JP2009203896A - 内燃機関の制御方法および内燃機関システム - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置による制御に際し、広い運転領域にわたって好適な開弁動作により、比較的高い幾何学的圧縮比に設定されたエンジンで膨張比を高めること。
【解決手段】各気筒サイクルにおける気筒１１内への目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量よりも小さいとき、進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1st内で吸気弁２１を閉じるステップ（図５のステップＳ５〜Ｓ９）、および目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上のとき、遅角側に設定され、且つ第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2nd内で吸気弁２１を閉じるステップを備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関システムに関し、概略的には内燃機関の吸気弁閉タイミング設定方法に関し、より具体的には、比較的高い圧縮比を持つ内燃機関に好適な吸気弁閉タイミング設定方法に関する。

吸気弁の最大バルブリフト量を機関運転条件に応じて変更することが、例えば特許文献１に開示されるように、知られている。機関回転速度が高いほど、吸気慣性力は大きい。従って、空気流量に応じて定まる所定以上のバルブリフト量があるならば、機関回転速度に応じて遅角する所定タイミングにおいて吸気弁が閉じるときに、気筒空気充填量が最大となる。この最大充填量に対応する所定タイミングから吸気弁閉タイミングが離れるほど、つまり進角または遅角するほど、気筒空気充填量が少なくなる。この原理に従い、特許文献１に記載されたカム駆動式の可変動弁装置は、各気筒への目標空気充填量の増加に応じてバルブリフト量を増大するように制御され、そして、バルブリフト量の増大に応じて吸気弁閉タイミングが遅角するように構成されている。従って、吸気管圧力を高く保った状態で、気筒空気充填量を目標量に制御することができる。

ここで、吸気行程においてピストンが下降する際には、ピストンの上下に各々気筒内圧力とクランクケース内圧力が作用する。気筒内圧力は、吸気管圧力に略等しく、クランクケース内圧力は大気圧に略等しい。従って、吸気管圧力が大気圧より低ければ、下降中のピストンの下面に作用する圧力が上面に作用する圧力を上回り、ピストン下降運動に対する抵抗力を生み、いわゆるポンプ損失が発生する。よって、吸気管圧力をできるだけ高く保つことで、ポンプ損失を低下させ、機関運転効率を向上することができる。

一方、機関運転効率を高める別の方策として、膨張比を高めることが知られている。膨張比は、ピストンが上死点にあるときの気筒容積に対するピストンが下死点にあるときの気筒容積の比である。従って、膨張比を高めるほど、混合気の持つエネルギーがピストンの仕事により高い効率で変換され、結果的に機関運転効率を向上させることができる。しかし、これは同時に圧縮比を高めることにもなる。

火花点火式内燃機関の圧縮比を高める場合、混合気の自着火やノッキング等の異常燃焼発生の可能性が生じる。それに対処するために、例えば、特許文献２には、自着火が生じやすい運転状態を検出した場合に、電磁駆動式吸気弁の閉タイミングを遅角または進角させ、有効圧縮比すなわち目標空気充填量を低減させる方法が開示されている。
特開２００６−９７６４７号公報 特開２００１−１５９３４８号公報

特許文献２の方法により、高圧縮比に伴う課題を解消しつつ、高膨張比による機関運転効率を高めることができる。

しかるに、幾何学的圧縮比の高いエンジンで特許文献１に開示された可変動弁装置に例示されるような機械的にクランクシャフトの回転運動を吸気弁の往復運動に変換する構成を採用する場合、高圧縮比を活かした出力の向上とプリイグニション等の異常燃焼防止とを両立することは必ずしも容易ではない。

すなわち、特許文献１に開示されたような可変動弁装置では、クランクシャフトの回転位相に対し、吸気弁開タイミングの変化量を比較的小さく維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する構成になっている。吸気弁閉タイミングは、当該機関速度において空気充填量が最大となるタイミングよりも進角側に設定され、遅角することで、気筒空気充填量が増加する。混合気の自着火等の異常燃焼が起こる可能性が高い機関回転速度が低く要求出力が高い運転領域において、異常燃焼発生可能性を加味して、単純に吸気弁閉タイミングを所定量進角側に制限すると、以下の問題が発生する。

すなわち、機関出力が高ければ、機関速度は上昇する。それに伴い、気筒空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングは遅角する。また、機関速度上昇に伴い、気筒内の混合気の流動性が高まる等の理由により異常燃焼発生可能性は低くなるので、目標とする吸気弁閉タイミングの進角側への制限量は低下する。従って、目標とする吸気弁閉タイミングは、機関速度上昇に伴い高い速度で遅角する。しかしながら、特許文献1に開示されるように、クランクシャフトの位相に対して機械的に遅角させる場合、応答性に限界がある。これが、実際の吸気弁閉タイミングを目標とする吸気弁閉タイミングよりも進角側に置き、気筒空気充填量の低下を招く恐れがある。気筒空気充填量の不足により充分な混合気が気筒内に存在せず、混合気が燃焼しても、目標とする出力を得ることができない。

従って、広い運転領域にわたって好適な開弁動作により、比較的高い幾何学的圧縮比に設定されたエンジンで膨張比を高めることができる吸気弁閉タイミングの設定方法を開発する余地がある。

上記課題を解決するために本発明は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁とを有する内燃機関の制御方法であって、各気筒サイクルにおける前記気筒内への目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップ、および前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上のとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップを備えていることを特徴とする内燃機関の制御方法である。この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいときは、第１閉弁タイミング範囲内（例えば下死点より前）で吸気弁が閉じられる（以下、この動作を「早閉じ」ともいう）一方、目標空気充填量が所定空気充填量以上のときは、第１閉弁タイミング範囲よりも遅角し、且つ離間した第２閉弁タイミング範囲内（例えば吸気下死点より後）で吸気弁が閉じられる（以下、この動作を「遅閉じ」ともいう）。従って、例えば、吸気弁開タイミングを比較的小さく維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、目標空気充填量が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量を充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。また、目標空気充填量の高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後機関速度が上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関回転速度が高いほど、一定の空気充填量を得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、予め低回転運転領域に第２閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを設定しておくことで、高負荷時の回転上昇中に吸気弁閉タイミングが、第１閉弁タイミング範囲と第２閉弁タイミング範囲との間に位置する中間閉弁タイミング範囲に入る頻度を最小化することができるので、吸気管圧力を低下させる程度を最小化し、ポンプ損失を最小化することができる。それで、高圧縮比に伴う問題の発生を防止しつつ、膨張比を高めて、機関運転効率を向上させることができる。

好ましい態様において、前記内燃機関の低速運転領域では、前記第１閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、前記第２閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より後である。この態様では、特にプリイグニションが問題となる低速運転領域で、確実にプリイグニション等の異常燃焼を回避可能な設定範囲で膨張比を拡大し、機関運転効率を向上させることができる。

