを備えている。一方の吸気カム４３ａは、前記カムシャフト４１ａに固定されている。他方の吸気カム４３ｂは、カムシャフト４１ａに対し、相対回転自在に取り付けられている。この他方のカム４３ｂには、スリーブ状のカムジャーナル４３ｃが同心に固定されている。

本実施形態においては、各気筒２４に２つ一組で配置された吸気弁４０のうち、一方には、直動式のタペット６１が設けられているとともに、他方には、いわゆるロストモーション機能を有するＶＶＬ７０が設けられている。これに対応して、ＶＶＥ４３に駆動される吸気カム４３ｂがタペット６１を駆動し、カムシャフト４１ａに固定された吸気カム４３ａがＶＶＬ７０を駆動するように構成されている（図３参照）。

図５は、図４のＶＶＥの要部を示す断面図であり、（Ａ）は大リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、（Ｃ）は小リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。

図４並びに図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、カムシャフト４１ａに対して相対回転自在に取り付けられた吸気カム４３ｂを一方の吸気カム４３ａと同期させるために、カムシャフト４１ａには、気筒２４毎に設けられた偏心カム４３ｄが固定されている。この偏心カム４３ｄは、図５（Ａ）〜（Ｄ）から明らかなように、カムシャフト４１ａに対して偏心している。偏心カム４３ｄの外周には、オフセットリンク４３ｅが回動自在に取り付けられている。オフセットリンク４３ｅの外周部には、径方向に突出する突部４３ｆが一体に設けられている。この突部４３ｆには、カムシャフト４１ａと平行な連結ピン４３ｇが貫通しており、この連結ピン４３ｇによって、オフセットリンク４３ｅの両側面には、それぞれリンクアーム４３ｈ、４３ｉの一端部が回動自在に取り付けられている。一方のリンクアーム４３ｈは、オフセットリンク４３ｅと前記吸気カム４３ｂとを連結するものであり、その他端部が、カムシャフト４１ａと平行なピン４３ｊによって吸気カム４３ｂの膨出部近傍部分に回動自在に連結されている。また、他方のリンクアーム４３ｉは、オフセットリンク４３ｅの位相を変更するエキセントリックシャフト４３ｋにオフセットリンク４３ｅを連結するためのものであり、このエキセントリックシャフト４３ｋに固定されたコントロールアーム４３ｍの端部に対し、他端部がカムシャフト４１ａと平行なピン４３ｎで回動自在に連結されている。

図４に示すように、エキセントリックシャフト４３ｋの途中部には、扇形のウォームホイール４３ｐが固定されており、このウォームホイール４３ｐに噛合するウォームギヤ４３ｑが、ステッピングモータ４３ｒによって回転駆動されるようになっている。後述するように、ステッピングモータ４３ｒは、制御装置としてのＥＣＵ１００のＶＶＥ制御手段１２３によって、駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、コントロールアーム４３ｍの位相が決定され、それによって、オフセットリンク４３ｅの位相が決定されるので、タペット６１を駆動する吸気カム４３ｂの回動軌跡が当該吸気弁４０の軸方向において変化し、バルブリフト量が無段階で変更されるようになっている。

図５（Ｂ）を参照して、吸気弁４０のバルブステム４０ａに設けられたタペット６１は、吸気弁４０のバルブステム４０ａの端部に固定されている。他方、吸気弁４０のバルブステム４０ａは、周知のバルブガイド４０ｂにガイドされている。このバルブガイド４０ｂの外周には、スプリングシート部４０ｃが一体に形成されており、このスプリングシート部４０ｃには、当該タペット６１の内奥部に形成されたスプリングシート部６１ａとの間に縮設されるバルブスプリング４０ｄが着座している。

前記吸気カム４３ｂは、このタペット６１に接合し、バルブスプリング４０ｄの付勢力を受けている。

この状態において、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、ステッピングモータ４３ｒによりエキセントリックシャフト４３ｋおよびコントロールアーム４３ｍを回動させて、図５（Ａ）（Ｂ）に示すようにピン４３ｎをエキセントリックシャフト４３ｋの下方に位置付けると、吸気カム４３ｂの揺動角が大きくなり、リフトピークにおけるバルブのリフト量が最も大きな大リフト制御状態になる。また、そこからコントロールアーム４３ｍなどの回動によってピン４３ｎを上方へ移動させると、これに応じて吸気カム４３ｂの揺動角は小さくなり、図５（Ｃ）（Ｄ）に示すようにピン４３ｎをカムシャフト４１ａの上方に位置付けると、バルブのリフト量が最も小さな小リフト制御状態になる。

図５（Ａ）（Ｂ）に示す大リフト制御状態において、吸気カム４３ｂは、同図（Ｂ）に示すようにカムノーズの先端側でタペット６１を押圧し、該タペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせたリフトピークの状態（吸気カム４３ｂがタペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせた状態）と、同図（Ｄ）に示すように吸気弁４０（吸気弁４０）のリフト量が０になる状態との間で揺動する。小リフト制御状態である図５（Ｃ）（Ｄ）の場合も同様にリフトピークの状態（カムノーズの基端側でタペット６１を押圧）とリフト量０の状態との間で揺動する（同図（Ｃ）および（Ｄ）参照）。

