JP2009024560A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関でＥＧＲ制御を行うときに、吸入空気と排気ガスとを十分に混合した状態で燃焼させることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０は、吸気側の可変動弁機構６６と、排気側のＶＶＴ７４とを備える。ＥＧＲ制御を行うときには、ＶＶＴ７４によって排気バルブ２６の閉弁時期を吸気上死点よりも進角側で、かつ吸気バルブ２２，２４の開弁時期以前に設定する。また、可変動弁機構６６によって吸気バルブ２２，２４の間にリフト量の差を生じさせる。これにより、吸気上死点の手前側では、燃焼室１６内の排気ガスを吸気通路３０内に逆流させることができる。しかも、この排気ガスを、リフト量の差に応じて偏った向きに噴出させることができる。従って、吸入空気と排気ガスとを均質に混合させた状態で再び気筒１２内に吸込むことができ、ＥＧＲ制御を安定的に行うことができる。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の運転状態を制御する制御装置に係り、特に、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００５−２９９４７３号公報）に開示されているように、運転状態に応じてＥＧＲ制御を行う構成とした内燃機関が知られている。従来の内燃機関は、ＥＧＲ制御を行うときに、排気弁の閉弁時期と吸気弁の開弁時期とを制御し、これらの間の時間差を変化させるようにしている。

これにより、従来技術では、気筒内で発生する排気ガスの一部を吸気ポートから吸気通路に逆流させる。そして、この排気ガスを、吸入空気と共に気筒内に再び流入させることにより、ＥＧＲ制御（所謂、内部ＥＧＲ）を行う構成としている。また、他の従来技術としては、専用のＥＧＲ通路によって排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させることにより、ＥＧＲ制御（外部ＥＧＲ）を行う構成とした内燃機関もある。

特開２００５−２９９４７３号公報

上述した従来技術では、気筒内で発生する排気ガスの一部を吸気通路に逆流させることにより、内部ＥＧＲを行う構成としている。しかし、吸気通路に逆流した排気ガスは、短時間で再び気筒内に流入する。従って、この排気ガスは、吸入空気と十分に混ざり合っていない状態で気筒内に流れ込むことになり易い。

また、外部ＥＧＲを行う場合にも、ＥＧＲ通路と吸気通路との合流部は、部品レイアウト上の制約等によって吸気ポートの近くに配置されることが多い。このため、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れ込んだ排気ガスは、比較的短時間で気筒内に流入する。従って、この排気ガスは、単に層流状態でのガス拡散によって吸入空気と混ざり合うだけとなり、吸入空気とは十分に混合されることなく、気筒内に流れ込むことになり易い。

このため、従来技術では、内部ＥＧＲや外部ＥＧＲを行うときに、気筒内で排気ガスの分布が不均質な状態となり、これによってＥＧＲ制御の効果が十分に発揮されないばかりか、内燃機関の燃焼状態に悪影響が生じるという問題がある。特に近年では、排気ガス規制の強化に伴ってＥＧＲ率を大きく設定する傾向があり、このような状況下では、前述した問題によって排気エミッションを向上させるのが難しくなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内部ＥＧＲや外部ＥＧＲを行うときに、吸入空気と排気ガスとを十分に混合した状態で燃焼させることができ、運転性能や排気エミッションを向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の燃焼室に設けられた複数の吸気ポートをそれぞれ開，閉する複数の吸気バルブと、
前記燃焼室に設けられた排気ポートを開，閉する排気バルブと、
前記各吸気バルブのうち少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を変化させる吸気側可変動弁機構と、
前記排気バルブの開閉時期を変化させる排気側可変動弁機構と、
前記各吸気バルブの開弁時期を内燃機関の吸気側に排気ガスの吹き返しが生じ得る時期に設定する吸気側開弁時期設定手段と、
前記排気バルブの閉弁時期を前記排気側可変動弁機構によって吸気上死点よりも進角側に設定する早期閉弁制御を行う排気側早期閉弁手段と、
前記吸気側可変動弁機構によって前記各吸気バルブのうち少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を他の吸気バルブのリフト量と異なる大きさに設定するリフト量偏差制御を行う吸気側リフト量偏差手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、前記排気ポートから排出される排気ガスの一部を内燃機関の吸気側に還流させてＥＧＲ制御を行うためのＥＧＲ手段を備え、
前記排気側早期閉弁手段と前記吸気側リフト量偏差手段は、前記ＥＧＲ制御が行われているときに、前記早期閉弁制御と前記リフト量偏差制御とを実行する構成としている。