好ましい態様において、前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上のときは、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量以上になった直後では、燃焼室へ流れ込む空気の圧力すなわち吸気管圧力が比較的低く設定される。そのため、その際の吸気弁閉タイミングは、第２閉弁タイミング範囲の比較的進角側、すなわち第１閉弁タイミング範囲に近い側に設定されることとなる。従って、目標空気充填量が所定空気充填量以上になった際の、吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができる結果、早閉じ動作から遅閉じ動作に切り換わる際の切換動作が必要最小限に簡素化され、短時間で運転動作の切換を終了することができる。

好ましい態様において、前記目標空気充填量が前記所定空気充填量よりも小さいときに、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量以上となる直前に、吸気管圧力を低下することになる。従って、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換える過程で、第１閉弁タイミング範囲と第２閉弁タイミング範囲との間に位置する中間閉弁タイミング範囲で吸気弁が閉じたとしても、その時点では吸気管圧力が低下していることから、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。

好ましい態様において、前記機関速度の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを遅角させるステップをさらに備えている。この態様では、機関速度の増加に伴って高まる吸気慣性力に応じて、適切な空気流量を維持することができ、広い運転領域にわたって、好適な空気充填量を維持することができる。

好ましい態様において、目標空気充填量が前記所定空気充填量以上であるとき、前記目標空気充填量の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを進角するステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量の増加に応じて最大空気充填量が得られるタイミングに吸気弁閉タイミングが近づくので、ポンプ損失を伴うことなく、広い運転領域にわたって目標空気充填量を得ることができる。

本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、該吸気弁を可変タイミングで開閉する可変動弁装置とを有する内燃機関、および前記気筒内への各気筒サイクルにおける目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上であるとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるように前記可変動弁装置を制御する制御器を備えていることを特徴とする内燃機関システムである。

好ましい内燃機関システムにおいて、前記内燃機関の幾何学的圧縮比が１３以上である。

以上説明したように、本発明は、目標空気充填量が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量を充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができるので、例えば、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、広い運転領域にわたって好適な開弁動作により、比較的高い幾何学的圧縮比に設定されたエンジンで膨張比を高め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実施の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内燃機関システムの概略構成図である。

図１を参照して、同内燃機関システムは、エンジン１、エンジン１に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、およびそしてセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御する制御器としてのエンジン制御ユニット１００を有する。

エンジン１は、火花点火式内燃機関であって、第１〜第４の４つの気筒１１、１１、…を有するものであるが、いかなる数の気筒を有するものであってもよい。エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、そのクランクシャフト１４は、変速機を介して駆動輪に連結され、車両を推進する。

本実施形態に係るエンジン１は、１３：１以上の幾何学的圧縮比をもち、幾何学的圧縮比は、１４：１以上１６：１以下であるのが好ましい。幾何学的圧縮比が大きいことは、膨張比が大きいことを意味するので、大きいほど、機関効率は上がる。そこで、本実施形態では、幾何学的圧縮比を１３以上に設定し、点火リタード等の方法によってノッキングを回避しつつ高トルクと燃費の大幅な低減を図ることとしている。

尤も、圧縮比が高いほど、異常燃焼発生の可能性が高まるので、有効圧縮比を小さく、すなわち、気筒空気充填量を下げる必要が生じる。そうなると、気筒容積の割に得られる出力が低下するために、機関の重量比で見たときの効率は低下する。他方、エンジン１を自動車等の車両に搭載する際に、エンジンルーム内への搭載性に問題を生じる。従って、幾何学的圧縮比の上限は、１６：１以下にするのが好ましい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、それらの内部に気筒１１、１１、…が形成されている。周知のように、シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４がピストン１５に対し、コネクティングロッド１６を介して連結されている。

ピストン１５は、各気筒１１内に摺動自在に嵌挿されて燃焼室１７を区画している。図には１つのみ示すが、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成されて、それぞれ燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成されて、それぞれ燃焼室１７に連通している。図に示すように、吸気弁２１および排気弁２２は、それぞれ、吸気ポート１８および排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）できるように配設されている。吸気弁２１は、動弁装置としての吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動されて、所定のタイミングで往復動し、吸気ポート１８および排気ポート１９を開閉するものである。

吸気弁駆動機構３０は、吸気カムシャフト３１を有し、排気弁駆動機構４０は、排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１、４１は、クランクシャフト１４により、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介して連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１、４１が一回転するように構成される。

カムシャフトの位相角は、カム位相センサ３５により検出され、その検出信号θ_{VCT_A}がエンジン制御ユニット１００に入力される。

点火プラグ５１は、例えばねじ等、周知の構造によってシリンダヘッド１３に取り付けられている。点火システム５２は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＳＡ_Dを受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。

燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については２つの吸気ポート１８の下方に、また、水平方向についてはそれら２つの吸気ポート１８の中間に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。

燃料供給システム５４は、図示は省略するが、燃料噴射弁５３に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに燃料タンクから燃料を送給する配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路とを備えている。この電気回路は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＦＰ_Dを受けて燃料噴射弁５３のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を噴射させる。

吸気ポート１８は、吸気マニホールド５５内の吸気経路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流はスロットルボデー５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボデー５６にはスロットル弁５７が配置されており、周知のようにサージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットルアクチュエータ５８が、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＴＶＯ_Dを受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。

排気ポート１９は、排気マニホールド６０内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。排気マニホールド６０よりも下流の排気通路には、一つ以上の触媒コンバータ６１を有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータ６１は、周知の三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。

また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる（以下、ＥＧＲともいう）ために、吸気マニホールド５５（スロットル弁５７よりも下流側）と排気マニホールド６０との間がＥＧＲパイプ６２によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホールド５５に流れ込むようになり（ＥＧＲガスと呼ぶ）、この吸気マニホールド５５から燃焼室１７に吸入される新気と混ざることになる。ＥＧＲパイプ６２にはＥＧＲ弁６３が配設され、ＥＧＲガスの流量を調整するようになっている。ＥＧＲ弁アクチュエータ６４は、エンジン制御ユニット１００からの制御信号ＥＧＲ_OPENを受けて、ＥＧＲ弁６３の開度を調整する。

エンジン制御ユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央算出処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラムおよびデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

エンジン制御ユニット１００は、エアフローセンサ７１から吸気流量ＡＦ、吸気圧センサ７２から吸気マニホールド圧ＭＡＰ、クランク角センサ７３からクランク角パルス信号、というように種々の入力を受け入れる。エンジン制御ユニット１００は、例えば、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎ_ENGを計算する。また、エンジン制御ユニット１００は、酸素濃度センサ７４から排気ガスの酸素濃度ＥＧＯについての入力も受け入れる。さらに、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号αを受け入れる。またエンジン制御ユニット１００は、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰを受け入れる。

