JP2009228674A - 内燃機関の制御方法および内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】異常燃焼の発生をより確実に回避することのできる内燃機関の制御方法を提供する。
【解決手段】吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣを、吸気通路から気筒１１内への空気の導入量が最大となる時期よりも遅角側であって、内燃機関１の回転数Ｎ_ＥＮＧが同一の条件下において、気筒１１内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量ＣＥ_Ｄが大きくなるほど進角するように、かつ、前記目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大となる条件下において、回転数Ｎ_ＥＮＧが上昇するほど進角するように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関において吸気通路から気筒内への空気の流入を遮断可能な吸気弁の閉弁時期制御に関する。

従来、排ガス性能の向上等を目的として、内燃機関の吸気弁の開弁時期あるいは閉弁時期を運転条件に応じて制御する方法が開発されている。

例えば、特許文献１には、排気弁と吸気弁の開閉時期を制御する方法が開示されている。この方法では、中負荷領域において、吸気弁の閉弁時期を下死点より遅角側に制御している。一方、全負荷領域においては、吸気弁の閉弁時期を中負荷領域における時期よりも進角させている。つまり、負荷の低下に伴い吸気閉弁時期を遅角させることで気筒空気充填量を低下させている。その結果、この方法を用いれば、スロットル弁による空気量制御の必要性が低下し、吸気管圧力低下ひいては吸気行程中の気筒内圧力低下に伴うポンプ損失が抑制されて、機関の運転効率を高めることが出来る。

また、前記方法は、全負荷領域において吸気弁の閉弁時期を回転数の増加に伴い吸気の吹き返しがない範囲で遅角させている。すなわち、吸気閉弁時期を吸気慣性の大きい高回転ほど遅角させ、全ての回転数における高い充填効率を実現し、出力の確保を図っている。

特開２００２−２４２７０９号公報

前記特許文献１の方法は、内燃機関の運転効率を高めながら、出力を高めることが出来る。しかしながら、更に運転効率及び出力を高めるために、内燃機関の膨張比を高めようとすると、以下のような課題があり、対応することが出来ない。つまり、膨張比を高めるためには、内燃機関の幾何学的圧縮比を高める必要がある。幾何学的圧縮比が高いときに、内燃機関の速度すなわち回転数が低く気筒内のガス流動が小さい条件下で気筒空気充填率が高いならば、圧縮行程時に気筒内の混合気が過熱され、未燃混合気が火花点火前に自着火したり、火花点火後に筒内混合気の未燃部分が火炎伝播前に過剰圧縮されて過剰に高温となり自着火するといった現象、すなわち異常燃焼が生じるおそれが高まる。

本発明は、このような事情に鑑み、異常燃焼の発生を回避しながら、内燃機関の運転効率と出力を向上することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の一つの観点によれば、往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入される空気が通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内への空気の流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関を制御する方法が提供される。この方法は、前記吸気弁の閉弁時期を、前記吸気通路から前記気筒内への空気の導入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一の条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角するように、かつ、前記目標空気充填量が最大となる条件下において、前記回転数が上昇するほど進角するように制御する（請求項１）。

この方法によれば、高負荷低回転領域における吸気の閉弁時期が、空気の導入量が最大となる時期よりも十分に遅角側、すなわち、気筒内から吸気通路側への空気の吹き返しが十分に生じるような時期に制御される。これにより、機関運転効率を高めるために膨張比を高めることで圧縮比が高まって異常燃焼が生じる可能性が高まったとしても、異常燃焼発生可能性の高い高負荷低回転領域において、スロットル弁の絞りによるポンプ損失を高めることなく気筒内に導入される空気量が抑制され、圧縮時の気筒内の温度上昇が抑制されて、異常燃焼の発生の回避が可能となる。結果として、この方法によれば、高膨張比と低ポンプ損失により高負荷低回転領域における機関運転効率をより高めることが出来る。

一方、前記低回転領域よりも回転数が高い領域では、異常燃焼発生可能性は低下する。それに対応して、この方法では、吸気の閉弁時期が回転数の増加とともに進角側に制御されて空気の吹き返しが抑制されるので、気筒空気充填量が高められ、増加した空気量に応じて増加した燃料の燃焼により出力が向上する。結果として、この方法によれば、広範囲な運転領域において、機関運転効率を高めるとともに、機関出力を向上させることが出来る。

また、本発明の別の観点によれば、往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入される空気が通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内への空気の流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、前記吸気弁の閉弁時期を、前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角するように制御するとともに、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が予め設定された基準回転数未満の場合には、前記吸気弁の閉弁時期を当該回転数が上昇するほど進角するように制御する一方、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合には、前記吸気弁の閉弁時期を当該回転数の上昇に応じて遅角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法が提供される（請求項２）。

この方法によれば、高負荷低回転領域における吸気の閉弁時期が、空気の導入量が最大となる時期よりも十分に遅角側、すなわち、気筒内から吸気通路側への空気の吹き返しが十分に生じるような時期に制御される。これにより、機関運転効率を高めるために膨張比を高めることで圧縮比が高まって異常燃焼が生じる可能性が高まったとしても、異常燃焼発生可能性の高い高負荷低回転領域において、スロットル弁の絞りによるポンプ損失を高めることなく、気筒内に導入される空気量が抑制される。これにより、圧縮時の気筒内の温度上昇が抑制され、異常燃焼の発生は回避可能となる。結果として、本方法によれば、高膨張比と低ポンプ損失により高負荷低回転領域における機関運転効率をより高めることが出来る。