第３の発明によると、前記吸気側開弁時期設定手段は、前記各吸気バルブを吸気上死点よりも進角側で開弁させる構成とし、前記排気側早期閉弁手段は、前記排気バルブを前記各吸気バルブの開弁時期と同時期に閉弁させる構成としている。

第４の発明によると、前記吸気側開弁時期設定手段は、前記各吸気バルブを吸気上死点よりも進角側で開弁させる構成とし、前記排気側早期閉弁手段は、前記排気バルブを前記各吸気バルブの開弁時期よりも進角側で閉弁させる構成としている。

第５の発明によると、前記吸気側リフト量偏差手段は、前記他の吸気バルブを最大リフト量に保持した状態で、前記少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を前記最大リフト量よりも小さく設定する構成としている。

第１の発明によれば、内燃機関の運転時には、吸気上死点となる前に、排気側早期閉弁手段によって排気バルブを閉弁することができる。また、吸気バルブは、内燃機関の燃焼室から吸気側（吸気通路）に排気ガスの吹き返しが生じ得るような時期（例えば吸気上死点の近傍、好ましくは吸気上死点よりも進角側となる時期）に開弁することができる。このため、吸気バルブが開弁したときには、燃焼室内に残留した排気ガスを吸気ポートから吸気通路に逆流（吹き返し）させることができる。

しかも、この吹き返しが生じるときには、吸気側リフト量偏差手段によって少なくとも１つの吸気バルブと他の吸気バルブとの間にリフト量の差をつけることができる。これにより、吸気ポート全体の流路面積を必要に応じて通常時よりも減少させることができる。従って、吸気ポートから吹き返す排気ガスの流速を増大させることができ、この排気ガスを吸気通路内に勢いよく噴出させることができる。

また、吸気バルブのリフト量に差をつけることができるので、吸気通路では、このリフト量の差に応じて排気ガスを偏った向きに噴出させることができる。このように、偏った向きに噴出した排気ガスは、吸気通路の壁面等で向きを変えることにより、吸気通路内に排気ガスの乱流を形成することができる。

従って、この排気ガスは、吸気通路内を流れる吸入空気に対して乱流状態で十分に混ざり合うことができ、これらの吸入空気と排気ガスとによって均質な混合ガスを形成することができる。そして、この均質な混合ガスは、内部ＥＧＲガスとなって燃焼室内に流入する。このため、均質な内部ＥＧＲガスを効率よく生成することができ、内部ＥＧＲ制御を円滑に行うことができる。これにより、ＥＧＲ制御の効果を十分に発揮させることができ、運転性能や排気エミッションを向上させることができる。

第２の発明によれば、ＥＧＲ手段は、排気ポートから排出される排気ガスの一部を吸気通路に還流させて外部ＥＧＲ制御を行うことができる。この場合、吸気ポートから吸気通路内に逆流する排気ガスの乱流は、ＥＧＲ手段によって吸気通路内に流入してくる排気ガスと、吸入空気とを効率よく攪拌することができる。このため、外部ＥＧＲ制御を行う場合でも、吸入空気と排気ガスとを良好に混合させることができ、これによって均質な外部ＥＧＲガスを生成することができる。従って、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの両方において、ＥＧＲ制御の効果を十分に発揮させることができ、運転性能や排気エミッションを向上させることができる。

第３の発明によれば、吸気上死点よりも進角側で排気バルブが閉弁するときに、吸気バルブを一緒に開弁させることができる。これにより、燃焼室内の排気ガスは、排気バルブが閉じた時点から吸気通路内に速やかに逆流することができる。このため、燃焼室内では、排気ガスに対して無駄な圧縮動作を行わずに済むから、この圧縮動作によるポンピングロスを防止することができ、内燃機関を効率よく運転することができる。

第４の発明によれば、排気バルブが閉弁してから時間が経過した後に、吸気バルブを開弁させることができる。この時間中には、吸気側と排気側のバルブが両方とも閉弁した状態となるので、燃焼室内に残留している排気ガスをピストンの上昇動作によって圧縮することができる。そして、吸気バルブが開弁したときには、圧縮状態の排気ガスを吸気ポートから吸気通路内に勢いよく噴出させることができる。従って、吸気通路内に逆流する排気ガスの流れをより一層強くすることができ、吸入空気と排気ガスとを効率よく混合させることができる。