より具体的に、エンジン制御ユニット１００は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン１の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度ＴＶＯ、燃料噴射量ＦＰ、点火タイミングＳＡ、バルブ位相角θ_VCT、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁開度）Ｑ_EGR等である。そして、それら制御パラメータに基づいて、対応する制御信号として、スロットル開度信号ＴＶＯ_D、燃料噴射パルス信号ＦＰ_D、点火パルス信号ＳＡ_D、バルブ位相角信号θ_{VCT_D}、ＥＧＲ開度信号ＥＧＲ_OPENを、スロットルアクチュエータ５８、燃料供給システム５４、点火システム５２、吸気カムシャフト位相可変機構３２およびＥＧＲアクチュエータ６４等に出力する。

次に、図２以下を参照して、本実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の詳細について説明する。図２は、図１の実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の具体的な構成を示す斜視図であり、図３は、図１の吸気弁駆動機構３０の要部を示す断面図である。図３において、（Ａ）は大リフト制御状態においてバルブリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてバルブ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バルブリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。

本実施形態の吸気弁駆動機構３０は、可変カムタイミングメカニズム（ＶＣＴ機構）３２を備えており、これはチェーンドライブ機構によってクランクシャフト１４に駆動連結されている。チェーンドライブ機構は、ドリブンスプロケット１０４の他に、図示しないが、クランクシャフト１４のドライブスプロケットと、それら両スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備える。

ＶＣＴ機構３２は、ドリブンスプロケット１０４に一体に回転するように固定されたケースと、それに収容されるとともにインナシャフト１０５に一体に回転するように固定されたロータとを有する。ケースとロータとの間には複数の液圧室が、中心軸Ｘ（図３に示す）の周りに（周方向に）並んで形成される。そして、ポンプにより加圧された液体（例えばエンジンオイル）が各々の液圧室に選択的に供給されて、互いに対向する液圧室の間に圧力差を形成する。

ＶＣＴ制御ユニットとしてのエンジン制御ユニット１００がＶＣＴ機構３２の電磁バルブ３２ａに制御信号θ_{VCT_D}を出力し、この制御信号θ_{VCT_D}を受けて、電磁バルブ３２ａが液圧のデューティ制御をすることで、前記液圧室に供給する液体の流量や圧力等を調整する。これによりスプロケット１０４とインナシャフト１０５との間の実際の位相差が変更され、それによって、周知のようにインナシャフト１０５の所望の回転位相が達成される。なお、エンジン制御ユニット１００と別構成のユニットでＶＣＴ制御ユニットを構成してもよい。

インナシャフト１０５は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように各々の気筒１１に対応して一体的に設けられたディスク形状のカム１０６を有する。このカム１０６は、インナシャフト１０５の軸芯から偏心して設けられ、ＶＣＴ機構３２により規定される位相で回転する。この偏心カム１０６の外周にはリング状アーム１０７の内周が回転自在に嵌め合わされており、インナシャフト１０５がその中心軸Ｘ周りに回転すると、リング状アーム１０７は、同じ中心軸Ｘの回りを公転しながら偏心カム１０６の中心の周りを回動する。

また、前記インナシャフト１０５には、気筒１１毎にロッカーコネクタ１１０が配設されている。このロッカーコネクタ１１０は円筒状で、インナシャフト１０５に外挿されて同軸に軸支され、換言すれば、その中心軸Ｘ周りに回動可能に支持されている一方、該ロッカーコネクタ１１０の外周面はベアリングジャーナルとされ、シリンダヘッド１３に配設されたベアリングキャップ（図示せず）によって回転可能に支持されている。

前記ロッカーコネクタ１１０には、第１および第２のロッカーカム１１１、１１２が一体的に設けられている。両者の構成は同じなので、図３（Ａ）〜（Ｄ）にはロッカーカム１１１について示すが、このロッカーカム１１１は、カム面１１１ａと円周状のベース面１１１ｂとを有し（図３（Ｄ）参照）、それらはいずれもタペット１１５の上面に摺接するようになっている。ロッカーカム１１１は、連続的には回転せず、揺動運動することを除いては、一般的な吸気弁駆動機構のカムと同様にタペット１１５を押圧してバルブを開くものである。タペット１１５はバルブスプリング１１６で支えられている。バルブスプリング１１６は、周知のように保持器１１７、１１８の間に支持されている。

再度、図２を参照すると、インナシャフト１０５およびロッカーカム部品１１０〜１１２の組立体と並んで、その上方にコントロールシャフト１２０が配置されている。このコントロールシャフト１２０は、図示しないベアリングによって回転可能に支持されており、その長手方向の中央付近には、外周面から突出する同軸状のウォームギヤ１２１が一体的に設けられている。

ウォームギヤ１２１はウォーム１２２と噛合している。このウォーム１２２は、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）のアクチュエータである例えばステッピングモータ１２３の出力軸に固定されている。よって、エンジン制御ユニット１００からの制御信号（バルブリフト量信号）θ_{VVL_D}を受けたステッピングモータ１２３の作動により、コントロールシャフト１２０を所望の位置に回動させることができる。こうして回動されるコントロールシャフト１２０には、気筒１１毎のコントロールアーム１３１が取り付けられており、これらコントロールアーム１３１は、コントロールシャフト１２０の回動によって一体的に回動される。

また、そうして回動されるコントロールアーム１３１は、コントロールリンク１３２によってリング状アーム１０７に連結されている。すなわち、コントロールリンク１３２の一端部はコントロールピボット１３３によってコントロールアーム１３１の先端部に回転自在に連結され、該コントロールリンク１３２の他端部はコモンピボット１３４によってリング状アーム１０７に回転自在に連結されている。

ここで、コモンピボット１３４は、前記のようにコントロールリンク１３２の他端部をリング状アーム１０７に連結するとともに、このリング状アーム１０７を貫通してそれをロッカーリンク１３５の一端部にも回転自在に連結している。そして、このロッカーリンク１３５の他端部がロッカーピボット１３６によってロッカーカム１１１に回転自在に連結されており、これによりリング状アーム１０７の回転がロッカーカム１１１に伝えられるようになっている。

より具体的に、インナシャフト１０５が回転して、これと一体に偏心カム１０６が回転するとき、図３（Ａ）（Ｃ）に示すように偏心カム１０６が下側に位置すれば、リング状アーム１０７も下側に位置するようになり、一方、図３（Ｂ）（Ｄ）に示すように偏心カム１０６が上側に位置すれば、リング状アーム１０７も上側に位置するようになる。

その際、リング状アーム１０７とコントロールリンク１３２とを連結するコモンピボット１３４の位置は、コントロールピボット１３３の位置と、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心位置との、３者相互の位置関係によって規定されるから、図示のようにコントロールピボット１３３の位置が変化しない（コントロールシャフト１２０が回動しない）とすれば、コモンピボット１３４は、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心周りの回転のみに対応して概略上下に往復動作するようになる。