図６は、図５（Ｂ）（Ｄ）の制御状態を模式的に表わすものであり、（Ａ）は大リフト制御位置、（Ｂ）は小リフト制御位置に対応している。なお図６（Ａ）（Ｂ）では、コントロールアーム４３ｍ、連結リンク４３ｈおよびリンクアーム４３ｉについては簡略に直線で表しており、また、偏心カム４３ｄの中心（オフセットリンク４３ｅの外輪の中心）の回転軌跡を符号Ｔ０として示している。

まず、図６（Ａ）を参照して吸気カム４３ｂ自体のプロファイルを説明すると、この吸気カム４３ｂの周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面（ベースサークル区間）θ１と、該θ１に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面（リフト区間）θ２とが形成されている。

図６（Ａ）に実線で示すのは吸気弁４０がリフトピーク近傍にある図５（Ｂ）の状態であり、このときには、連結リンク４３ｈによってピン４３ｊが最も上方に引き上げられ、吸気カム４３ｂは、カム面θ２のカムノーズ先端側がタペット６１に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはバルブリフト量Ｈが０の状態（図５（Ａ））であり、このときには吸気カム４３ｂの基円面θ１がタペット６１に接していて、吸気弁４０が閉じた状態になっている。

そして、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク４３ｅの一端側（図の下端側）は、図に矢印で示すようにカムシャフト４１ａの軸心Ｘ周りを公転することになるが、このオフセットリンク４３ｅの他端部の変位はそこに連結されたリンクアーム４３ｉによって規制される。すなわち、リンクアーム４３ｉは、エキセントリックシャフト４３ｋの下方に位置付けられたピン４３ｎを中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク４３ｅの他端側（連結ピン４３ｇ）は、偏心カム４３ｄが１回転する度に、ピン４３ｎを中心として往復円弧運動をすることになる（この連結ピン４３ｇの運動軌跡をＴ１として示す）。

前記連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ１に伴い、この同じ連結ピン４３ｇによって一端部がオフセットリンク４３ｅに連結されている連結リンク４３ｈの他端部（ピン４３ｊ）は、図にＴ２として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン４３ｊによって連結リンク４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン４３ｇが上方に移動するときには、連結リンク４３ｈによってピン４３ｊが上方に引き上げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズがタペット６１を押し下げ、これによりバルブスプリング４０ｄ（図５（Ｂ）参照）を圧縮しながら、吸気弁４０をリフトさせる。

一方、連結ピン４３ｇが下方に移動するときには、連結リンク４３ｈによってピン４３ｊが下方に押し下げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズが上昇することになるので、前記の圧縮されたバルブスプリング４０ｄの反力によってタペット６１が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、吸気弁４０が引き上げられて、吸気通路２４ａの吸気ポートが閉じられる。

つまり、大リフト制御状態では、吸気カム４３ｂがその周面の基円面θ１およびカム面θ２の略全体によってタペット６１を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応してバルブのリフト量が大きくなるものである。

また、前記の大リフト制御状態から、コントロールアーム４３ｍをエキセントリックシャフト４３ｋの軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させて、図５（Ｄ）や図６（Ｂ）に示すように、リンクアーム４３ｉの回動軸であるピン４３ｎを大リフト制御状態よりもカムシャフト４１ａの回転方向の手前側に位置付けると、小リフト制御状態になる。この図６（Ｂ）においても図６（Ａ）と同様に吸気弁４０がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、リフト量Ｈが０の状態を仮想線で示している。

図６（Ｂ）において、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が回転すると、前記大リフト制御状態と同様にオフセットリンク４３ｅの連結ピン４３ｇはリンクアーム４３ｉによって変位が規制され、エキセントリックシャフト４３ｋの側方に位置するピン４３ｎを中心として、往復円弧運動Ｔ３をする（リンクアーム４３ｉは図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する）。そして、その連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ３に伴って連結リンク４３ｈのピン４３ｊが往復円弧運動Ｔ４をし、そのピン４３ｊによって連結リンク４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁４０を開閉するようになる。

つまり、小リフト制御状態では、前記大リフト制御状態と比べて吸気カム４３ｂの揺動角が小さくなり、この吸気カム４３ｂが、その周面の基円面θ１およびこれに連続するカム面θ２の一部分のみによってタペット６１を押圧するようになって、バルブのリフト量が小さくなるものである。

上述したＶＣＴ４２、ＶＶＥ４３により、吸気弁４０は、その開閉タイミング並びにバルブリフト量Ｈを変更可能に構成されている（後述する図１２、図１３参照）。

次に、カムシャフト４１ａに直接駆動される吸気弁４０に設けられたＶＶＬ７０について説明する。

図７は、図１の実施形態に係るＶＶＬ７０の分解斜視図であり、図８は同ＶＶＬ７０の正面断面図、図９は同ＶＶＬ７０の平面断面図である。

これらの図を参照して、ＶＶＬ７０は、所定のタイミングで吸気カム４３ａが吸気弁４０のステム４０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。