さらに、本方法では、機関回転数の上昇に応じて異常燃焼の発生の可能性が低下するのに対応して、吸気の閉弁時期が、回転数が基準回転数未満の領域では回転数の増加とともに進角側に制御されて空気の吹き返しが抑制されるので、気筒空気充填量が高められる。一方、回転数が基準回転数以上の領域では、機関回転数の上昇に伴う吸気流の慣性の増大とともに気筒空気充填量が最大となる吸気閉弁時期が遅角するのに対応して、回転数の増加とともに吸気閉弁時期が遅角側に制御されており、これにより、気筒空気充填量が高められる。そして、増加した空気量に応じて増加した燃料を燃焼させることで出力が向上する。結果として、本方法によれば、広範囲な運転領域において、機関運転効率を高めるとともに、機関出力を向上させることが出来る。

また、この方法において、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合に、前記排気弁の開弁時期を当該回転数の上昇に応じて進角するように制御すれば、回転数の上昇に応じて排気抵抗をより小さく抑えることができ、機関運転効率を向上させることができる（請求項３）。

さらに、この方法において、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数未満の場合に、当該回転数の上昇に応じて、前記吸気弁の開弁時期を進角するとともに排気弁の閉弁時期を遅角して吸気弁と排気弁とがいずれも開弁しているオーバーラップ期間を大きくすれば、回転数の上昇に応じて気筒内の掃気性ひいては気筒内の新気量が高められ機関出力が向上して、機関運転効率をより向上させることができる（請求項４）。

また、本発明において、前記目標空気充填量が予め設定された基準充填量以下となる運転領域では、その運転領域全域にわたり前記吸気弁の閉弁時期を一定値に制御してもよい（請求項５）。

そして、この場合には、前記吸気通路に設けられて、当該吸気通路内の圧力を制御可能な圧力制御手段を用い、前記目標空気充填量が前記基準充填量以下の運転領域において、前記目標空気充填量が増加するに伴って、前記圧力制御手段により前記吸気通路内の圧力を高めるようにすれば、吸気弁の制御幅を小さく抑えつつ、気筒内の空気量をより確実に前記目標空気充填量とすることができる（請求項６）。

また、本発明の別の観点によれば、往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入されるガスが通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内へのガスの流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関の制御システムであって、前記吸気弁および排気弁を周期的に開閉させる弁駆動機構と、前記弁駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側になるように、制御するとともに、前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角側になるように、かつ、前記吸気弁の閉弁時期が、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が上昇するほど進角側になるように、制御することを特徴とする内燃機関の制御システムが提供される（請求項７）。

この内燃機関の制御システムでは、前記制御手段による前記弁駆動機構の制御により、高負荷低回転領域における吸気の閉弁時期が、空気の導入量が最大となる時期よりも十分に遅角側、すなわち、気筒内から吸気通路側への空気の吹き返しが十分に生じるような時期に制御される。これにより、機関運転効率を高めるために膨張比を高めることで圧縮比が高まって異常燃焼が生じる可能性が高まったとしても、異常燃焼発生可能性の高い高負荷低回転領域において、スロットル弁の絞りによるポンプ損失を高めることなく、気筒内に導入される空気量が抑制される。そのため、圧縮時の気筒内の温度上昇が抑制され、異常燃焼の発生が回避され得る。結果として、本制御システムによれば、高膨張比と低ポンプ損失により高負荷低回転領域における機関運転効率をより高めることが出来る。

一方、前記低回転領域よりも回転数が高い領域では、異常燃焼発生可能性は低下する。それに対応して、本制御システムでは、吸気の閉弁時期が回転数の増加とともに進角側に制御されて空気の吹き返しが抑制されるので、気筒空気充填量が高められ、増加した空気量に応じて増加した燃料を燃焼させることで出力が向上する。結果として、本制御システムによれば、広範囲な運転領域において、機関運転効率を高めるとともに、機関出力を向上させることが出来る。

本発明の更に別の観点によれば、往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入されるガスが通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内へのガスの流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関の制御システムであって、前記吸気弁および排気弁を周期的に開閉させる弁駆動機構と、前記弁駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が、前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角側になるように制御するとともに、前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記目標空気充填量が最大でかつ前記回転数が予め設定された基準回転数未満の条件下において前記吸気弁の閉弁時期が前記回転数が上昇するほど進角側になるように、かつ、前記目標空気充填量が最大でかつ前記回転数が前記基準回転数以上の条件下において前記吸気弁の閉弁時期が前記回転数の上昇するほど遅角側になるように、制御することを特徴とする内燃機関の制御システムが提供される（請求項８）。

この内燃機関の制御システムでは、前記制御手段による前記弁駆動機構の制御により、高負荷低回転領域における吸気の閉弁時期が、空気の導入量が最大となる時期よりも十分に遅角側、すなわち、気筒内から吸気通路側への空気の吹き返しが十分に生じるような時期に制御される。これにより、機関運転効率を高めるために膨張比を高めることで圧縮比が高まって異常燃焼が生じる可能性が高まったとしても、異常燃焼発生の可能性の高い高負荷低回転領域において、スロットル弁の絞りによるポンプ損失を高めることなく、気筒内に導入される空気量が抑制される。そのため、圧縮時の気筒内の温度上昇が抑制され、異常燃焼の発生が回避され得る。結果として、高膨張比と低ポンプ損失により高負荷低回転領域における機関運転効率をより高めることが出来る。

さらに、本制御システムでは、前記制御手段による前記弁駆動機構の制御により、機関回転数の上昇に応じて異常燃焼発生の可能性が低下するのに対応して、吸気の閉弁時期が回転数が基準回転数未満の領域では回転数の増加とともに進角側に制御されて、空気の吹き返しが抑制されるので、気筒空気充填量が高められる。一方、回転数が基準回転数以上の領域では、機関回転数の上昇に伴う吸気流の慣性の増大とともに気筒空気充填量が最大となる吸気閉弁時期が遅角するのに対応して、回転数の増加とともに吸気閉弁時期が遅角側に制御されるので、気筒空気充填量が高められる。そして、このように空気充填量が高められると、この増加した空気量に応じて増加した燃料を燃焼させることで出力が向上する。