そのようなコモンピボット１３４の往復動作はロッカーリンク１３５によって第１のロッカーカム１１１に伝えられ、該第１のロッカーカム１１１を、ロッカーコネクタ１１０で連結された第２のロッカーカム１１２と共に中心軸Ｘ周りに揺動させる。こうして揺動するロッカーカム１１１は、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、カム面１１１ａがタペット１１５の上面に接触する間は、当該タペット１１５をバルブスプリング１１６のばね力に抗して押し下げ、このタペット１１５が吸気弁２１を押し下げて、吸気ポート１８を開かせる。

一方、図３（Ａ）（Ｄ）に示すように、ロッカーカム１１１のベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触するとき、タペット１１５は押し下げられない。これは、中心軸Ｘを中心とするロッカーカム１１１のベース面１１１ｂの半径が、その中心軸Ｘとタペット１１５の上面との間隔以下に設定されているからである。

上述の如きコントロールピボット１３３と、コモンピボット１３４と、偏心カム１０６およびリング状アーム１０７の共通中心との相互の位置関係において、コントロールピボット１３３の位置が変化すれば、これにより３者相互の位置関係に変化が生じ、コモンピボット１３４は前記とは異なる軌跡を描いて往復動作するようになる。

よって、モータ１２３の作動によりコントロールシャフト１２０およびコントロールアーム１３１を回転させて、コントロールピボット１３３の位置を変えることにより、ロッカーカム１１１、１１２の揺動範囲を変更することができる。例えば、コントロールアーム１３１を図３において時計回りに回動させて、コントロールピボット１３３を図３（Ａ）に示す位置から図３（Ｃ）に示すように左斜め上側にずらすと、ロッカーカム１１１の揺動範囲は、相対的にベース面１１１ｂがタペット１１５の上面に接触する傾向の強いものとなる。

図４は、本実施形態に係る吸気弁駆動機構３０の設定例を示す図である。

図４を参照して、本実施形態では、上述した吸気弁駆動機構３０およびこれに関連する構成部品により、バルブリフト量θ_VVLは、例えばθ_{VVL_min}からθ_{VVL_max}までの範囲で、各気筒１１への目標空気充填量ＣＥの増加に応じて増大するように制御されるとともに、吸気弁閉タイミングは、バルブリフト量θ_VVLの増大に応じてθ_{VCT_min}からθ_{VCT_max}の範囲で遅角する。吸気弁２１の開作動タイミングおよび閉作動タイミングは、必要に応じていかなる組合せも可能であり、例えば、バルブリフト量を０にするいわゆるロストモーション動作も可能である。

本実施形態では、例えばエンジン回転速度（機関速度）Ｎ_ENGが１５００ｒｐｍの時の吸気行程において吸気弁２１を開閉する際、本実施形態では、吸気弁２１の開タイミングについては、殆どの運転領域で排気上死点直前（クランク角度で例えば２０°ＣＡ）から開弁を開始し、要求トルクに応じて閉タイミングを変更するようにしている。

ここで、本実施形態では、吸気弁２１の閉タイミングとして、当該エンジン回転速度（機関速度）Ｎ_ENGにおいて目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stと、当該エンジン回転速度（機関速度）Ｎ_ENGにおいて目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stから離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndとが設定されており、吸気弁２１が第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stで閉じるように運転される早閉じモードＭ_EIVCと、吸気弁２１が第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndで閉じるように運転される遅閉じモードＭ_LIVCと、運転モードを遅閉じモードＭ_LIVCから早閉じモードＭ_EIVCに切り換える進角遷移モードＭ_TR-Aと、運転モードを早閉じモードＭ_EIVCから遅閉じモードＭ_LIVCに切り換える遅角遷移モードＭ_TR-Rとを設定可能に構成されている。なお、第１、第２閉弁タイミング範囲は、何れも、当該エンジン回転速度Ｎ_ENGにおいて、目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングを挟んで設定されており、詳しくは後述するように、必ずしも吸気下死点を基準として設定されるものではない（後述する図１４参照）。

早閉じモードＭ_EIVCは、低負荷時に選択されるモードであり、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL を小さくし、このバルブリフト量θ_VVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも進角する。

他方、遅閉じモードＭ_LIVCは、高負荷時に選択されるモードであり、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL を大きくし、このバルブリフト量θ_VVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも遅角する。

ここで、本実施形態において、遅閉じモードＭ_LIVCが設定される第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndは、早閉じモードＭ_EIVCが設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stよりも遅角し且つ離間している。従って、各閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1st、ＩＶＣ_2ndの間には、吸気弁２１が閉じることのない中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMが設定されることになる。

次に、上述のような運転モードを設定している理由について説明する。

エンジン１の出力を高め、燃費を低減するために膨張比を高くする一方で、異常燃焼発生を抑制するために、吸気弁２１の閉タイミングを吸気下死点よりも進角または遅角させて、有効圧縮比を低くする方法として、吸気弁２１の閉タイミングを吸気下死点よりも進角する早閉じでエンジン１を運転制御する場合には、図３（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、ロッカーカム１１１の揺動量は、小さくなり、バルブスプリング１１６の抵抗も小さくなるので、低負荷側では好ましいものとなる。しかし、要求負荷の増加に応じて、機関速度が上昇するのにつれて、所定の気筒空気充填量を得るための吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。また、機関速度上昇に伴い、気筒内の混合気の流動性が高まる等の理由により異常燃焼発生可能性は低くなるので、目標とする吸気弁閉タイミングの進角側への制限量は低下する。従って、吸気弁２１の閉タイミングを、機関速度上昇に伴い高い速度で遅角させる必要がある。しかしながら、吸気弁駆動機構３０の応答遅れにより、吸気弁２１の閉タイミングを目標に沿って高い速度で遅角させることは困難であるので、実際の吸気弁閉タイミングを目標とする吸気弁閉タイミングよりも進角側に置き、気筒空気充填量の低下を招く恐れがある。

他方、吸気弁閉タイミングＩＶＣを、当該エンジン回転速度Ｎ_ENGにおいて気筒空気充填量が最大となるタイミングよりも遅角側に設定した場合、ピストン１５が下死点に移動するまで気筒１１内に空気を導入する。更に下死点を越えてピストン１５が上昇中に、気筒内の空気を吸気通路内に戻すことで有効圧縮比を低減する。これを実現するためには、吸気弁２１のバルブリフト量、動弁範囲を最大値近傍まで大きく設定する必要があり（図４参照）、機械的損失が大きくなる懸念がある。

そこで、本実施形態では、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndとを設定し、高圧縮比エンジンにおいて、可及的に連続的な運転領域で膨張比を高めるとともに、異常燃焼懸念の高い中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMでは、ノッキング対策を講じることによって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、出力の向上と燃費の低減を図ることとしているのである。