ＶＶＬ７０は、矩形のハウジング７１と、ハウジング７１内に昇降可能に収容され、前記吸気弁４０のステム４０ａの端部（ステムエンド）に固定されるサイドタペット７２と、サイドタペット７２に対し、当該サイドタペット７２と相対変位可能に組み付けられ、吸気カム４３ａによって駆動されるセンタタペット７３とを有している。

ハウジング７１は、シリンダヘッド２３と一体化され、両タペット７２、７３の上死点位置およびサイドタペット７３の下死点位置を規制するとともに、センタタペット７３を吸気カム４３ａに対して臨ませる構造体である。

サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト４１ａと直交する直径方向に収容凹部７２ａを形成している。各壁部７２ｂには、前記カムシャフト４１ａと平行な挿通孔７２ｃが形成されている。各挿通孔７２ｃには、有底のスリーブ状ホルダ７５ａ、７５ｂが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。各ホルダ７５ａ、７５ｂは、後述するように、センタタペット７３のピン孔７３ａに収容されるピンユニット７８を駆動するためのものである。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側（他方のスリーブ状ホルダ７５ｂの反対側）には、軸受７６が固定されており、その転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａ（図８、図９参照）に転がり接触している。この結果、サイドタペット７２は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向（吸気弁４０を開閉する方向）沿いに移動可能になっている。サイドタペット７２の下部には、バルブスプリング４０ｄを受けるスプリングシート７２ｄが固定されている。

他方、センタタペット７３は、平面でみて前記サイドタペット７２の収容凹部７２ａの輪郭に沿う「Ｉ」字形の構造体であり、前記収容凹部７２ａと、ハウジング７１に設けられた係止部に規定されたストロークＳにおいて、サイドタペット７２に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記吸気カム４３ａに臨んでいる。

センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａの底部に配置された一対のコイルばね７７によって、常時、吸気カム４３ａの方へ付勢されている。このコイルばね７７の付勢力は、バルブスプリング４０ｄの付勢力よりも充分小さくなるよう、コイルばね７７のばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット７２の壁部７２ｂの上面と、センタタペット７３の上面とは、図８に示すように面一になっている。この自由状態において、センタタペット７３には、前記挿通孔７２ｃと同心に連通するピン孔７３ａが穿設されている。このピン孔７３ａには、ピンユニット７８が収容されている。ピンユニット７８は、前記一方のスリーブ状ホルダ７５ａの内に出没可能に設けられたロックプランジャ７８ａと、このロックプランジャ７８ａとスリーブ状ホルダ７５ａの間に介装されるコイルばね７８ｂと、ロックプランジャ７８ａのコイルばね７８ｂと反対側に同心に配置されたロックピン７８ｃと、ロックピン７８ｃを前記ロックプランジャ７８ａ側に駆動するために前記他方のスリーブ状ホルダ７５ｂ内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ７８ｄと、ロックピン７８ｃを支持するためにピン孔７３ａの両開口端に固定される一対のブッシュ７８ｅ、７８ｆと、ロックピン７８ｃの略中央部に一体形成されたフランジ７８ｇと軸受７６の配置されている側のブッシュ７８ｅとの間に介装されて、フランジ７８ｇを介し、ロックピン７８ｃをロック解除プランジャ７８ｄ側へ付勢するコイルばね７８ｈとを有している。自由状態において、ロックプランジャ７８ａ、ロックピン７８ｃは、それぞれ壁部７２ｂと、センタタペット７３との間に介在している。従って、この状態では、ロックプランジャ７８ａ、ロックピン７８ｃがセンタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になり、センタタペット７３が吸気カム４３ａに駆動されると、サイドタペット７２を介して、吸気弁４０のステム４０ａを押し下げ、吸気弁４０を開くことになる。

他方、ロックピン７８ｃのロックを解除するために、他方の壁部（軸受７６が設けられた壁部７２ｂと反対側の壁部）７２ｂと、この壁部７２ｂに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、作動油路ＰＨが形成されている。後述するＥＣＵ１００の制御によって、この作動油路ＰＨに作動油回路７９から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが、図８、図９の左側に駆動されて、ロックピン７８ｃを壁部７２ｂからセンタタペット７３へ押込み、これと同時にロックプランジャ７８ａも対応する壁部７２ｂ内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット７３が吸気カム４３ａに駆動されると、センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降し、その力は、コイルばね７７に吸収されて吸気弁４０のステム４０ａには伝達されなくなる。この結果、ピンユニット７８によるロックを解除することによって、いわゆるロストモーション機能を持たせ、吸気カム４３ａによる吸気弁４０の開弁を停止させることが可能になる。作動油回路７９には、電磁弁７９ａが設けられており、この電磁弁７９ａは、制御装置としてのＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。

次に、図１、図２を参照して、排気システム５０は、各気筒２４に２つ一組で形成された排気通路２４ｂに接続する二股状の分岐排気管５１と、各分岐排気管５１の下流端が集合するエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気管５３とを有している。排気管５３には、酸素濃度センサ５４が設けられている。