また、この制御システムにおいて、前記制御手段が、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合に、前記排気弁の開弁時期を当該回転数の上昇に応じて進角するように、前記弁駆動機構を制御すれば、回転数の上昇に応じて排気抵抗をより小さく抑えることができ、機関運転効率を向上させることができる（請求項９）。

前記弁駆動機構等の具体的な構成は特に限定されるものではないが、例えば、前記弁駆動機構は、前記ピストンに接続されたクランクシャフトにより駆動されて前記吸気弁および前記排気弁を駆動するカムシャフトと、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変化させる位相可変機構とを備え、前記制御手段は、前記位相可変機構を駆動して前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変更することで、前記吸気弁の閉弁時期を制御するものが挙げられる（請求項１０）。

また、前記内燃機関の制御システムにおいて、前記制御手段は、前記目標空気充填量が予め設定された基準充填量以下となる運転領域では、その運転領域全域にわたり前記吸気弁の閉弁時期が一定となるように、前記弁駆動機構を制御してもよい（請求項１１）。

さらに、前記制御手段が、前記位相可変機構を駆動して前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変更することで、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数未満の場合に、当該回転数の上昇に応じて、前記吸気弁の開弁時期を進角するとともに前記排気弁の閉弁時期を遅角して吸気弁と排気弁とがいずれも開弁しているオーバーラップ期間を大きくするように制御すれば、回転数の上昇に応じて気筒内の掃気性ひいては気筒内の新気量が高められ機関出力が増大して、機関運転効率をより向上させることができる（請求項１２）。

ここで、気筒の幾何学的圧縮比が１３以上となるような高圧縮比の内燃機関では、圧縮によって気筒内の温度が高くなりやすく異常燃焼が生じる可能性が高い。そのため、このような高圧縮比の内燃機関に前記内燃機関の制御システムを適用すれば効果的である（請求項１３）。

また、前記吸気通路内に設けられて、当該吸気通路の開口面積を変更可能なスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル駆動機構とを設け、前記制御手段によって、前記スロットル弁が前記目標空気充填量の増大に伴い前記開口面積を増大するように、前記スロットル駆動機構が制御されるのが好ましい（請求項１４）。

このようにすれば、吸気弁の閉弁時期の制御幅を小さく抑えつつ、スロットル弁によって気筒内の空気量をより確実に前記目標空気充填量とすることができる。

以上のように、本発明によれば、広範囲な運転領域において、機関運転効率を高めるとともに機関出力を向上させることが出来る。

本発明に係る内燃機関の制御方法が適用されるエンジンシステムの全体構造の概略図である。 本発明に係る制御方法の制御手順を説明するためのフローチャートである。 回転数と目標空気充填量に対する吸気バルブの開閉タイミングを示す図である。 回転数と目標空気充填量に対するスロットル弁の開度を示す図である。 （ａ）低負荷領域での吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを示す図である。（ｂ）高負荷低回転領域での吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを示す図である。（ｃ）高負荷中回転領域での吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを示す図である。（ｄ）高負荷高回転領域での吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを示す図である。 吸気バルブの閉タイミングと空気充填量との関係を説明するための図である。 回転数毎の吸気バルブの閉タイミングと空気充填量との関係を説明するための図である。 回転数と目標空気充填量に対する排気バルブの開閉タイミングを示す図である。

本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明が適用されるエンジンシステムの全体構造を概略的に示したものである。このエンジンシステムは、エンジン本体（内燃機関）１と、このエンジン本体１に付随する様々なアクチュエータを制御するためのエンジン制御器（制御手段）１００とを有している。

前記エンジン本体１は、自動車等の車両に搭載される４サイクルの火花点火式内燃機関であって、前記車両を推進すべく、その出力軸は変速機を介して駆動輪に連結されている。このエンジン本体１は、シリンダーブロック１２とその上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。このシリンダーブロック１２とシリンダヘッド１３との内部には複数のシリンダ（気筒）１１が形成されている。これらシリンダ１１の数は特に限定されるものではないが、例えば４つのシリンダ１１が形成されている。また、前記シリンダーブロック１１には、ジャーナル、ベアリングなどによってクランクシャフト１４が回転自在に支持されている。

前記各シリンダ１１内にはピストン１５がそれぞれ摺動自在に嵌挿されており、各ピストン１５の上方にはそれぞれ燃焼室１７が区画されている。

ここで、本実施形態では、前記ピストン１５が上死点に位置するときの燃焼室１７の容積と、ピストン１５が下死点に位置するときの燃焼室１７の容積との比であるエンジン本体１の幾何学的圧縮比がほぼ１４に設定されている。もちろん、この幾何学的圧縮比の値は１４に限らない。例えば、機関効率の向上といった観点からは前記幾何学的圧縮比はより高い方が好ましい。しかしながら、幾何学的圧縮比を高くしていくと、圧縮行程において気筒内の温度が高くなりすぎてしまい予期せぬタイミングで自着火が生じる可能性が高くなる。そのため、前記エンジン本体１の幾何学的圧縮比としては１３以上１６以下が好ましい。

前記シリンダヘッド１３には、各燃焼室１７に連通する２つの吸気ポート１８と２つの排気ポート１９とが形成されている。また、前記シリンダヘッド１３には、各吸気ポート１８をそれぞれ前記燃焼室１７から遮断するための吸気バルブ（吸気弁）２１と、各排気ポート１９をそれぞれ前記燃焼室１７から遮断するための排気バルブ（排気弁）２２とが設けられている。前記吸気バルブ２１は後述する吸気弁駆動機構（弁駆動機構）３０により駆動されることで、所定のタイミングで各吸気ポート１８を開閉する。一方、前記排気バルブ２２は後述する排気弁駆動機構（弁駆動機構）４０により駆動されることで、前記各排気ポート１９を開閉する。