かかる構成を実現するため、本実施形態では、図５以下のフローチャートが実行されるように設定されている。

図５および図６は、本発明の実施形態に係るエンジン１の制御例を示すフローチャートである。

まず、図５を参照して、エンジン制御ユニット１００は、最初に諸設定の初期化を実行する（ステップＳ１）。この初期化において、エンジン制御ユニット１００は、現在の運転モードＭを早閉じモードＭ_EIVCに設定する。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、アクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号α、クランク角パルス信号に基づくエンジン回転速度Ｎ_ENG、車速センサ７６からの車速信号ＶＳＰを読み取りまたは算出し、これらの情報に基づいて、目標トルクＴＱを算出する（ステップＳ２）。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、目標トルクＴＱ、およびエンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき、燃料噴射量ＦＰ（或いは空燃比）、目標空気充填量ＣＥ、ＥＧＲ量Ｑ_EGR、および点火タイミングＳＡを算出する（ステップＳ３）。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、予めメモリに記憶された制御マップＭ１のデータを読み取り、この制御マップＭ１に基づいて目標空気充填量ＣＥとエンジン回転速度Ｎ_ENGの値に適合する現在の運転領域Ｒを判定する（ステップＳ４）。この結果、エンジン制御ユニット１００は、運転領域を図７に示すように判定する。

図７は、図５のフローチャートにおいて判定される運転領域の例を示す特性図である。

図７に示すように、本実施形態では、エンジン回転速度Ｎ_ENGに比例する特性Ｌ１、Ｌ２（所定空気充填量の一例）を設定し、高負荷側の特性Ｌ１以上の高負荷側である運転領域Ｒ_LIVCではモードＭ_LIVCが、低負荷側の特性Ｌ２以下の低負荷側である運転領域Ｒ_EIVCでは、早閉じモードＭ_EIVCが、それぞれ選定されるように設定されている。図示の例において、特性Ｌ１と特性Ｌ２の間の過渡領域Ｒ_TRは、ヒステリシスを設けて運転モードの切換に用いられる領域であり、運転領域Ｒ_EIVCから要求負荷が高くなっても、特性Ｌ１を越えるまでは、運転モードは早閉じモードＭ_EIVCが維持され、運転領域Ｒ_LIVCから要求負荷が低くなっても、特性Ｌ２を越えるまでは、運転モードは遅閉じモードM_LIVCが維持される。

図５を参照して、エンジン制御ユニット１００は、現在の運転モードＭが早閉じモードＭ_EIVCであるか否かを判定する（ステップＳ５）。仮に運転モードＭが早閉じモードＭ_EIVCである場合、エンジン制御ユニット１００は、さらに現在の目標空気充填量ＣＥおよびエンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき運転領域Ｒを判定し、現在の運転領域Ｒが遅閉じ運転領域Ｒ_LIVC以外であるか、すなわち要求負荷に基づく吸気弁２１の閉弁タイミング範囲ＩＶＣが第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2nd以外であるか否かを判定する（ステップＳ６）。現在の現在の運転領域Ｒが遅閉じ運転領域Ｒ_LIVC以外である場合、エンジン制御ユニット１００は、運転モードＭを早閉じモードＭ_EIVCに設定する（ステップＳ７）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、この早閉じモードＭ_EIVCでの目標空気充填量ＣＥ、エンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL、吸気弁２１の開弁期間θ_VCT、スロットル開度ＴＶＯを算出し（ステップＳ８）、算出したバルブリフト量θ_VVL、開弁期間θ_VCT、スロットル開度ＴＶＯ並びにステップＳ３で算出した燃料噴射量ＦＰ、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、および点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＦＰ_D、ＥＧＲ_OPEN、ＳＡ_D、θ_VVL-D、θ_VCT-D、ＴＶＯ_Dを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する。その後、ステップＳ２に移行し、上述した制御を繰り返す。

図８は、図５のフローチャートによって設定される早閉じモードＭ_EIVCでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図である。

図８を参照して、同図に示した制御例では、運転領域Ｒが遅閉じ領域Ｒ_LIVC以外で、すなわち吸気弁１２の閉弁タイミングが第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stで運転される場合、エンジン回転速度Ｎ_ENGが高くなるほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。また、目標空気充填量ＣＥが増加するほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。この結果、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stで運転される場合では、吸気弁２１の閉タイミングが遅角することによって、空気充填量ＣＥを増加させ、要求トルクに見合うトルクを出力できるようになっている。

図９は、図５のフローチャートによって設定される早閉じモードＭ_EIVCでのスロットル開度の制御例を示す図である。

図９を参照して、同図に示した制御例では、特性Ｌ１と平行にエンジン回転速度Ｎ_ENGに比例する特性Ｌ３を低負荷側に設定している。特性Ｌ３は、図８の特性Ｌ２よりも低負荷側であってもよく、特性Ｌ２以上であってもよい。この特性Ｌ３よりも低負荷側の運転領域では、スロットル開度ＴＶＯは、全開になっており、目標空気充填量ＣＥは、専ら、吸気弁２１の閉タイミングで制御されるようになっている。このため、充分な空気充填量ＣＥを確保し、ポンプ損失が生じないように制御することが可能になる。他方、特性Ｌ１から特性Ｌ３の間では、要求負荷が高まるにつれて、或いはエンジン回転速度Ｎ_ENGが低減するにつれて、スロットル開度ＴＶＯを小さくするように制御される。このため、運転状態が、中高速低中負荷運転領域から運転モードＭを遅閉じモードＭ_LIVCに設定する必要のある低速高負荷運転領域に近づくにつれて、スロットル弁５７下流の吸気ポート１８を含む吸気管内の圧力を低減する。これにより、ことができるので、高圧縮比エンジンを採用した本実施形態において、運転モードＭを切り換える過渡的で不安定な運転領域であっても、吸気閉弁時期の変化に伴い一時的に気筒空気充填量が過大となることを抑制して、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。

次に、図５を参照して、ステップＳ６において、現在の運転領域Ｒが遅閉じ領域Ｒ_LIVCである場合（ステップＳ６においてＮＯの場合）、エンジン制御ユニット１００は、運転モードＭを遅角遷移モードＭ_TR-Rに設定する（ステップＳ１０）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、所定のカウント時間Ｃ_TR-Rをカウント値Ｃ_TRとして設定し（ステップＳ１１）、この遅角遷移モードＭ_TR-Rでの目標空気充填量ＣＥ、エンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL、吸気弁２１の開弁期間θ_VCT、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、およびスロットル開度ＴＶＯを算出する（ステップＳ１２）。所定のカウント時間Ｃ_TR-Rを設けているのは、吸気弁駆動機構３０による吸気弁２１の閉タイミング設定が切り換わるまでの間、暫定的に充填量ＣＥを低減してプリイグニション等の異常燃焼を回避するためである。