排気システム５０は、前記排気通路２４ｂ毎に設けられた排気弁６０を備えている。排気弁６０も、一つの気筒２４に対し、２つ一組で装備されている。そして、図３に示すように、排気システム５０においても、一方の排気弁６０には、上述した直動式のタペット６１が採用されているとともに、他方の排気弁６０には、ロストモーション機能を有するＶＶＬ７０が装備されている。図３に示すように、吸気システム３０に採用されたＶＶＬ７０と、排気システム５０に採用されたＶＶＬ７０は、互いに気筒２４を中心に対称系に配置されている。このため、後述するように、吸気弁４０のＶＶＬ７０が作動して、当該吸気弁４０を閉弁させた際、開弁動作を行う吸気弁４０に対して対角線上に位置する排気弁６０を再開弁動作させることができるようになっている。

図１および図２を参照して、排気システム５０に採用された動弁機構６２は、伝動機構６４と、伝動機構６４を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト６２ａと、カムシャフト６２ａに一体化されて、所定の位相で排気弁６０のステム６０ａを異なる位相で駆動する二組のカム６２ｂ、６２ｃと、これらカム６２ｂ、６２ｃとバルブステム６０ａとの間に介在するＶＶＬ７０とを有しており、残余の構成は、前記動弁機構４１と同様になっている。これらカム６２ｂ、６２ｃは、一方（図示の例ではカム６２ｂ）が排気行程において、気筒２４内の既燃ガスを排出するために排気弁６０を開く第１排気カムであり、他方（図示の例ではカム６２ｃ）が、後述する吸気弁４０の開弁タイミングにおいて排気弁６０を再度開いて、筒内に排気ガスを還流させる第２排気カムである。図示の例において、第１排気カム６２ｂは、２つ一組の対をなしており、第２排気カム６２ｃは、カムシャフト６２ａの軸方向において、第１排気カム６２ｂ、６２ｂ間に配置されている。

図１０は図１の実施形態に係る排気弁に採用されたＶＶＬ７０の正面断面図である。

同図に示すように、第１排気カム６２ｂは、ＶＶＬ７０のサイドタペット７２に接合しており、常時、排気弁６０を開閉動作させる構成になっている。他方、第２排気カム６２ｃは、センタタペット７３上に接合しており、後述する制御により、再開弁動作を停止することができるようになっている。なお図１０において、６２ｄは排気弁６０のバルブスプリングである。バルブスプリング６０ｄも吸気弁４０のバルブスプリング４０ｄと同様に、コイルばね７７の付勢力に対し、充分大きな付勢力を得られるようなばね係数に設定されている。

次に、図１、図２を参照して、前記吸気システム３０、排気システム５０の間には、過給機としてのターボチャージャ８０と、排気された既燃ガスを吸気システム３０に還流させる外部ＥＧＲシステム９０とが設けられている。

ターボチャージャ８０は、インテークマニホールド３２とエキゾーストマニホールド５２との間に形成された還流通路６５に介在し、排気圧によって駆動されるタービンセクション８１と、タービンセクション８１によって駆動され、還流通路６５の吸気側に新気を導入するコンプッサセクション８２と、コンプレッサセクション８２から導入された新気を冷却するインタークーラ８３とを有しており、基本的には、従来から用いられているものをそのまま適用することが可能である。

外部ＥＧＲシステム９０は、前記還流通路６５に前記ターボチャージャ８０と並列に接続され、ＥＧＲクーラー９１と、ＥＧＲ弁９２と、ＥＧＲ弁９２を駆動するアクチュエータ９３とを備えた公知のシステムである。

４サイクルガソリンエンジン１０には、運転制御装置としてのＥＣＵ１００が設けられている。

図１を参照して、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。

ＥＣＵ１００のメモリ１０２には、図１１〜図１５の特性に基づく制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図２に示すように、運転状態を判定する運転状態判定手段１１０と、判定された運転状態に応じて吸気弁４０の動弁機構４１、６２を制御するバルブ制御手段１２０とを機能的に有している。なお、バルブ制御手段１２０は、電磁弁７９ａ、１７９ａを駆動制御することにより、吸気システム３０および排気システム５０にそれぞれ採用されているＶＶＬ７０のロックを切換制御するＶＶＬ制御手段１２１と、吸気システム３０の動弁機構４１に設けられたＶＣＴ４２の電磁弁４２ｅを制御するＶＣＴ制御手段１２２と、吸気システム３０に設けられたＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを制御するＶＶＥ制御手段１２３とを機能的に備えている。

ＥＣＵ１００のバス１０４には、入力要素として、クランク角センサ２７、エアフローセンサ３４、酸素濃度センサ５４、並びにアクセル開度センサ６６が接続されている。他方、制御要素として、スロットル弁３６のアクチュエータ３７、動弁機構４１のＶＣＴ４２に設けられた電磁弁４２ｅ、各ＶＶＬ７０を駆動する作動油回路７９、１７９の電磁弁７９ａ、１７９ａ、吸気システム３０に設けたＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒ、並びに外部ＥＧＲシステム９０のアクチュエータ９３が接続されている。