前記吸気弁駆動機構３０および前記排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１と排気カムシャフト４１とを有している。この吸気カムシャフト３１および排気カムシャフト４１は、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クランクシャフト１４に連結されている。前記動力伝達機構は、前記クランクシャフト１４が２回転する間に、カムシャフト３１、４１が１回転するように構成されている。

また、前記吸気弁駆動機構３０には、前記動力伝達機構と前記吸気カムシャフト３１との間に吸気カムシャフト位相可変機構（位相可変機構）３２が設けられている。この吸気カムシャフト位相可変機構３２は、吸気バルブ２１のバルブタイミングを変更するためのものであり、前記吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフト１４により直接駆動される被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更することで、前記クランクシャフト１４と前記吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更する。

この吸気カムシャフト位相可変機構３２は、例えば、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これら液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に設けられた電磁石を有し、前記電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。この吸気カムシャフト位相可変機構３２は、後述するエンジン制御器１００で算出された吸気バルブ２１のバルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。そして、本実施形態では、前記吸気カムシャフト位相可変機構３２は、吸気バルブ２１の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルは一定に保ったまま、前記位相差を変更することで、吸気バルブ２１の開タイミング（開弁時期）ＩＶＯと閉タイミング（閉弁時期）ＩＶＣとを変更する。吸気カムシャフト３１の位相角は、カム位相センサ３９により検出され、その信号θ_{ＩＶＣ＿Ａ}はエンジン制御手段１００に送信される。

前記排気弁駆動機構４０にも、前記動力伝達機構と前記排気カムシャフト４１との間に排気カムシャフト位相可変機構（位相可変機構）４２が設けられている。この排気カムシャフト位相可変機構４２は、排気バルブ２２のバルブタイミングを変更するためのものであり、その具体的な構造は前記吸気カムシャフト位相可変機構３２と同様である。そして、排気バルブ２２の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルは一定に保たれたまま、排気バルブ２２の開タイミング（開弁時期）ＥＶＯと閉タイミング（閉弁時期）ＥＶＣとが変更される。

前記吸気ポート１８は、吸気マニホールド５５を介してサージタンク５５ａに連通している。このサージタンク５５ａの上流の吸気通路にはスロットルボデー（スロットル駆動機構）５６が設けられている。このスロットルボデー５６の内部には、外部から前記サージタンク５５ａに向かう吸気流量を調整するためのスロットル弁５７（圧力制御手段）が枢動自在に設けられている。このスロットル弁５７は、前記吸気通路の開口面積すなわち流路面積を変更して吸気流量を変更するとともに、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力を変更することが出来る。このスロットル弁５７は、スロットルアクチュエータ５８により駆動される。このスロットルアクチュエータ５８は、前記スロットル弁５７の開度ＴＶＯが後述するエンジン制御器１００で算出された目標スロットル開度ＴＶＯ_Ｄとなるようにこのスロットル弁５７を駆動する。ここで、請求項における吸気通路とは、このスロットル弁５７下流の、前記吸気ポート１８、吸気マニホールド５５およびサージタンク５５ａ全てを含む。本実施形態では、このスロットル弁５７の開度と前記吸気バルブ２１の閉タイミングとを調整することで、前記シリンダ１１内に充填される空気量すなわちシリンダ１１内の空気充填量ＣＥを適切な値に制御する。

前記排気ポート１９は、排気マニホールド６０を介して排気管に連通している。この排気管には排ガス浄化システムが配置されている。この排ガス浄化システムの具体的構成は特に限定されるものではないが、例えば三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒等の触媒コンバータ６１を有するものが挙げられる。

前記吸気マニホールド５５と前記排気マニホールド６０とはＥＧＲパイプ６２によって連通しており、排ガスの一部が吸気側に循環するよう構成されている。前記ＥＧＲパイプ６２には、このＥＧＲパイプ６２を通って吸気側に循環するＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ６３が設けられる。このＥＧＲバルブ６３は、ＥＧＲバルブアクチュエータ６４により駆動される。このＥＧＲバルブアクチュエータ６４は、前記ＥＧＲバルブ６３の開度が後述するエンジン制御器１００で算出されたＥＧＲ開度ＥＧＲ_ｏｐｅｎとなるようにこのＥＧＲバルブ６３を駆動し、これにより前記ＥＧＲガスの流量を適切な値に調整する。

前記シリンダヘッド１３には、先端が前記燃焼室１７に臨むように点火プラグ５１が取り付けられている。この点火プラグ５１は、点火システム５２により後述するエンジン制御器１００で算出された点火時期ＳＡに基づいて通電されると、前記燃焼室１７内に火花を発生させる。

また、前記シリンダヘッド１３には、燃料を燃焼室１７内に直接噴射するための燃料噴射弁５３がその先端が前記燃焼室１７に臨むように取り付けられている。より詳細には、この燃料噴射弁５３は、その先端が、上下方向において前記２つの吸気ポート１８の下方に位置するよう、かつ、水平方向において前記２つの吸気ポート１８の中間に位置するように配置されている。この燃料噴射弁５３は、その内部に設けられたソレノイドが、燃料システム５４により後述するエンジン制御器１００で算出された燃料噴射量ＦＰに基づいて所定期間だけ通電されることで、前記燃焼室１７内に所定量の燃料を噴射する。

前記エンジン制御器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ためのＣＰＵと、ＲＡＭやＲＯＭからなりプログラム及びデータを格納するメモリと、各種信号の入出力を行なうＩ／Ｏバスとを備えている。