第５の発明によれば、吸気側リフト量偏差手段は、少なくとも１つの吸気バルブを最大リフト量よりも小さなリフト量に設定しつつ、他の吸気バルブを最大リフト量に保持することができる。これにより、他の吸気バルブを大きく開弁させた状態で、吸気系統への要求等に応じて少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を変化させることができる。そして、この吸気バルブのリフト量を変化させたとしても、他の吸気バルブとの間には、可能な限り大きなリフト量の差を設けることができ、排気ガスが逆流するときに偏った流れを効率よく形成することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図９を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。ここで、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための図を示し、図１に示す内燃機関１０は、例えば４気筒型のディーゼルエンジンによって構成されている。また、図２は、内燃機関１０を構成する１つの気筒１２の断面図を示している。

まず、図２を参照して、個々の気筒１２について説明すると、これらの気筒１２内には、ピストン１４との間に燃焼室１６が画成されている。また、燃焼室１６には、２つの吸気ポート１８と、２つの排気ポート２０とが開口している（それぞれ１つのみ図示）。

これら２つの吸気ポート１８のうち、一方の吸気ポート１８は、第１吸気バルブ２２によって開，閉され、他方の吸気ポート１８は第２吸気バルブ２４（図４参照）によって開，閉される。また、２つの排気ポート２０も同様に、排気バルブ２６によってそれぞれ開，閉される。さらに、各気筒１２には、燃焼室１６内に燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。

次に、図１を参照して、全体のシステム構成について説明する。内燃機関１０の吸気側には、各気筒１２内に空気（吸入空気）を吸込む吸気通路３０が設けられている。吸気通路３０は、当該吸気通路３０の一部を構成する吸気マニホールド３２を介して各気筒１２の吸気ポート１８に接続されている。また、吸気通路３０には、内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットル弁３４が設けられている。

一方、内燃機関１０の排気側には、各気筒１２内で生じた排気ガスを外部に排出する排気通路３６が設けられている。排気通路３６は、当該排気通路３６の一部を構成する排気マニホールド３８を介して各気筒１２の排気ポート２０に接続されている。また、排気通路３６の途中には、排気浄化触媒４０が設けられている。排気浄化触媒４０は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の成分を浄化したり、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕集する。

また、内燃機関１０には燃料ポンプ４２が設けられている。この燃料ポンプ４２は、内燃機関１０によって駆動され、コモンレール４４を介して各気筒１２の燃料噴射弁２８に燃料を供給する。また、燃料ポンプ４２には、燃料通路４６を介して燃料添加弁４８が接続されている。この燃料添加弁４８は、排気マニホールド３８内を流れる排気ガスに燃料を添加し、これによって排気浄化触媒４０の還元処理等を行う。

さらに、吸気通路３０と排気通路３６（排気マニホールド３８）との間には、排気ガスが流れるＥＧＲ通路５０と、このＥＧＲ通路５０を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁５２とが設けられている。これらのＥＧＲ通路５０とＥＧＲ弁５２とは、各気筒１２の排気ポート２０から排出される排気ガスの一部を吸気通路３０側に還流させるＥＧＲ制御を行うためのＥＧＲ手段を構成している。また、吸気通路３０と排気通路３６との間には、排気ガスの圧力を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ５４が設けられている。

また、内燃機関１０は、その運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５６を備えている。このＥＣＵ５６の入力側には、例えば内燃機関１０の吸入空気量を検出するエアフロメータ５８と、内燃機関１０の機関回転数に応じた信号を出力する回転センサ６０とを含むセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ５２の出力側には、各気筒１２の燃料噴射弁２８、燃料添加弁４８、ＥＧＲ弁５２等からなる各種のアクチュエータが接続されている。

このアクチュエータには、後述の吸気側可変動弁機構６６及びＶＶＴ７４にそれぞれ付設された油圧制御回路（図示せず）も含まれている。そして、ＥＣＵ５６は、内燃機関１０の運転状態に応じて燃料噴射制御、ＥＧＲ制御、吸気バルブ２２，２４のリフト量制御、排気バルブ２６の位相制御等を含む各種の制御を行うものである。

次に、図３を参照して、内燃機関１０のバルブ駆動系統について説明する。まず、吸気側のカムシャフト６２には、各気筒１２の吸気バルブ２２，２４を駆動する複数の駆動カム６４が設けられている。そして、個々の気筒１２の駆動カム６４と吸気バルブ２２，２４との間には、後述の図４及び図５に示す吸気側可変動弁機構６６が設けられている（１気筒分のみ図示）。なお、個々の駆動カム６４は、図４に示すように、それぞれ２つの駆動カム６４ａ，６４ｂによって構成されている（図３では省略）。また、カムシャフト６２の一端側には、スプロケット６８が取付けられている。