ステップＳ１２が実行された後は、ステップＳ９に移行することにより、遅角遷移モードＭ_TR-Rで算出したバルブリフト量θ_VVL、開弁期間θ_VCT、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、スロットル開度ＴＶＯ、並びにステップＳ３で算出した燃料噴射量ＦＰ、および点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＦＰ_D、ＥＧＲ_OPEN、ＳＡ_D、θ_VVL-D、θ_VCT-D、ＴＶＯ_Dを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する。その後、ステップＳ２に移行し、上述した制御を繰り返す。

図１０は、図５のフローチャートによる遅角遷移モードＭ_TR-Rでの制御例を示すタイミングチャートである。

図１０に示すように、遅角遷移モードＭ_TR-Rでの制御が実行されると、その開始タイミングｔ０からカウント値Ｃ_TRがデクリメントされ（図６のステップＳ２７参照）、タイミングｔ２で終了する。吸気弁駆動機構３０は、カウントを開始したタイミングｔ０から吸気弁２１の閉タイミングを第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndに移動するために、遅角を開始する。この際、スロットル開度ＴＶＯは、吸気弁２１の閉タイミングが遅角するのに比例して低減し、吸気管圧力を低下させる。これにより、万一、当該気筒１１において、吸気弁２１がプリイグニション等の異常燃焼が懸念される中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMに入り込んだとしても、吸気管圧力の低下によって異常燃焼が防止される。同様に、ＥＧＲ弁６３の開度（ＥＧＲ量）Ｑ_EGR も、吸気弁２１の閉タイミングが遅角するのに比例して増加する。これにより、筒内残留ガスである内部ＥＧＲよりも低温の外部ＥＧＲが筒内に導入されるので、より確実に異常燃焼を回避することが可能になる。

吸気弁２１の閉タイミングの遷移は、カウントの終了タイミングｔ２よりも早いタイミングｔ１で終了するように、諸元が設定される。そして、このタイミングｔ１を経過した時点で、ステップＳ１２で設定されるＱ_EGR、ＴＶＯが遅閉じモードＭ_LIVCと同様に切り換えられ、運転モードの遷移が終了する。

次に、図５に示したフローチャートのステップＳ５において、エンジン制御ユニット１００に設定されている運転モードＭが早閉じモードＭ_EIVCではなかった場合（ステップＳ５において、ＮＯの場合）の制御例について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

運転モードＭが早閉じモードＭ_EIVCではなかった場合、エンジン制御ユニット１００は、さらに運転モードＭが遅閉じモードＭ_LIVCであるか否かを判定する（ステップＳ２０）。仮に運転モードＭが遅閉じモードＭ_LIVCである場合、エンジン制御ユニット１００は、さらに現在の目標空気充填量ＣＥおよびエンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき運転領域Ｒを判定し、現在の運転領域Ｒが早閉じ運転領域Ｒ_IIVC以外であるか、すなわち要求負荷に基づく吸気弁２１の閉弁タイミング範囲ＩＶＣが第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1st以外であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。現在の運転領域Ｒが早閉じ運転領域Ｒ_IIVC以外である場合、エンジン制御ユニット１００は、運転モードＭを遅閉じモードＭ_LIVCに設定する（ステップＳ２２）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、この遅閉じモードＭ_LIVCでの目標空気充填量ＣＥ、エンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL、吸気弁２１の開弁期間θ_VCT、スロットル開度ＴＶＯを算出し（ステップＳ２３）、算出したバルブリフト量θ_VVL、開弁期間θ_VCT、スロットル開度ＴＶＯ並びにステップＳ３で算出した燃料噴射量ＦＰ、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、および点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＦＰ_D、ＥＧＲ_OPEN、ＳＡ_D、θ_VVL-D、θ_VCT-D、ＴＶＯ_Dを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する。その後、ステップＳ２に移行し、上述した制御を繰り返す。

図１１は、図６のフローチャートによって設定される遅閉じモードＭ_LIVCでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図であり、図１２は、図６のフローチャートによって設定される遅閉じモードＭ_LIVCでのスロットル開度の制御例を示す図である。各図において、（Ａ）は目標空気充填量ＣＥに応じてスロットル開度を並行して制御する場合、（Ｂ）はスロットル開度を一定に維持する場合である。

図１１（Ａ）、図１２（Ａ）を参照して、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndで吸気弁２１が閉じる場合、スロットル開度ＴＶＯを変更しながら目標空気充填量ＣＥを制御する場合には、目標空気充填量ＣＥの増減に拘わらず、吸気弁２１の閉タイミングを一定にし、スロットル弁５７下流の吸気ポート１８を含む吸気通路内の圧力を制御することで、気筒空気充填量が変化する。

他方、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）に示すように、機関速度が一定の条件のもとでスロットル開度ＴＶＯを一定に維持し、目標空気充填量ＣＥが増加するにつれて、吸気弁閉タイミングを進角させる場合には、吸気弁閉タイミングが第２閉弁タイミングＩＶＣ_2nd内で進角するにつれて、そのときの最大気筒空気充填量が得られる閉弁タイミングに近づくので、気筒空気充填量が制御される。その際に、スロットル開度ＴＶＯは比較的大きな値で一定に維持され、吸気通路内の圧力が高く維持されるので、ポンプ損失が低い状態が維持される。

図１１（Ａ）（Ｂ）の何れの場合においても、エンジン回転速度Ｎ_ENGが高くなるほど、吸気弁２１の閉タイミングは遅角する。また、図１２（Ａ）（Ｂ）の何れの場合においても、エンジン回転速度Ｎ_ENGが高くなるほど、スロットル開度ＴＶＯは、大きく制御される。これは、エンジン回転速度Ｎ_ENGが高くなるほど、吸気慣性力が増加し、当該エンジン回転速度（機関速度）Ｎ_ENGにおいて目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングが遅角することに対応しているのであり、この制御によって、所要の目標空気充填量ＣＥを確保することができるのである。

次に、図６を参照して、ステップＳ２１において、現在の要求負荷に基づく吸気弁２１の閉弁タイミング範囲ＩＶＣが第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stである場合（ステップＳ２１において、ＮＯの場合）、エンジン制御ユニット１００は、運転モードＭを進角遷移モードＭ_TR-Aに設定する（ステップＳ２４）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、所定のカウント時間Ｃ_TR-Aをカウント値Ｃ_TRとして設定し（ステップＳ２５）、この進角遷移モードＭ_TR-Aでの目標空気充填量ＣＥ、エンジン回転速度Ｎ_ENGに基づき、吸気弁２１のバルブリフト量θ_VVL、吸気弁２１の開弁期間θ_VCT、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、およびスロットル開度ＴＶＯを算出する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６が実行された後は、ステップＳ９に移行することにより、進角遷移モードＭ_TR-Aで算出したバルブリフト量θ_VVL、開弁期間θ_VCT、ＥＧＲ量Ｑ_EGR 、スロットル開度ＴＶＯ、並びにステップＳ３で算出した燃料噴射量ＦＰ、および点火タイミングＳＡに対応する制御信号ＦＰ_D、ＥＧＲ_OPEN、ＳＡ_D、θ_VVL-D、θ_VCT-D、ＴＶＯ_Dを出力することによって、吸気弁駆動機構３０やスロットル弁５７の各アクチュエータを制御する。その後、ステップＳ２に移行し、上述した制御を繰り返す。