前記エンジン制御器１００には、前記Ｉ／Ｏバスを介して、エアフローメーター７１により検出された吸入空気量ＡＦ、吸気圧センサ７２により検出された吸気マニホールド５５内の空気圧力ＭＡＰ、クランクアングルセンサ７３により検出されたクランク角パルス信号、酸素濃度センサ７４により検出された排ガスの酸素濃度ＥＧＯ、アクセル開度センサ７５により検出された自動車のドライバーによるアクセルペダルの踏み込み量α、車速センサ７６により検出された車速ＶＳＰといった各種の情報が入力される。そして、このエンジン制御器１００は、前記各入力情報に基づいて、シリンダ１１内の空気充填量や点火時期等が運転条件に応じて適切な値になるように、各種アクチュエータに対する指令値を計算する。例えば、スロットル開度ＴＶＯ、燃料噴射量ＦＰ、点火時期ＳＡ、吸気バルブタイミングの目標値、排気バルブタイミングの目標値、ＥＧＲ開度ＥＧＲ_ｏｐｅｎ等の指令値を計算し、それらを、前記スロットルアクチュエータ５８、燃料システム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バルブアクチュエータ６４等に出力する。

前記エンジン制御器１００における具体的な演算手順を図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、前記アクセルペダルの踏み込み量α等の各種信号を読み込む（ステップＳ１）。

次に、前記アクセルペダルの踏み込み量α、前記クランク角パルス信号から算出されるエンジン本体１の回転数Ｎ_ＥＮＧおよび前記車速ＣＳＰに基づき目標トルクＴＱ_Ｄを算出する（ステップＳ２）。算出された目標トルクＴＱ_Ｄおよび回転数Ｎ_ＥＮＧに基づき、燃料噴射量ＦＰ、目標空気充填量（シリンダ１１内の空気充填量ＣＥの目標値）ＣＥ_Ｄおよび点火時期ＳＡを算出する（ステップＳ３）。

そして、前記ステップＳ３で算出された目標空気充填量ＣＥ_Ｄと回転数Ｎ_ＥＮＧとに基づき、前記吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣの目標値θ_{ＩＶＣ＿Ｄ}を算出する。ここで、本実施形態では前述のように吸気バルブ３２の開弁期間は一定に保たれており、この吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＯの目標値θ_{ＩＶＣ＿Ｄ}の算出と同時に吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯの目標値θ_{ＩＶＯ＿Ｄ}も算出される。また、前記ステップＳ３で算出された目標空気充填量ＣＥ_Ｄと回転数Ｎ_ＥＮＧとに基づき、前記排気バルブ２２のバルブタイミングの目標値、すなわち、排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯの目標値θ_{ＥＶＯ＿Ｄ}および閉タイミングＥＶＣの目標値θ_{ＥＶＣ＿Ｄ}を算出する（ステップＳ４）。さらに、前記算出された目標空気充填量ＣＥ_Ｄと回転数Ｎ_ＥＮＧとに基づき、前記スロットル弁５７の開度ＴＶＯの目標値である目標スロットル開度ＴＶＯ_Ｄを算出する（ステップＳ５）。前記吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣの目標値θ_{ＩＶＣ＿Ｄ}および目標スロットル開度ＴＶＯ_Ｄの算出方法の詳細については後述する。

その後、算出された燃料噴射量ＦＰ、点火時期ＳＡ、吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯの目標値θ_{ＩＶＯ＿Ｄ}、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣの目標値θ_{ＩＶＣ＿Ｄ}、排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯの目標値θ_{ＥＶＯ＿Ｄ}、排気バルブ２２の閉タイミングＥＶＣの目標値θ_{ＥＶＣ＿Ｄ}、目標スロットル開度ＴＶＯ_Ｄに基づき、これらの目標値が満足されるように各アクチュエータを駆動する（ステップＳ６）。具体的には、信号θ_{ＩＶＯ＿Ｄ}およびθ_{ＩＶＣ＿Ｄ}は吸気カムシャフト位相可変機構３２に出力される。そして、吸気カムシャフト３１のクランクシャフト１４に対する位相がθ_{ＩＶＯ＿Ｄ}およびθ_{ＩＶＣ＿Ｄ}に対応した値となるように、前記吸気カムシャフト位相可変機構３２が動作する。信号θ_{ＥＶＯ＿Ｄ}およびθ_{ＥＶＣ＿Ｄ}は排気カムシャフト位相可変機構４２に出力される。そして、排気カムシャフト４１のクランクシャフト１４に対する位相がθ_{ＥＶＯ＿Ｄ}およびθ_{ＥＶＣ＿Ｄ}に対応した値となるように、この排気カムシャフト位相可変機構４２が動作する。信号ＴＶＯ_Ｄはスロットルアクチュエータ５８に出力される。そして、スロットル弁５７の開度ＴＶＯがＴＶＯ_Ｄに対応した値となるように、前記スロットルアクチュエータ５８が動作する。信号ＦＰは、燃料システム５４に出力される。１気筒サイクル当りＦＰに対応した量の燃料が燃料噴射弁５３から噴射される。そして、信号ＳＡは、点火システム５２に出力される。気筒サイクル中のＳＡに対応した時期に、点火プラグ５１が発火して、燃焼室１７内の混合気を着火する。これにより、必要とされる量の空気、燃料からなる混合気を、適切な時期に着火して燃焼させることで、主に前記アクセルペダルの踏み込み量αから求められる目標トルクがエンジン本体１から発生される。

次に、前記吸気バルブ２１の開閉タイミングの目標値θ_{ＩＶＯ＿Ｄ}、θ_{ＩＶＣ＿Ｄ}、前記排気バルブ２２の開閉タイミングの目標値θ_{ＥＶＯ＿Ｄ}、θ_{ＥＶＣ＿Ｄ}および目標スロットル開度ＴＶＯ_Ｄの計算方法すなわち吸気バルブ２１、排気バルブ２２およびスロットル弁５７の具体的な制御方法について説明する。なお、以下の説明の中で吸気バルブ２１および排気バルブ２２の開閉タイミング等についての時期及び期間を表す数値はクランク角によるものであり、また、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点後、ＢＢＤＣは下死点前、ＡＢＤＣは下死点後を意味する。