次に、ＥＣＵ１００に記憶されている制御特性について、図１１〜図１５を参照しながら説明する。

図１１は、図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。

同図を参照して、ＥＣＵ１００に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火運転（図中にＨＣＣＩと表記）を行う領域Ａと、この領域Ａ以外の領域Ｂとが設定されている。領域Ａは、比較的回転数ｎｅが低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の場合が設定されている。

領域Ａでは、さらに、エンジン負荷が低負荷側の低負荷運転領域Ａ１と、高負荷側の高負荷運転領域Ａ２とに分けられており、両者の境界部分が中負荷運転領域Ａ３となっている。

ＥＣＵ１００の運転状態判定手段１１０は、クランク角センサ２７やアクセル開度センサ６６等から、エンジンの運転状態を検出し、何れの運転状態にあるかを判定する。

図１２および図１３は、図１１において、排気弁６０の再開弁動作を行わせる領域Ａと判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。

各図を参照して、本実施形態においては、運転状態が領域Ａにあると判定された場合、バルブ制御手段１２０は、吸気弁４０を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気行程の途中で排気弁６０に再開弁動作を開始させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に排気弁６０を閉弁させるように設定されている。

この設定に対する制御は、バルブ制御手段１２０のＶＶＬ制御手段１２１が、各動弁機構４１、６２の電磁弁７９ａ、１７９ａを、ＶＶＥ制御手段１２３が、吸気システム３０のＶＶＥ４３を制御することにより実現される。

具体的には、運転領域が領域Ａである場合、ＶＶＬ制御手段１２１は、吸気システム３０に採用されているＶＶＬ７０のロックを解除して、専ら吸気カム４３ｂのみによって、開弁動作するように制御するとともに、排気システム５０に採用されているＶＶＬ７０のロックを保持して、排気弁６０による再開弁動作を行われるように制御する。また、ＶＶＥ制御手段１２３は、吸気システム３０に採用されているＶＶＥ４３を制御することにより、吸気カム４３ｂによる開弁量を無段階で変更するように制御する。

ここで、運転状態が低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３であると判定された場合、図１２に示すように、吸気弁４０のバルブリフト量（開弁量）Ｈは、小リフト量に設定される。排気弁６０の再開弁動作時のバルブリフト量（開弁量）Ｈは、排気カム６２ｃのカム形状により、吸気弁４０が小リフト量に設定されているときと概ね同量のバルブリフト量に設定されている。この態様では、動弁機構４１のＶＣＴ制御手段１２２は、吸気弁４０を上死点（クランク角度ＣＡ＝０°）付近で開弁動作させ、吸気行程が２／３（クランク角度ＣＡ＝１２０°）経過した付近で閉弁動作させるように構成されている。また、ＶＶＥ制御手段１２３は、図５（Ｃ）（Ｄ）、図６（Ｂ）で説明したように、ＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを駆動制御することにより、バルブリフト量Ｈを小リフトに設定する。

他方、運転状態が高負荷運転領域Ａ２であると判定された場合、図１３に示すように、吸気弁４０のバルブリフト量（開弁量）Ｈが大リフト量に設定される。この態様では、動弁機構４１のＶＣＴ制御手段１２２は、吸気弁４０を上死点（クランク角度ＣＡ＝０°）付近で開弁動作させ、吸気行程が３／４（クランク角度ＣＡ＝１３５°）経過後の下死点（クランク角度ＣＡ＝１８０°）前（例えばクランク角度ＣＡ＝１５０°）付近で閉弁動作させるように構成されている。また、ＶＶＥ制御手段１２３は、図５（Ａ）（Ｂ）、図６（Ａ）で説明したように、ＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを駆動制御することにより、バルブリフト量Ｈを大リフトに設定する。

このように、本実施形態のバルブ制御手段１２０は、エンジン負荷に応じ、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域Ａ２では低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３に比べて吸気弁４０のバルブリフト量Ｈが大きくなるように吸気弁駆動手段としての動弁機構４１を制御する制御手段を構成している。

ここで、本実施形態においては、低負荷運転領域Ａ１では、一方の吸気弁４０を閉弁手段としてのＶＶＬ７０およびコントロール弁７９ａで停止させ、吸気カム４３ａのみがタペット６１を駆動することによって、吸気動作を行うようにするとともに、開弁動作を行う吸気弁４０に対して対角線上に位置する排気弁６０（図３において、ＶＶＬ７０が配置されている側の排気弁６０）を再開弁動作させるように動弁機構４１およびＶＶＥ４３を構成している。従って本実施形態では、低負荷運転領域Ａ１においては、一方の吸気弁４０を閉じるとともに、開弁動作を行う吸気弁４０に対して対角線上に位置する排気弁６０を再開弁動作させるので、吸気時にスワールが生じる。この結果、気筒２４内の混合気の乱れが生じ、吸気通路２４ａから導入された新気と排気弁６０から導入された既燃ガスとの混合が促進される。このため、速やかな温度上昇を図ることができ、より確実に圧縮自己着火を行うことが可能になる。また、乱れにより、燃料との混合も促進されるので、燃費が改善する他、リーン燃焼限界の向上にも寄与することになる。