一方、排気側のカムシャフト７０には、各気筒１２の排気バルブ２６を開，閉駆動する複数の駆動カム７２が設けられている。この駆動カム７２と排気バルブ２６との間には、例えばロッカローラアーム、ラッシュアジャスタ等を備えた一般的な動弁機構（図示せず）が設けられている。

また、カムシャフト７０の一端側には、排気側可変動弁機構を構成する後述の可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称す）７４と、スプロケット７６とが設けられている。ここで、ＶＶＴ７４は、例えば特開２００４−１３７９０１号公報に記載されている公知の位相可変機構等を用いて構成されている。そして、ＶＶＴ７４は、ＥＣＵ５６からＶＶＴ７４の油圧制御回路に出力される制御信号に応じて、クランクシャフトの回転角に対する排気バルブ２６の開閉時期（位相）を変化させることができる。

さらに、内燃機関１０のクランクシャフトには、クランクスプロケット７８が連結されている。このクランクスプロケット７８と、吸気側及び排気側の各スプロケット６８，７６との間にはチェーン８０が巻装されている。これにより、内燃機関１０の運転時には、クランクスプロケット７８の回転がチェーン８０を介して各スプロケット６８，７６に伝達され、各カムシャフト６２，７０が回転駆動される。

なお、本実施の形態において、燃料ポンプ４２は、吸気側のカムシャフト６２の他端側に連結され、内燃機関１０によりカムシャフト６２等を介して駆動される構成となっている。これにより、燃料ポンプ４２を、ＶＶＴ７４の取付部位とは異なるカムシャフト６２に配置することができ、またスプロケット６８に対しても軸方向の反対側に配置することができる。従って、内燃機関１０のシステムをコンパクトに構成することができる。

（吸気側可変動弁機構の構成）
次に、図４及び図５を参照して、吸気側可変動弁機構６６について説明する。図４は、吸気側可変動弁機構６６の全体構成を説明するための図である。この可変動弁機構６６は片側固定式の可変動弁機構であり、２つの吸気バルブ２２，２４のリフト量を変化させる機能と、第１吸気バルブ２２を最大リフト量に保持（固定）した状態で、第２吸気バルブ２４のリフト量のみを変化させる機能とを有している。

また、可変動弁機構６６は、制御軸８２、可変機構８４、揺動アーム８６，８８、動弁機構９０，９２を備えている。ここで、制御軸８２は、ＥＣＵ５６によって回転駆動されるものであり、可変機構８４は、制御軸８２の回動角に応じて各吸気バルブ２２，２４のリフト量を変化させるものである。そして、可変機構８４は、図５に示すように、基端側が制御軸８２の外周側に揺動可能に取付けられたアーム部８４ａと、このアーム部８４ａの先端側に回転可能に設けられた３つのローラ８４ｂ，８４ｃ，８４ｄとを備えている。

この場合、中央のローラ８４ｂは、吸気側の駆動カム６４を構成する２つの駆動カム６４ａ，６４ｂのうち、一方の駆動カム６４ａに当接する。両側のローラ８４ｃ，８４ｄは、揺動アーム８６，８８にそれぞれ当接している。揺動アーム８６，８８は、基端側が制御軸８２の外周側に揺動可能に取付けられている。

また、動弁機構９０，９２は、図４に示すように、基端側がロッカーシャフト９４によって揺動可能に支持されたアーム部９０ａ，９２ａと、このアーム部９０ａ，９２ａの先端側に設けられたバルブ押圧部９０ｂ，９２ｂと、アーム部９０ａ，９２ａに回転可能に設けられた入力ローラ９０ｃ，９２ｃとを備えている。この場合、バルブ押圧部９０ｂ，９２ｂは、ラッシュアジャスタ（図示せず）等を介して吸気バルブ２２，２４を押圧する。また、入力ローラ９０ｃ，９２ｃには揺動アーム８６，８８がそれぞれ当接する。

さらに、可変動弁機構６６は、図５に示すように、第１吸気バルブ２２を最大リフト量で固定するための固定機構９６を備えている。そして、固定機構９６は、制御軸８２の外周側に回動可能に取付けられるアーム部９６ａと、このアーム部９６ａの先端側に回転可能に設けられた入力ローラ９６ｂと、アーム部９６ａを一方の揺動アーム８６に固定することが可能な固定ピン９６ｃとを備えている。