エンジンの負荷が低く目標空気充填量ＣＥ_Ｄが予め設定された基準充填量ＣＥ_Ｄ＿ｂａｓｅよりも低い領域（図３、図４および図８の領域Ａ）では、前記吸気バルブ２１の開閉タイミングＩＶＯ、ＩＶＣおよび排気バルブ２２の開閉タイミングＥＶＯ、ＥＶＣは回転数Ｎ_ＥＮＧに拠らず一定に制御され、前記スロットル開度ＴＶＯは目標空気充填量ＣＥ_Ｄに応じて変化するよう制御される。例えば、図５の（ａ）に示すように、吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯはＴＤＣから遅角したＡＴＤＣ３０℃Ａ程度の値に制御され、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣはＢＤＣから十分に遅角したＡＢＤＣ１００℃Ａ程度の値に制御される。また、排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯはＢＤＣから進角したＢＢＤＣ２５°ＣＡ程度の値に制御され、排気バルブ２２の閉タイミングＥＶＣはＴＤＣから遅角したＡＴＤＣ２０℃Ａ程度の値に制御される。そして、スロットル開度ＴＶＯは図４に示すように目標空気充填量ＣＥ_Ｄの増加に伴い開き側、すなわち、吸気通路の開口面積が大きくなる側に制御される。ここで、例えば、前記基準充填量ＣＥ_Ｄ＿ｂａｓｅはエンジン本体１における最大空気充填量の半分程度の値である。

図６に示すように、シリンダ１１内の空気充填量ＣＥは、低回転領域においては、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣがＢＤＣ付近において最も大きくなり、それよりも遅角側ではシリンダ１１内の空気が吸気通路側へ吹き返すために減少していく。従って、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが前述のように空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側となるようなＡＢＤＣ１００℃Ａ程度に制御されると、シリンダ１１内の空気充填量ＣＥは十分に小さく抑えられる。

また、エンジンの負荷が高く目標空気充填量ＣＥ_Ｄが前記基準充填量ＣＥ_Ｄ＿ｂａｓｅよりも高い領域（図３、図４および図８の領域Ｂ）では、前記スロットル開度ＴＶＯは目標空気充填量ＣＥ_Ｄによらず回転数Ｎ_ＥＮＧ毎に一定に制御され、吸気バルブ２１の開閉タイミングＩＶＯ、ＩＶＣは目標空気充填量ＣＥ_Ｄに応じて変化するよう制御される。具体的には、前記スロットル開度ＴＶＯは全開付近に制御される。そして、前記吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側において、目標空気充填量ＣＥ_Ｄの増加とともに図６の矢印に示すように進角側に制御され、これに対応して吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯは目標空気充填量ＣＥ_Ｄの増加とともに進角側に制御される。

前述のように、空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが遅角するほど空気充填量ＣＥは減少する。従って、前記領域Ｂでは、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが進角側に制御されることで、空気充填量ＣＥが増加し目標空気充填量ＣＥ_Ｄが満足されることになる。特に、本実施形態では、前記スロットル開度ＴＶＯが全開付近に制御されており、スロットル弁５７によって吸気通路の開口面積が絞られることによるポンピングロスが低減されるので、機関運転効率が高くなる。

ここで、スロットル開度ＴＶＯは、全てのエンジン運転領域において、回転数Ｎ_ＥＮＧに応じて変化するように制御される。具体的には、回転数Ｎ_ＥＮＧの増加とともに開き側に制御される。そして、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣおよび開タイミングＩＶＯは、前記領域Ｂおよびエンジンの全負荷領域（図３、図４および図８の目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大となる領域Ｃ）、すなわち基準充填量ＣＥ_Ｄ＿ｂａｓｅより大きい領域において、回転数Ｎ_ＥＮＧに応じて変化するよう制御される。具体的には、回転数Ｎ_ＥＮＧが基準回転数未満の領域では回転数Ｎ_ＥＮＧの増加とともに進角側に制御され、回転数Ｎ_ＥＮＧが基準回転数以上の領域では回転数の増加とともに遅角側に制御される。この領域における吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣの制御の詳細について以下に説明する。

まず、回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ１と低く目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大のとき、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも十分に遅角側の、例えば、図５の（ｂ）および図７の点Ｐ１に示すようなＡＢＤＣ６０℃Ａ程度に制御される。

ここで、低回転領域では、シリンダ１１内の空気流動が小さいために圧縮時の温度上昇に伴いシリンダ１１内で自着火が生じる可能性が高い。そのため、この領域では、シリンダ１１内の空気充填量ＣＥを小さく抑え温度が上がりすぎるのを抑制することが望ましい。これに対して、本制御では、前記のように吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは十分に遅角側に制御されており、シリンダ１１内の空気充填量ＣＥひいては圧縮時のシリンダ１１内の温度が過剰になるのが抑制されるので、前記自着火の発生が抑制される。特に、本エンジン本体１は、その幾何学的圧縮比が１４と比較的高い値に設定されており自着火しやすいので、この制御はより効果的に作用する。

この回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ１で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大のときの前記吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯは、前記吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣに対応して、例えば、ＢＴＤＣ１０℃Ａ程度に制御される。そして、排気バルブ４１の開タイミングＥＶＯは、例えば、ＡＴＤＣ５℃Ａ程度に制御され、吸気バルブ２１と排気バルブ４１とがいずれも開弁しているオーバーラップ期間が１５℃Ａ程度に制御される。このとき、前記排気バルブ４１の閉タイミングＥＶＣは、前記開タイミングＥＶＯに対応して、ＢＢＤＣ４０℃Ａ程度に制御される。