なお、運転領域が領域Ｂであると判定された場合、ＶＶＬ制御手段１２１は、吸気システム３０に採用されているＶＶＬ７０のロックを保持し、両吸気カム４３ａ、４３ｂによって、開弁動作するように制御するとともに、排気システム５０に採用されているＶＶＬ７０のロックを解除して、排気弁６０による再開弁動作を制止する。これにより、一般的な運転モードを得ることが可能になる。

図１２、図１３のような設定で開弁動作を制御した場合、圧縮上死点付近での筒内温度Ｔｐ、ブースト圧Ｐ、充填効率ηｖ、内部ＥＧＲ率ｍは、それぞれ図１４および図１５で示す特性になる。

図１４は、ブースト圧Ｐを横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度Ｔｐ、充填効率ηｖ、内部ＥＧＲ率ｍの関係を示したグラフであり、図１５は、充填効率ηｖを横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度Ｔｐ、ブースト圧Ｐの関係を示したグラフである。なお各グラフにおいて、添え字Ｌは、図１２の特性に基づく低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３での運転状態、添え字Ｈは、図１３の特性に基づく高負荷運転領域Ａ２での運転状態の特性であることをそれぞれ示している。

図１４に示すように、ブースト圧Ｐの変化割合と筒内温度Ｔｐとの関係では、図１２、図１３の何れの特性においても、ブースト圧Ｐが高圧になるにつれて、筒内温度Ｔｐが減少する特性なっているとともに、図１３の特性を採用した場合の方が、筒内温度Ｔｐが低くなり、図１２の特性を採用した場合には、筒内温度Ｔｐが高くなるようになっている。これは、図１２の特性では、排気弁６０の再開弁動作時に既燃ガスが気筒２４内に導入されやすくなることによって、内部ＥＧＲ率ｍが高まるため（図１４の内部ＥＧＲ率ｍ_L参照）、吸気行程において、吸気弁４０が小リフト量で開弁することと相俟って、新気の導入量が制限され、筒内温度が上がりやすい傾向にあるからである。これによって、本実施形態では、低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３での筒内温度Ｔｐを比較的高温に維持し、ポンピングロスを低減しつつ、確実な圧縮自己着火を実現することが可能になる。

他方、図１３の特性では、吸気行程において、吸気弁４０が大バルブリフト量で開弁するので、新気が導入されやすくなり、ＥＧＲ率が相対的に低減されるからである。ここで本実施形態におけるＥＣＵ１００は、高負荷運転領域Ａ２においては、多連スロットル弁３６を閉じ気味にして、新気量を低減し、外部ＥＧＲ率を高めるように設定されている。これにより、外部ＥＧＲ手段としての外部ＥＧＲシステム９０によって、比較的冷たい外部ＥＧＲガスを筒内に大量に導入することと相俟り、筒内温度Ｔｐを低減し、ノッキングを抑制することができる。

また、図１５を参照して、充填効率ηｖとブースト圧Ｐとの関係で見ると、図１２の特性では、内部ＥＧＲ率ｍが高くなるため、高いブースト圧Ｐでも、低めの充填効率ηｖ（エンジン負荷相当）とすることができる。ここで本実施形態におけるＥＣＵ１００は、低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３においては、多連スロットル弁３６を開き気味にするように設定されている。これにより、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図ることができることになる。

他方、図１３の特性では、内部ＥＧＲ率ｍが抑制されて、同一ブースト圧Ｐに対する充填効率ηｖは高くなっており、新気による充填効率ηｖが優先されている。そのため、大気圧に近い高いブースト圧Ｐにおいて、高めの充填効率ηｖを確保することができる。従って、高負荷運転領域Ａ２においては、吸気通路２４ａへの既燃ガスの吹き返しが抑制され、新気による冷却効果と相俟って、ノッキング防止を図ることができる。さらに本実施形態では、吸気弁４０のバルブリフト量を大バルブリフトに変更することにより、外部ＥＧＲシステム９０による比較的低温の外部ＥＧＲガスを大量に導入することができる結果、一層、ノッキングの抑制に寄与することになる。

ここで、図１５の仮想線Ｐｓで示すように、本実施形態においては、上述したＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを無段階で制御し、エンジン負荷が漸増するに連れて、滑らかに図１２の特性から図１３の特性にシフトするように前記バルブ制御手段１２０のＶＶＥ制御手段１２３が設定されている。これにより、個々の運転状態に対して、最適な特性でエンジンの吸排気制御を実行することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態においては、排気弁６０を吸気行程で再開弁動作させるに当たり、排気弁駆動手段としての動弁機構６２が吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させるので、新気が排気通路２４ｂから排出されるのを抑制するとともに、吸気通路２４ａ側へ既燃ガスが排出されるのを抑制しつつ、排気弁駆動手段としての動弁機構６２によって、排気弁６０が吸気行程途中で再開弁動作し、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁するので、この開弁動作において、排気行程で排出された既燃ガスを内部ＥＧＲガスとして比較的大量に気筒２４内に導入することができる。これにより、ブースト圧Ｐ（吸気圧力）ができるだけ高い状態（大気圧側に寄った状態）で、充填効率ηｖと内部ＥＧＲ率ｍが変化する範囲を拡げて、エンジンの運転状態の変化に応じ、エンジン負荷に適した必要な充填効率ηｖと適正な内部ＥＧＲ率ｍを確保できる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を向上することができる。また、吸気行程において排気弁６０を開く構成を採用しているので、排気弁６０がピストンと干渉しないタイミングで内部ＥＧＲを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高めることが可能になる（例えば圧縮比＝１２）。そして、本実施形態では、このＶＶＥ４３を制御手段としてのバルブ制御手段１２０（より詳細には、ＶＶＥ制御手段１２３）が制御することにより、エンジン負荷に応じ、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域Ａのうちの高負荷運転領域Ａ２では低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３に比べて吸気弁４０のバルブリフト量Ｈが大きくなるので、ノッキングが生じやすい高負側ほど、内部ＥＧＲガスの導入量を減らして、筒内温度Ｔｐの過剰上昇を抑制することが可能になる。この結果、圧縮自己着火が可能な領域を可及的に高負荷運転領域Ａ２にまで拡げることが可能になる。