ここで、入力ローラ９６ｂは、２つの駆動カム６４ａ，６４ｂのうち、他方の駆動カム６４ｂに当接する。この場合、入力ローラ９６ｂと駆動カム６４ｂの形状、及び両者の位置関係は、アーム部９６ａと揺動アーム８６とが固定ピン９６ｃによって連結されたときに、例えば第１吸気バルブ２２が最大リフト量で作動するように予め設定されている。また、固定ピン９６ｃは、アーム部９６ａの側面に穿設されたピン穴９６ｄ内に摺動可能に挿嵌される。このピン穴９６ｄ内には、例えば制御軸８２とアーム部９６ａとに設けられた油路（図示せず）等を経由して油圧が供給可能となっている。また、一方の揺動アーム８６の側面には係合穴９６ｅが穿設され、この係合穴９６ｅ内には、ピン押さえ９６ｆが摺動可能に挿嵌されると共に、戻しばね９６ｇが配置される。

（吸気側可変動弁機構の動作）
このように構成される吸気側可変動弁機構６６の作動時には、まず駆動カム６４ａの入力が中央のローラ８４ｂに伝達される。この入力は、両側のローラ８４ｃ，８４ｄから揺動アーム８６，８８を介して動弁機構９０，９２に伝達され、これによって吸気バルブ２２，２４が開，閉動作を行う。

また、ローラ８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、制御軸８２の回動角に応じて揺動アーム８６，８８の基端側から先端側に変位する。各ローラ８４ｂ〜８４ｄが揺動アーム８６，８８の基端側にあるときには、駆動カム６４ａの入力が大きな振幅で揺動アーム８６，８８に伝達される。このため、吸気バルブ２２，２４のリフト量が大きく設定される。一方、各ローラ８４ｂ〜８４ｄが揺動アーム８６，８８の先端側にあるときには、駆動カム６４ａの入力が小さな振幅で揺動アーム８６，８８に伝達される。このため、吸気バルブ２２，２４のリフト量は小さく設定される。

このように、制御軸８２の回動角に応じて各吸気バルブ２２，２４のリフト量を変化させることができる。なお、上記動作中には、固定機構９６のピン穴９６ｄへの油圧供給を停止した状態としておく。これにより、固定ピン９６ｃは、戻しばね９６ｇによって係合穴９６ｅから離脱した位置に保持される。この結果、揺動アーム８６は、固定機構９６に関係なく自由に揺動することができる。

また、第１吸気バルブ２２のリフト量を固定したいときには、固定機構９６のピン穴９６ｄ内に油圧を供給する。これにより、固定ピン９６ｃは、揺動アーム８６の係合穴９６ｅ内に係合した状態となるため、揺動アーム８６は、固定機構９６と一緒に揺動するようになる。この結果、揺動アーム８６は、可変機構８４のローラ８４ｃの位置に関係なく、固定機構９６のアーム部９６ａを介して駆動カム６４ｂの入力を受けるようになり、これによって大きな振幅で揺動する状態に保持される。

このとき、他方の揺動アーム８８には、駆動カム６４ａの入力がローラ８４ｄを介して伝達される。このため、第２吸気バルブ２４のリフト量は、ローラ８４ｄの位置に応じて設定される。従って、可変動弁機構６６は、第１吸気バルブ２２を最大リフト量に保持した状態で、第２吸気バルブ２４のリフト量を第１吸気バルブ２２よりも小さく設定することができる。

（バルブタイミング制御）
次に、図６ないし図８を参照しつつ、本実施の形態におけるバルブタイミング制御について説明する。図６は、内燃機関１０の負荷等に応じて制御されるＥＧＲ率、過給圧およびバルブタイミングの状態を示している。

まず、低負荷領域（Ａ）では、ＥＣＵ５６によってＥＧＲ率が高く設定され、中負荷領域（Ｂ）や高負荷領域（Ｃ）と比較して多量の排気ガスが吸気側に還流される。また、中負荷領域（Ｂ）及び高負荷領域（Ｃ）では、吸気上死点を跨いで吸気バルブ２２，２４と排気バルブ２６とのバルブオーバーラップを増大させることにより、運転性能を向上させるようにしている。

そして、本実施の形態では、外部ＥＧＲ制御が実行されている低負荷領域（Ａ）において、ＶＶＴ７４を用いて早期閉弁制御を行うことにより、排気バルブ２６の閉弁時期を、吸気上死点よりも進角側で、かつ吸気バルブ２２，２４の開弁時期と同時期に設定する構成としている（図７参照）。

この場合、吸気バルブ２２，２４の開弁時期は、吸気ポート１８から吸気通路３０内に排気ガスの吹き返しが生じ得る時期に設定されている。ここで、排気ガスの吹き返しが生じ得る時期とは、例えば吸気上死点の近傍、好ましくは吸気上死点よりも進角側の時期であり、本実施の形態では、吸気上死点よりも進角側に設定されている。このような吸気バルブ２２，２４の開弁時期は、吸気側開弁時期設定手段を構成する駆動カム６４によって実現されるものである。