図１３は、図６のフローチャートによる進角遷移モードＭ_TR-Aでの制御例を示すタイミングチャートである。

図１３に示すように、進角遷移モードＭ_TR-Aでの制御が実行されると、その開始タイミングｔ０からカウント値Ｃ_TRがデクリメントされ（図６のステップＳ２７参照）、タイミングｔ２で終了する。吸気弁駆動機構３０は、カウントを開始したタイミングｔ０から吸気弁２１の閉タイミングを第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stに移動するために、進角を開始する。この際、スロットル開度ＴＶＯは、吸気弁２１の閉タイミングが進角するのに比例して低減し、吸気管圧力を低下させる。これにより、万一、当該気筒１１において、吸気弁２１がプリイグニション等の異常燃焼が懸念される中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMに入り込んだとしても、吸気管圧力の低下によって異常燃焼が防止される。同様に、ＥＧＲ弁６３の開度（ＥＧＲ量）Ｑ_EGR も、吸気弁２１の閉タイミングが進角するのに比例して増加する。これにより、比較的低温の外部ＥＧＲが筒内に導入されるので、より確実に異常燃焼を回避することが可能になる。

吸気弁２１の閉タイミングの遷移は、カウントの終了タイミングｔ２よりも早いタイミングｔ１で終了するように、諸元が設定される。そして、このタイミングｔ１を経過した時点で、ステップＳ２６で設定されるＱ_EGR、ＴＶＯが早閉じモードＭ_EIVCと同様に切り換えられ、運転モードの遷移が終了する。

次に図６のフローチャートにおいて、エンジン制御ユニット１００に設定されている運転モードＭが遅閉じモードＭ_LIVCではなかった場合（ステップＳ２０において、ＮＯの場合）、運転モードＭは、遅角遷移モードＭ_TR-Rと進角遷移モードＭ_TR-Aの何れかである。

そこで、本実施形態では、まず、エンジン制御ユニット１００がカウント値Ｃ_TRをデクリメントし（ステップＳ２７）、運転モードＭが進角遷移モードＭ_TR-Aであるか否かを判定する（ステップＳ２８）。

仮に運転モードＭが進角遷移モードＭ_TR-Aである場合、エンジン制御ユニット１００は、カウント値Ｃ_TRが０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２９）。仮にカウント値Ｃ_TRが０よりも大きい場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２６以降の制御を実行する。これにより、進角遷移モードＭ_TR-Aでの運転制御が継続される。

ステップＳ２９において、カウント値Ｃ_TRが０以下である場合、既に吸気弁駆動機構３０による吸気弁２１の運転モード切換は、終了しているので、ステップＳ７以降のステップに移行し、運転モードＭを早閉じモードＭ_EIVCに切り換え、上述した早閉じモードでの運転制御を繰り返す。

ステップＳ２８において、運転モードＭが遅角遷移モードＭ_TR-Rである場合、エンジン制御ユニット１００は、カウント値Ｃ_TRが０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０）。仮にカウント値Ｃ_TRが０よりも大きい場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１２以降の制御を実行する。これにより、遅角遷移モードＭ_TR-Rでの運転制御が継続される。他方、ステップＳ３０において、カウント値Ｃ_TRが０以下である場合、既に吸気弁駆動機構３０による吸気弁２１の運転モード切換は、終了しているので、ステップＳ２２以降のステップに移行し、運転モードＭを遅閉じモードＭ_LIVCに切り換え、上述した早閉じモードでの運転制御を繰り返す。

図１４は、図５および図６のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフである。図１４において、（Ａ）は遅閉じモードＭ_LIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、（Ｂ）は遅閉じモードＭ_LIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合である。

図１４（Ａ）を参照して、遅閉じモードＭ_LIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、吸気弁２１の閉タイミングを最も進角側に固定して目標空気充填量ＣＥを制御することができるので、早閉じモードＭ_EIVCから遅閉じモードＭ_LIVCへ切り換える時の変位量（図３におけるコントロールシャフト１２０の回動角度）も最小となり、早閉じモードＭ_EIVCからの切り換えに要する時間を可及的に短くすることができる。

他方、図１４（Ｂ）を参照して、遅閉じモードＭ_LIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合、早閉じモードＭ_EIVCから遅閉じモードＭ_LIVCへ切り換える時の変位量（図３におけるコントロールシャフト１２０の回動角度）は最大となるが、吸気管圧力を高く維持することができるので、ポンプ損失を最小のものとし、高い出力を維持することができる。

何れの場合においても、エンジン回転速度Ｎ_ENGが上昇するにつれて、吸気弁閉タイミングは、遅角するので、エンジン回転速度Ｎ_ENGが高いほど第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndとの間の中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMが小さくなり、ある回転速度（例えば、２５００ｒｐｍ）以上では、専ら第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndで吸気弁２１が閉じることとなり、運転モードＭの切り換えは不要となる。

以上説明したように、本実施形態は、往復動するピストン１５とともに燃焼室１７を規定する気筒１１と、燃焼室１７内へ導入される空気が通過する吸気ポート１８と、該吸気ポート１８を燃焼室１７から遮断可能な吸気弁２１とを有するエンジン１と、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ各気筒１１への目標空気充填量ＣＥの増加に応じて当該吸気弁２１の閉タイミングが遅角するように構成されている可変動弁装置としての吸気弁駆動機構３０と、制御器としてのエンジン制御ユニット１００とを備えているエンジンシステムである。

そして、エンジン制御ユニット１００により、各気筒サイクルにおける気筒１１内への目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該エンジン回転速度Ｎ_ENGにおいて目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1st内で吸気弁２１を閉じるステップ（図５のステップＳ５〜Ｓ９）、および目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上のとき、各気筒サイクルにおいて、当該エンジン回転速度Ｎ_ENGにおいて目標空気充填量ＣＥが最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2nd内で吸気弁２１を閉じるステップ（図６のステップＳ２０〜Ｓ２３、図５のステップＳ９）を備えている。