特に本実施形態では、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域Ａ２では、吸気弁４０のバルブリフト量Ｈを排気弁６０の再開弁動作によるバルブリフト量Ｈよりも大きくなるように設定している。従って、本実施形態では、高負荷運転領域Ａ２において、新気の充填量を確保することができるので、吸気通路２４ａへの既燃ガスの吹き返しを抑制しつつ、充填効率ηｖを確保することができる。また、新気が大量に導入されるので、筒内温度Ｔｐの低減をも図ることができ、ノッキングの抑制にも寄与する。

さらに本実施形態においては、図１２、図１３で説明したように、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域Ａ内で、吸気弁４０のバルブリフト量Ｈを排気弁６０の再開弁動作によるバルブリフト量Ｈ以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにしている。そのため本実施形態では、運転状態に応じて内部ＥＧＲ率ｍと充填効率ηｖとの調整を図ることができるので、高負荷側では、内部ＥＧＲ率ｍを低減しつつ、充填効率ηｖを高めることができるとともに、低負荷運転領域Ａ１では、内部ＥＧＲ率ｍを高めて筒内温度Ｔｐの上昇を図り、圧縮自己着火性能を向上することが可能になる。従って、個々の運転領域に応じて、最適な内部ＥＧＲ率ｍ、充填効率ηｖを維持することが可能になる。

また本実施形態においては、還流通路（外部ＥＧＲ通路）６５を介して冷却された排気ガスを吸気システム３０に還流させる外部ＥＧＲ手段としての外部ＥＧＲシステム９０を備えるとともに、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域、すなわち、高負荷運転領域Ａ２では、外部ＥＧＲシステム９０による内部ＥＧＲ率ｍを増大させるようにしている。従って、本実施形態では、外部ＥＧＲシステム９０によって、比較的冷たい外部ＥＧＲガスを気筒２４に導入することにより、筒内温度Ｔｐを低減し、ノッキングを抑制することができる。

さらに本実施形態のバルブ制御手段１２０は、図１５で説明したように、排気弁６０の再開弁動作を行わせる運転領域Ａのうちの低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３では、高負荷運転領域Ａ２に対して吸気弁４０のバルブリフト量Ｈを小さくし、中負荷運転領域Ａ３から高負荷運転領域Ａ２に移行するにつれて吸気弁４０のバルブリフト量Ｈを次第に増大させるように動弁機構４１、６２を制御するものである。本実施形態では、低負荷運転領域Ａ１および中負荷運転領域Ａ３では、充填効率ηｖに対し、ブースト圧の変化割合が大きい特性になるものの、内部ＥＧＲ率ｍを高め、筒内温度Ｔｐの上昇による確実な圧縮自己着火の実現や、ポンピングロスの低減を図ることが可能になる。一方、高負荷運転領域Ａ２では、充填効率ηｖに対し、ブースト圧の変化割合が小さい特性にして、内部ＥＧＲ率ｍ並びにそれに伴う温度上昇を抑制することにより、ノッキングを防止しつつ、充填効率ηｖを高めることが可能になる。ここで、本実施形態では、バルブ制御手段１２０が、中負荷運転領域Ａ３から高負荷運転領域Ａ２に移行するにつれて吸気弁４０のバルブリフト量Ｈを次第に増大させるように動弁機構４１、６２を制御するので、筒内温度Ｔｐと充填効率ηｖとのバランスをスムーズに切換えて、運転状態に応じて最適な制御状態を得ることが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、４サイクルガソリンエンジン１０で圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、ブースト圧Ｐを可及的に高めながら充填効率ηｖの変化幅を拡大することにより、エンジンの運転状態の変化に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、圧縮自己着火やトルクの確保のために適した必要な充填効率ηｖと適正な内部ＥＧＲ率ｍとを確保するという顕著な効果を奏する。