また、低負荷領域（Ａ）では、吸気側可変動弁機構６６の固定機構９６を作動させてリフト量偏差制御を行うことにより、第１吸気バルブ２２を最大リフト量に保持した状態で、第２吸気バルブ２４のリフト量を前記最大リフト量よりも小さく設定する構成としている（図８参照）。

これにより、吸気上死点の近傍では、気筒１２内でピストン１４が上死点に達する前に、排気バルブ２６を閉弁することができ、このときに吸気バルブ２２，２４を一緒に開弁させることができる。このため、吸気バルブ２２，２４が開弁してからピストン１４が吸気上死点に達するまでの間には、燃焼室１６内に残留した排気ガスを吸気ポート１８から吸気通路３０内に逆流（吹き返し）させることができる。

しかも、この吹き返しが生じるときには、第１吸気バルブ２２を最大リフト量で開弁させ、第２吸気バルブ２４は、最大リフト量よりも小さなリフト量で開弁させることができる。これにより、吸気ポート全体の流路面積を必要に応じて通常時よりも減少させることができる。従って、吸気ポート１８から逆流する排気ガスの流速を増大させることができ、この排気ガスを吸気通路３０内に勢いよく噴出させることができる。

また、吸気バルブ２２，２４のリフト量に差をつけることができるので、これらのリフト量の差に応じて排気ガスを偏った向きに噴出させることができる。このように、偏った向きに噴出した排気ガスは、吸気通路３０の壁面等で向きを変えることにより、吸気通路３０内に排気ガスの乱流を形成することができる。

従って、この排気ガスは、吸気通路３０内を流通する吸入空気に対して乱流状態で十分に混ざり合うことができ、これらの吸入空気と排気ガスとによって均質な混合ガスを形成することができる。そして、この均質な混合ガスは、内部ＥＧＲガスとなって気筒１２内に流入する。このため、本実施の形態によれば、内部ＥＧＲ制御だけに着目した場合でも、均質な内部ＥＧＲガスを効率よく生成することができ、内部ＥＧＲ制御を円滑に行うことができる。

一方、吸気通路３０内に乱流状態で勢いよく逆流する排気ガスは、ＥＧＲ通路５０から吸気通路３０内に流入してくる排気ガスと、吸入空気とを効率よく攪拌することができる。このため、外部ＥＧＲ制御に着目した場合にも、吸入空気と排気ガスとを良好に混合させることができ、これによって均質な外部ＥＧＲガスを生成することができる。

このように、本実施の形態では、排気ガスを吸気通路３０内に乱流状態で勢いよく逆流させることができる。これにより、例えばＥＧＲ率が大きく設定される低負荷領域（Ａ）でも、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの両方において、良好な燃焼状態を実現することができる。従って、ＥＧＲ制御の効果を十分に発揮させることができ、運転性能や排気エミッションを向上させることができる。

しかも、本実施の形態では、排気バルブ２６の閉弁時期と、吸気バルブ２２，２４の開弁時期とを同時期に設定している。これにより、燃焼室１６内の排気ガスは、排気バルブ２６を閉じた時点から吸気通路３０内に速やかに逆流することができる。このため、ピストン１４が排気ガスに対して無駄な圧縮動作を行わずに済むから、この圧縮動作によるポンピングロスを防止することができ、内燃機関１０を効率よく運転することができる。

また、本実施の形態では、片側固定式の吸気側可変動弁機構６６を用いることにより、第１吸気バルブ２２を最大リフト量に保持しつつ、第２吸気バルブ２４のリフト量を最大リフト量よりも小さく設定する構成とした。これにより、第１吸気バルブ２２を大きく開弁させた状態で、例えば吸気系統への要求等に応じて第２吸気バルブ２４のリフト量を変化させることができる。そして、第２吸気バルブ２４のリフト量を変化させたとしても、吸気バルブ２２，２４の間には、可能な限り大きなリフト量の差を設けることができ、排気ガスが逆流するときに偏った流れを効率よく形成することができる。

さらに、本実施の形態では、吸気バルブ２２，２４の駆動系統として、図８（ａ），（ｂ）に示すように、バルブ開弁時期が任意の作用角時に固定される位相可変とバルブリフト可変（付随的に作用角可変となる）とを備えるタイプの吸気側可変動弁機構６６を搭載している。そして、排気バルブ２６の駆動系統としては、位相のみ可変となる位相可変機構（ＶＶＴ）７４を搭載する構成としている。これにより、図６中に示す低負荷領域（Ａ）では、上述したように、排気側の早期閉弁と吸気側のリフト量偏差制御とによってＥＧＲの効果を促進することができる。