このため本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量よりも小さいときは、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1st内（例えば吸気下死点より前）で吸気弁２１が閉じられる一方、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上のときは、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2nd内（例えば下死点より後）で吸気弁２１が閉じられる。従って、上述した例のように、例えば、吸気弁開タイミングを比較的小さく維持しつつ目標空気充填量ＣＥの増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する吸気弁駆動機構３０を採用した場合に、目標空気充填量ＣＥが比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量ＣＥに相応した小さな開弁量によってエンジン１を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量ＣＥが高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量ＣＥを充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。また、目標空気充填量ＣＥの高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後エンジン回転速度Ｎ_ENGが上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関回転速度が高いほど、一定の空気充填量ＣＥを得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、予め低回転運転領域に第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndに吸気弁２１の閉弁タイミングを設定しておくことで、高負荷時の回転上昇中に吸気弁閉タイミングが、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndとの間に位置する中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMに入る頻度を最小化することができるので、吸気管圧力を低下させる程度を最小化し、ポンプ損失を最小化することができる。それで、高圧縮比に伴う問題の発生を防止しつつ、膨張比を高めて、機関運転効率を向上させることができる。

また本実施形態では、エンジン１の低速運転領域では、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stが各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndが各気筒サイクルの吸気下死点より後である。このため本実施形態では、特にプリイグニションが問題となる低速運転領域で、確実にプリイグニション等の異常燃焼を回避可能な設定範囲で膨張比を拡大し、機関運転効率を向上させることができる。

また本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上のときは、目標空気充填量ＣＥの増加に応じて、燃焼室１７へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップ（図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）の制御）をさらに備えている。このため本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上になった直後では、燃焼室１７へ流れ込む空気の圧力すなわち吸気管圧力が比較的低く設定される。そのため、その際の吸気弁閉タイミングは、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndの比較的進角側、すなわち第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stに近い側に設定されることとなる。従って、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上になった際の、吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができる結果、早閉じ動作から遅閉じ動作に切り換わる際の切換動作が必要最小限に簡素化され、短時間で運転動作の切換を終了することができる。

また本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量よりも小さいときに、目標空気充填量ＣＥの増加に応じて、燃焼室１７へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップ（図９の制御）をさらに備えている。このため本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上となる直前に、吸気管圧力を低下することになる。従って、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換える過程で、第１閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_1stと第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndとの間に位置する中間閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_IMで吸気弁２１が閉じたとしても、その時点では吸気管圧力が低下していることから、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。

また本実施形態では、エンジン回転速度Ｎ_ENGの増加に応じて各気筒サイクルにおける吸気弁２１の閉タイミングを遅角させるステップ（図８、図１１の制御）をさらに備えている。このため本実施形態では、図１４に示したように、エンジン回転速度Ｎ_ENGの増加に伴って高まる吸気慣性力に応じて、適切な空気流量を維持することができ、広い運転領域にわたって、好適な空気充填量ＣＥを維持することができる。

また本実施形態では、目標空気充填量ＣＥが所定空気充填量以上であるとき、すなわち、第２閉弁タイミング範囲ＩＶＣ_2ndで吸気弁２１が閉弁制御される遅閉じモードＭ_LIVCのとき、目標空気充填量ＣＥの増加に応じて各気筒サイクルにおける吸気弁２１の閉タイミングを進角するステップ（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）の制御）をさらに備えている。このため本実施形態では、ポンプ損失を伴うことなく、広い運転領域にわたって目標空気充填量ＣＥを得ることができる。

上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。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内燃機関システムの概略構成図である。 図１の実施形態に係る吸気弁駆動機構の具体的な構成を示す斜視図である。 図１の吸気弁駆動機構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バルブリフト量が０のときを示し、（Ｂ）は大リフト制御状態においてバルブ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バルブリフト量が０のときを示し、（Ｄ）は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。 本実施形態に係る吸気弁駆動機構の設定例を示す図である。 本発明の実施形態に係るエンジンの制御例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るエンジンの制御例を示すフローチャートである。 図５のフローチャートにおいて判定される運転領域の例を示す特性図である。 図５のフローチャートによって設定される早閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図である。 図５のフローチャートによって設定される早閉じモードでのスロットル開度の制御例を示す図である。 図５のフローチャートによる遅角遷移モードでの制御例を示すタイミングチャートである。 図６のフローチャートによって設定される遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図であり、（Ａ）はスロットル開度を並行して制御する場合、（Ｂ）はスロットル開度を一定に維持する場合である。 図６のフローチャートによって設定される遅閉じモードでのスロットル開度の制御例を示す図であり、（Ａ）はスロットル開度を並行して制御する場合、（Ｂ）はスロットル開度を一定に維持する場合である。 図６のフローチャートによる進角遷移モードでの制御例を示すタイミングチャートである。 図５および図６のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフであり、（Ａ）は遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、（Ｂ）は遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関の一例）
１１ シリンダ
１５ ピストン
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
３０ 吸気弁駆動機構
３２ 吸気カムシャフト位相可変機構
１００ エンジン制御ユニット（制御器の一例）
ＣＥ 目標空気充填量
Ｍ_EIVC 早閉じモード
Ｍ_LIVC 遅閉じモード
Ｍ_TR-A 進角遷移モード
Ｍ_TR-R 遅角遷移モード
Ｒ 運転領域
Ｒ_EIVC 早閉じモード運転領域
Ｒ_LIVC 遅閉じ運転領域
Ｒ_TR 過渡領域
ＩＶＣ 閉弁タイミング範囲
ＩＶＣ_1st 第１閉弁タイミング範囲
ＩＶＣ_2nd 第２閉弁タイミング範囲
ＩＶＣ_IM 中間閉弁タイミング範囲
θ_VCT 開弁期間
θ_VVL バルブリフト量

Claims (8)

1. 往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁とを有する内燃機関の制御方法であって、
   各気筒サイクルにおける前記気筒内への目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップ、および
   前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上のとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップ
   を備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 請求項1に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記内燃機関の低速運転領域では、前記第１閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、前記第２閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より後である
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上のときは、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記目標空気充填量が前記所定空気充填量よりも小さいときに、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記機関速度の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを遅角させるステップをさらに備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
6. 請求項１、２、４、または５に記載の内燃機関の制御方法において、
   目標空気充填量が前記所定空気充填量以上であるとき、前記目標空気充填量の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを進角するステップをさらに備えている
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
7. 往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、該吸気弁を可変タイミングで開閉する可変動弁装置とを有する内燃機関、および
   前記気筒内への各気筒サイクルにおける目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第１閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、前記目標空気充填量が前記所定空気充填量以上であるとき、各気筒サイクルにおいて、当該機関速度において空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第１閉弁タイミング範囲から離間した第２閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるように前記可変動弁装置を制御する制御器
   を備えている
   ことを特徴とする内燃機関システム。
8. 請求項７記載の内燃機関システムにおいて、
   前記内燃機関の幾何学的圧縮比が１３以上である
   ことを特徴とする内燃機関システム。

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