上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

図１６は、本発明の別の実施形態に係る気筒の一つを概略的に示す平面略図であり、図１７は、同実施形態に対応する吸気システムの動弁機構を概略的に示す斜視図である。

まず、図１６を参照して、図示の実施形態では、吸気弁４０および排気弁６０を１気筒当たり２弁ずつ設けるに当たり、吸気システム３０については、ＶＶＬを採用せず、何れの吸気弁４０にも直動式のタペット６１が装備されている。他方、図１７に示すように、各吸気弁４０のタペット６１を駆動する吸気カム４３ａ、４３ｂは、カムジャーナル４３ｃを介して一体化されている。

この構成におけるＶＶＥ制御手段１２３は、領域Ａでの運転時には、バルブリフト量Ｈを最大リフト量に設定し、領域Ａでの運転時には、エンジン負荷に応じてバルブリフト量Ｈを増減するように構成される。

この構成では、図１の実施形態のように、スワール効果を持たせるような開弁動作はできないものの、吸気システム３０にＶＶＬやＶＶＬを制御する油圧機構が不要となるので、ハード面で構成を簡略化し、コストを低減することが可能になる。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることは、いうまでもない。

本発明の実施の一形態に係る４サイクルガソリンエンジンの概略構成を示す構成図である。 図１に係るエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。 図１の実施形態に係る気筒に設けられた吸気弁および排気弁の模式的な平面略図である。 図１の実施形態に係る動弁機構の具体的な構成を示す斜視図である。 図４のＶＶＥの要部を示す断面図であり、（Ａ）は大リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、（Ｃ）は小リフト制御状態においてリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。 図５（Ｂ）（Ｄ）の制御状態を模式的に表わすものであり、（Ａ）は大リフト制御位置、（Ｂ）は小リフト制御位置に対応している。 図１の実施形態に係るＶＶＬの分解斜視図である。 同ＶＶＬの正面断面図である。 同ＶＶＬの平面断面図である。 図１の実施形態に係る排気弁に採用されたＶＶＬの正面断面図である。 図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。 図１１において、排気弁の再開弁動作を行わせる領域と判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。 図１１において、排気弁の再開弁動作を行わせる領域と判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。 ブースト圧を横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度、充填効率、ＥＧＲ率の関係を示したグラフである。 充填効率を横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度、ブースト圧の関係を示したグラフである。 本発明の別の実施形態に係る気筒の一つを概略的に示す平面略図である。 同実施形態に対応する吸気システムの動弁機構を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

１０ サイクルガソリンエンジン
２０ エンジン本体
２１ クランクシャフト
２２ シリンダブロック
２３ シリンダヘッド
２４ 気筒
２４ａ 吸気通路
２４ｂ 排気通路
２５ ピストン
２６ 燃焼室
２７ クランク角センサ
２８ 燃料噴射弁
２９ 点火プラグ
２９ａ 点火回路
３０ 吸気システム
４０ 吸気弁
４１ 動弁機構
５０ 排気システム
６０ 排気弁
６２ 動弁機構
６２ｂ カム（第１排気カムの一例）
６２ｃ カム（第２排気カムの一例）
７０ ＶＶＬ
９０ 外部ＥＧＲシステム
１００ ＥＣＵ（運転制御装置の一例）
１１０ 運転状態判定手段
１２０ バルブ制御手段（制御手段の一例）
１２１ ＶＶＬ制御手段
１２２ ＶＣＴ制御手段
１２３ ＶＶＥ制御手段
Ａ 領域（再開弁動作を行わせる領域の一例）
Ａ１ 低負荷運転領域
Ａ２ 高負荷運転領域
Ａ３ 中負荷運転領域（境界部分）
Ｐ ブースト圧
Ｈ バルブリフト量
ｍ 内部ＥＧＲ率
ηｖ 充填効率

Claims (7)

1. エンジンの所定運転領域において、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作により、内部ＥＧＲで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした４サイクルガソリンエンジンにおいて、
   前記排気弁の再開弁動作時に吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させる排気弁駆動手段と、
   少なくとも前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域で、吸気弁を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気弁の開弁量を変更可能にする吸気弁駆動手段と、
   エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるように吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
2. 請求項１記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域では、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
3. 請求項２記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域内で、吸気弁１弁の開弁量を排気弁１弁の再開弁動作による開弁量以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにしたことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   外部ＥＧＲ通路を介して冷却された排気ガスを吸気系に還流させる外部ＥＧＲ手段を備えるとともに、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域では、前記外部ＥＧＲ手段によるＥＧＲ量を増大させるようにしたことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   前記制御手段は、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷側の運転領域では高負荷運転領域に対して吸気弁の開弁量を小さくし、両運転領域の境界となる運転領域から高負荷側の運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御することを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   吸気弁および排気弁を１気筒当たり２弁ずつ設け、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷運転領域では、一方の吸気弁を閉弁手段で停止させるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を構成したことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
   前記排気弁駆動手段は、排気行程で排気弁を開く第１排気カムと、吸気行程で排気弁を開く第２排気カムと、第２排気カムから排気弁への駆動伝達を遮断可能とするロストモーション機構とを備え、
   前記吸気弁駆動手段は、吸気弁のバルブリフト量および開弁期間の少なくとも一方を無段階に変更可能とする開弁量可変機構を備えたことを特徴とする４サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。

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