図８（ａ）は、連続可変機構において吸気開弁時期を作用角可変に対してほぼ一定の位相連成とする場合である。また、図８（ｂ）は、本考案の作用角に対して開弁時期が遅角する場合を示している。どちらの場合でも、上述のリフト量偏差制御は可能である。また、本考案の図８（ｂ）に示す位相連成の場合、吸気行程初期の空気流入を速やかに行うことができるため、ポンピングロスを低減することが可能となり、排気エミッションの低減と共に燃費改善がさらに可能となる。

また、他の運転領域（Ｂ）では、可変動弁機構６６とＶＶＴ７４とを組み合わせることにより、内燃機関１０の排気エミッションと燃費を良好に保持することができる。運転領域（Ｃ）では、バルブオーバーラップを設けることで掃気効率を向上させ、吸入空気量を増大させるため、トルク・出力を向上させることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図９は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５６が燃料噴射制御中に実行するルーチンのフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、内燃機関１０の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ＥＣＵ５６は、ステップ１００において、エアフロメータ５８、回転センサ６０等の検出信号を用いて、内燃機関１０の負荷状態を検出する。そして、ステップ１０２では、例えば負荷状態の検出結果と、ＥＣＵ５６に予め記憶された判定値とを比較することにより、内燃機関１０が図６中に示す低負荷領域（Ａ）で運転中であるか否かを判定する。さらに、ステップ１０４では、ＥＧＲ制御が実行されているか否かを判定する。

そして、ステップ１０２，１０４の両方で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１０６において、ＶＶＴ７４を制御することにより、前述した排気側の早期閉弁制御を実行する。また、ステップ１０８では、可変動弁機構６６を制御することにより、吸気側のリフト量偏差制御を実行する。一方、ステップ１０２，１０４の少なくとも何れかで「ＮＯ」と判定したときには、そのままリターンする。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの両方において、ＥＧＲ制御の効果を十分に発揮させることができ、運転性能や排気エミッションを向上させることができる。

実施の形態２．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。ここで、本実施の形態のシステムは、前記実施の形態１と同様に、図１ないし図５に示すシステム構成を採用している。

［実施の形態２の特徴部分］
図１０は、本実施の形態において、低負荷領域（Ａ）における吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを示している。この図１０から判るように、本実施の形態では、排気バルブ２６を、各吸気バルブ２２，２４の開弁時期よりも早く（進角側で）閉弁させる構成としている。この場合、排気バルブ２６が閉弁してから吸気バルブ２２，２４が開弁するまでの間には、クランク角度で角度θとなる所定の間隔が設定されている。即ち、吸気バルブ２２，２４は、排気バルブ２６が閉弁してから角度θに相当する時間が経過した後に開弁する。

これにより、角度θに相当する時間中には、両方のバルブ２２，２４，２６が閉弁した状態となるので、燃焼室１６内に残留している排気ガスをピストン１４の上昇動作によって圧縮することができる。そして、吸気バルブ２２，２４が開弁したときには、圧縮状態の排気ガスを吸気ポート１８から吸気通路３０内に勢いよく噴出させることができる。

従って、本実施の形態によれば、実施の形態１の作用効果に加えて、吸気通路３０内に逆流する排気ガスの流れをより一層強くすることができ、吸入空気と排気ガスとを効率よく混合させることができる。なお、角度θの具体値は、排気ガスの逆流を強くする効果と、ポンピングロスによる効率低下との兼ね合いに応じて設定されるものである。

なお、前記実施の形態１では、図９中のステップ１０６が排気側早期閉弁手段の具体例を示し、ステップ１０８は吸気側リフト量偏差手段を示している。

また、実施の形態１，２では、第１吸気バルブ２２を最大リフト量に固定した状態で、第２吸気バルブ２４のリフト量を小さくする構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第１吸気バルブ２２と第２吸気バルブ２４との間にリフト量の差が生じればよいものである。即ち、例えば第１吸気バルブ２２を一定のリフト量に固定した状態で、第２吸気バルブ２４のリフト量を第１吸気バルブ２２よりも大きく設定してもよい。また、両方の吸気バルブ２２，２４のリフト量を固定することなく、これらのリフト量を異ならしめる構成としてもよい。さらには、第２吸気バルブ２４を一時的に閉弁状態に保持してもよいものである。