次に、回転数Ｎ１から基準回転数Ｎ２（＞Ｎ１）の領域では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側に制御されるとともに、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い進角側に制御される。例えば、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、回転数Ｎ２で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大のとき、図５の（ｃ）および図７の点Ｐ２に示すように、空気充填量ＣＥが最大となるＡＢＤＣ３０℃Ａ程度にまで進角される。エンジン回転数Ｎ_ＥＮＧが増加して空気流動が大きくなり異常燃焼の発生の可能性が小さくなると、シリンダ１１内の空気充填量ＣＥを高めることができる。従って、この領域では、エンジン回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを進角側に制御してシリンダ１１内の空気充填量ＣＥを高めて、より多くの燃料を燃焼させることで、エンジン出力ひいては機関運転効率を高める。

ここで、図７に示すように、回転数Ｎ_ＥＮＧが増加すると、吸気の慣性が大きくなることにより空気充填量ＣＥが最大となる時期は遅角側に移動していく。また、前述のように、空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが進角するほど空気の吸気通路への吹き返し量が減少して空気充填量ＣＥは増加する。従って、前記のように回転数の上昇に伴い吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが進角側に制御されると、吹き返し量の減少効果と慣性増大の効果とによりシリンダ１１の空気充填量ＣＥが十分に高められることになる。特に、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを空気充填量ＣＥが最大となる時期付近にまで進角すれば充填効率が高まる。

また、この回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ１からＮ２であって目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大となる領域では、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い、吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯが進角側に制御されるとともに排気バルブ２２の閉タイミングＥＶＣおよび開タイミングＥＶＯが遅角側に制御される。そして、これにより、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴って前記吸気バルブ２１と排気バルブ４１のオーバーラップ期間が増加するように制御される。ここで、回転数Ｎ_ＥＮＧが低い領域ではこのオーバーラップ期間が長いと排気が吸気側に逆流してしまい充填効率が低下するが、回転数Ｎ_ＥＮＧが高い領域ではこのオーバーラップ期間を大きくすることでシリンダ１１内の掃気性を高めることができる。従って、前記のように回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴って前記オーバーラップ期間を増加するように制御することで、シリンダ１１内の新気量を適切に高め、高まった空気量に応じて増量した燃料を燃料噴射弁５３から噴射して燃焼させることで、機関出力が向上し、機関運転効率が高められる。例えば、回転数Ｎ２で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大のときの前記吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯはＢＴＤＣ４０℃Ａ程度に制御され、排気バルブ４１の閉タイミングＥＶＣはＡＴＤＣ２０℃Ａ程度に制御され、前記オーバーラップ期間は前記回転数Ｎ１でのオーバーラップ期間の値１５℃Ａよりも長い６０℃Ａ程度に制御される。このとき、前記排気バルブ４１の開タイミングＥＶＯは、前記閉タイミングＥＶＣに対応して、ＢＢＤＣ２５℃Ａ程度に制御される。

前記回転数Ｎ１は例えば１０００ｒｐｍ程度の値であり、基準回転数Ｎ２は例えば２０００ｒｐｍ程度の値である。

最後に、回転数Ｎ２から回転数Ｎ３（＞Ｎ２）の領域では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い遅角側に制御される。例えば、回転数Ｎ３で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大のとき、図５の（ｄ）および図７の点Ｐ３に示すように、ＡＢＤＣ６０℃Ａ程度にまで遅角される。前記回転数Ｎ３は、例えば７０００ｒｐｍ程度の値である。

本実施形態では、目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大で回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ２のとき、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣは、空気充填量ＣＥが最大となる時期付近に制御されている。そして、回転数Ｎ_ＥＮＧが増加すると、前述のように、吸気の慣性により空気充填量ＣＥが最大となる時期は遅角側に移動していく。そのため、この回転数Ｎ２から回転数Ｎ３の高回転領域では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣが回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い遅角側に制御されることで、空気充填量ＣＥは最大値において略一定に維持される。

前述のとおり回転数Ｎ_ＥＮＧの増加とともに異常燃焼が発生する可能性は低下しており、回転数が回転数Ｎ２を越える領域においては異常燃焼発生の可能性はほぼない。従って、この回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ２以上で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大となる領域では、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い遅角側に制御して空気充填量ＣＥを最大値に維持することで、最大量の燃料の燃焼を可能とし、機関出力ひいては機関運転効率を最大に維持する。

さらに、この回転数Ｎ_ＥＮＧがＮ２以上で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大となる領域では、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に伴い排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯが進角側に制御されており、回転数Ｎ_ＥＮＧの上昇に応じて排気抵抗をより小さく抑えることで機関運転効率をより確実に維持している。例えば、回転数Ｎ３で目標空気充填量ＣＥ_Ｄが最大の条件にて、排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯはＢＢＤＣ３５℃Ａ程度にまで進角される。なお、この条件にて、排気バルブ２２の閉タイミングＥＣＶは前記排気バルブ２２の開タイミングＥＶＯに対応してＡＴＤＣ１０℃Ａ程度に進角され、吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯは前記吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣに対応してＢＴＤＣ１０℃Ａ程度に遅角される。

以上のような制御により、本エンジン本体１では、低回転領域においてシリンダ１１の空気充填量ＣＥが十分に抑制されることで自着火がより確実に抑制されるとともに、中、高回転領域にてシリンダ１１の空気充填量ＣＥが十分に確保されることで出力が維持されることになる。

ここで、回転数Ｎ２からＮ３の領域において、吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを空気充填量ＣＥが最大となる時期よりも遅角側に制御してもよい。また、回転数Ｎ２からＮ３の領域において吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを遅角側にする制御を行なわず、全回転数に対して高回転に向かうにつれ閉タイミングＩＶＣを進角側にする制御を行なってもよい。

また、前記低負荷領域Ａにおいても吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを変化させるようにしてもよい。ただし、低負荷領域Ａにおいて吸気バルブ２１の閉タイミングＩＶＣを一定に保つようにすれば、全体として吸気バルブ２１のバルブタイミングＩＶＣの制御幅が小さく抑えられる。そのため、このバルブタイミングの変化に伴う悪影響を抑制することができる。例えば、閉タイミングＩＶＣの変化に伴って吸気バルブ２１の開タイミングＩＶＯが変化することで排気バルブ２２とのオーバーラップ量を適切に維持できなくなるといった事態をより確実に回避できる。これは、特に、本実施形態のように吸気バルブ２１の開弁期間が一定に保たれている場合に有効である。