また、実施の形態１，２では、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲの両方を実施する場合を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＥＧＲ通路５０等を搭載していないタイプの内燃機関に対して、本発明を適用してもよい。即ち、本発明は、外部ＥＧＲを行わず、内部ＥＧＲだけを行う内燃機関でも、前述した効果を奏することができる。

さらに、実施の形態１，２では、２つの吸気バルブ２２，２４を備えた内燃機関１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば３つまたは４つ以上の吸気バルブを備えた内燃機関に適用してもよい。

また、実施の形態１，２では、吸気バルブ２２，２４の開弁時期を、吸気上死点よりも進角側に設定し、かつ排気バルブ２６の閉弁時期以降に設定する構成とした。しかし、本発明において、吸気バルブ２２，２４は、排気ガスの吹き返しが生じる時期に開弁させればよいものである。即ち、本発明では、例えば吸気バルブ２２，２４の開弁時期を吸気上死点に設定してもよい。また、排気圧の方が吸気負圧よりも高いことを考慮して、吸気バルブ２２，２４の開弁時期を吸気上死点よりも若干遅角側に設定してもよい。また、吸気バルブ２２，２４の開弁時期を、排気バルブ２６の閉弁時期よりも進角側に設定する構成としてもよい。

本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示す全体構成図である。 内燃機関の一つの気筒を破断して示す断面図である。 内燃機関のバルブ駆動系統を示す説明図である。 内燃機関に搭載された吸気側可変動弁機構を示す分解斜視図である。 図４中の吸気側可変動弁機構の一部を示す分解斜視図である。 内燃機関の負荷等に応じて制御されるＥＧＲ率、過給圧およびバルブタイミングの状態を示す説明図である。 図６中の低負荷領域（Ａ）における吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを拡大して示す説明図である。 第１，第２吸気バルブのリフト量及び開閉タイミングを比較して示す説明図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２による吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを示す図７と同様の説明図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１６ 燃焼室
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２２ 第１吸気バルブ
２４ 第２吸気バルブ
２６ 排気バルブ
３０ 吸気通路
３２ 吸気マニホールド
３６ 排気通路
３８ 排気マニホールド
４２ 燃料ポンプ
５０ ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
５２ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ手段）
５４ ターボチャージャ
５６ ＥＣＵ
５８ エアフロメータ
６０ 回転センサ
６２，７０ カムシャフト
６４（６４ａ，６４ｂ） 駆動カム（吸気側開弁時期設定手段）
６６ 吸気側可変動弁機構
７４ ＶＶＴ（排気側可変動弁機構）
８２ 制御軸
８４ 可変機構
８６，８８ 揺動アーム
９０，９２ 動弁機構
９６ 固定機構

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられた複数の吸気ポートをそれぞれ開，閉する複数の吸気バルブと、
   前記燃焼室に設けられた排気ポートを開，閉する排気バルブと、
   前記各吸気バルブのうち少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を変化させる吸気側可変動弁機構と、
   前記排気バルブの開閉時期を変化させる排気側可変動弁機構と、
   前記各吸気バルブの開弁時期を内燃機関の吸気側に排気ガスの吹き返しが生じ得る時期に設定する吸気側開弁時期設定手段と、
   前記排気バルブの閉弁時期を前記排気側可変動弁機構によって吸気上死点よりも進角側に設定する早期閉弁制御を行う排気側早期閉弁手段と、
   前記吸気側可変動弁機構によって前記各吸気バルブのうち少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を他の吸気バルブのリフト量と異なる大きさに設定するリフト量偏差制御を行う吸気側リフト量偏差手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気ポートから排出される排気ガスの一部を内燃機関の吸気側に還流させてＥＧＲ制御を行うためのＥＧＲ手段を備え、
   前記排気側早期閉弁手段と前記吸気側リフト量偏差手段は、前記ＥＧＲ制御が行われているときに、前記早期閉弁制御と前記リフト量偏差制御とを実行する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気側開弁時期設定手段は、前記各吸気バルブを吸気上死点よりも進角側で開弁させる構成とし、前記排気側早期閉弁手段は、前記排気バルブを前記各吸気バルブの開弁時期と同時期に閉弁させる構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記吸気側開弁時期設定手段は、前記各吸気バルブを吸気上死点よりも進角側で開弁させる構成とし、前記排気側早期閉弁手段は、前記排気バルブを前記各吸気バルブの開弁時期よりも進角側で閉弁させる構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気側リフト量偏差手段は、前記他の吸気バルブを最大リフト量に保持した状態で、前記少なくとも１つの吸気バルブのリフト量を前記最大リフト量よりも小さく設定する構成としてなる請求項１ないし４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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