また、各種アクチュエータの詳細な構造は前記に限らない。

また、前記吸気バルブ２１の開閉タイミングＩＶＯ、ＩＶＣ、排気バルブ２２の開閉タイミングＥＶＯ、ＥＣＶ、前記基準充填量、回転数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３等の具体的な値は前記に限らない。

１ エンジン本体
１１ 気筒
１４ クランクシャフト
１７ 燃焼室
２１ 吸気バルブ（吸気弁）
２２ 排気バルブ（排気弁）
３０ 吸気弁駆動機構（弁駆動機構）
３１ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
４０ 排気弁駆動機構（弁駆動機構）
５６ スロットルボデー（スロットル駆動機構）
５７ スロットル弁（圧力制御手段）
１００ エンジン制御器（制御手段）

Claims (14)

1. 往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入される空気が通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内への空気の流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、
   前記吸気弁の閉弁時期を、前記吸気通路から前記気筒内への空気の導入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一の条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角するように、かつ、前記目標空気充填量が最大となる条件下において、前記回転数が上昇するほど進角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入される空気が通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内への空気の流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関を制御する方法であって、
   前記吸気弁の閉弁時期を、前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角するように制御するとともに、
   前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が予め設定された基準回転数未満の場合には、前記吸気弁の閉弁時期を当該回転数が上昇するほど進角するように制御する一方、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合には、前記吸気弁の閉弁時期を当該回転数の上昇に応じて遅角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合に、前記排気弁の開弁時期を当該回転数の上昇に応じて進角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数未満の場合に、当該回転数の上昇に応じて、前記吸気弁の開弁時期を進角するとともに排気弁の閉弁時期を遅角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記目標空気充填量が予め設定された基準充填量以下となる運転領域では、その運転領域全域にわたり前記吸気弁の閉弁時期を一定値に制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記吸気通路に設けられて、当該吸気通路内の圧力を制御可能な圧力制御手段を用い、
   前記目標空気充填量が前記基準充填量以下の運転領域において、前記目標空気充填量が増加するに伴って、前記圧力制御手段により前記吸気通路内の圧力を高めることを特徴とする内燃機関の制御方法。
7. 往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入されるガスが通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内へのガスの流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関の制御システムであって、
   前記吸気弁および排気弁を周期的に開閉させる弁駆動機構と、
   前記弁駆動機構を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側になるように、制御するとともに、
   前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角側になるように、かつ、前記吸気弁の閉弁時期が、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が上昇するほど進角側になるように、制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
8. 往復移動するピストンを収容するとともに燃焼室を形成する気筒と、前記気筒内へ導入されるガスが通過する吸気通路と、当該吸気通路から前記気筒内へのガスの流入を遮断可能な吸気弁と、前記気筒内から排出される排気が通過する排気通路と、前記気筒内から前記排気通路への排気の流出を遮断可能な排気弁とを有する内燃機関の制御システムであって、
   前記吸気弁および排気弁を周期的に開閉させる弁駆動機構と、
   前記弁駆動機構を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記吸気弁の閉弁時期が、前記吸気通路から前記気筒内への空気の流入量が最大となる時期よりも遅角側であって、前記内燃機関の回転数が同一となる条件下において、前記気筒内に導入される空気量の目標値である目標空気充填量が大きくなるほど進角側になるように制御するとともに、
   前記制御手段が、前記弁駆動機構を、前記目標空気充填量が最大でかつ前記回転数が予め設定された基準回転数未満の条件下において前記吸気弁の閉弁時期が前記回転数が上昇するほど進角側になるように、かつ、前記目標空気充填量が最大でかつ前記回転数が前記基準回転数以上の条件下において前記吸気弁の閉弁時期が前記回転数の上昇するほど遅角側になるように、制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御システムであって、
   前記制御手段が、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数以上の場合に、前記排気弁の開弁時期を当該回転数の上昇に応じて進角するように、前記弁駆動機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
10. 請求項８または９に記載の内燃機関の制御システムであって、
    前記弁駆動機構が、前記ピストンに接続されたクランクシャフトにより駆動されて前記吸気弁および排気弁を駆動するカムシャフトと、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変化させる位相可変機構とを備え、
    前記制御手段が、前記位相可変機構を駆動して前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変更することで、前記吸気弁の閉弁時期を制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
11. 請求項１０に記載の内燃機関の制御システムであって、
    前記制御手段が、前記目標空気充填量が予め設定された基準充填量以下となる運転領域では、その運転領域全域にわたり前記吸気弁の閉弁時期が一定となるように、前記弁駆動機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
12. 請求項１０または１１に記載の内燃機関の制御システムであって、
    前記制御手段が、前記位相可変機構を駆動して前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの位相を変更することで、前記目標空気充填量が最大となる条件下において前記回転数が前記基準回転数未満の場合に、当該回転数の上昇に応じて、前記吸気弁の開弁時期を進角するとともに前記排気弁の閉弁時期を遅角するように制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
13. 請求項７〜１２のいずれかに記載の内燃機関の制御システムであって、
    前記気筒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の制御システム。
14. 請求項７〜１３のいずれかに記載の内燃機関の制御システムであって、
    前記吸気通路内に設けられて、当該吸気通路の流路面積を変更可能なスロットル弁と、
    前記スロットル弁を駆動するスロットル駆動機構とを有し、
    前記制御手段が、前記目標空気充填量が前記基準充填量以下の運転領域において、前記スロットル弁が前記目標空気充填量の増大に伴い前記開口面積を増大するように、前記スロットル駆動機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。

Images