JP2015165118A - エンジン及びエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの閉弁時期がピストン下死点後に設定されるエンジンにおいて、始動性を改善することができるエンジン、及びエンジンの制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】油圧式の位相制御機構３００及びリフト・作動角制御機構２１０を備え、吸気バルブ３１の閉弁時期がピストン下死点後に設定されるとともに、ミラーサイクル運転を実行可能なエンジン１において、位相制御機構３００は、エンジン始動時における吸気バルブ３１の作動中心角を最遅角位置よりも進角側の位置に設定するため、エンジン停止後に内部ロータ３１０が最遅角位置よりも進角側の位置で停止するように構成される、ことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、エンジン及びエンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、下死点後に吸気バルブを閉じることで、遅閉じミラーサイクル運転を実行するエンジンが開示されている。

特開２００８−２２７３号公報

このような遅閉じミラーサイクル運転を実行するエンジンには、吸気バルブのバルブタイミングを制御するために、吸気バルブのリフト量及び作動角を制御するリフト・作動角制御機構や、吸気バルブの開弁期間の中心角（作動中心角）を制御する位相制御機構が設けられる。

本願発明者の知見によれば、遅閉じミラーサイクル運転を実行するエンジンでは、エンジン運転状態によらず、吸気バルブの閉弁時期は下死点後に設定されることが望ましい。仮にエンジン運転状態が低負荷状態から高負荷状態に移行する際に下死点前に設定されていた吸気バルブの閉弁時期が下死点を跨ぐように制御される場合には、吸気バルブの閉弁時期の変更過程において有効圧縮比が高まり、プレイグニッションが発生するおそれがある。

また、上記したエンジンの位相制御機構は、油圧式の位相制御機構であって、初期状態（エンジン始動時）において吸気バルブの作動中心角が最遅角位置に設定される位相制御機構が一般的に用いられる。この位相制御機構は、いわゆる進角ＶＴＣであって、初期状態からは進角側にのみ位相制御が可能なバルブタイミング装置である。このような位相制御機構を用いた場合、エンジン始動時に吸気バルブの作動中心角が最遅角位置に設定され、さらにエンジン始動時の吸気量の確保及び筒内温度の低下の抑制を考慮して、エンジン始動時の吸気バルブのバルブタイミングは図９に示すように設定される。

図９に示すバルブタイミングでは、排気バルブの開弁期間と吸気バルブの開弁期間とが重ならないマイナスオーバラップが形成され、特に吸気バルブの開弁時期はピストン上死点から遅角側に大きく離れた位置に設定される。このように吸気バルブの開弁時期が設定されると、排気バルブ及び吸気バルブが閉じた状態でピストンが下降することとなり、ポンピングロスが増大して、エンジンの始動性が悪化してしまう。

そこで、本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、吸気バルブの閉弁時期がピストン下死点後に設定されるエンジンにおいて、始動性を改善することができるエンジン、及びエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、吸気バルブの作動中心角を制御する油圧式の位相制御機構と、吸気バルブのリフト量及び作動角を制御するリフト・作動角制御機構と、を備え、吸気バルブの閉弁時期がピストン下死点後に設定されるエンジンが提供される。位相制御機構は、クランクシャフトと連動して回転するカムスプロケットと、吸気カムシャフトの端部に固定され、カムスプロケットに対して相対回転可能なようにカムスプロケット内に収容される内部ロータと、を備える。さらに、位相制御機構は、エンジン始動時における吸気バルブの作動中心角を最遅角位置よりも進角側の位置に設定するため、エンジン停止後に内部ロータが最遅角位置よりも進角側の位置で停止するように構成される。

本発明の一態様によるエンジンでは、エンジン始動時には内部ロータが最遅角位置よりも進角側の位置で停止しているため、エンジン始動時における吸気バルブの作動中心角は最遅角位置よりも進角側の位置に設定される。そのため、このエンジンでは、上記した従来のエンジンと比較して、エンジン始動時における吸気バルブの開弁時期をピストン上死点に近づけることができる。これにより、ピストン下降時におけるポンピングロスを低減でき、エンジン始動性を改善することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の概略構成図である。 図２は、リフト・作動角制御機構及び位相制御機構を有する可変動弁装置の斜視図である。 図３は、可変動弁装置の位相制御機構の概略構成図である。 図４は、吸気バルブのリフト特性を示す図である。 図５は、ミラーサイクル運転時におけるバルブタイミングを示す図である。 図６は、エンジン始動時におけるバルブタイミングを示す図である。 図７は、燃費優先運転状態でのミラーサイクル運転時におけるバルブタイミングを示す図である。 図８は、エンジン始動時におけるバルブタイミングの変形例を示す図である。 図９は、従来例によるエンジンのエンジン始動時におけるバルブタイミングを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態によるエンジン１の制御装置１００の概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１の制御装置１００は、車両に搭載されるエンジン１と、エンジン１を制御するコントローラ６０と、を備える。

エンジン１は、直列４気筒エンジンであって、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上側に配置されるシリンダヘッド２０と、を備える。

シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１内には、ピストン１２が摺動自在に設けられる。シリンダ１１の壁面と、ピストン１２の冠面と、シリンダヘッド２０の下面とによって、燃焼室１３が形成される。

シリンダヘッド２０には、吸気通路からの吸気を燃焼室１３に導く吸気ポート３０と、燃焼室１３からの排気を排気通路へ導く排気ポート４０とが形成される。なお、エンジン１は、１つのシリンダ１１に対して２つの吸気ポート３０及び２つの排気ポート４０を備えている。

吸気ポート３０には、吸気バルブ３１が設けられる。吸気バルブ３１は、可変動弁装置２００の揺動カム２５０によって駆動され、ピストン１２の上下動に応じて吸気ポート３０を開閉する。可変動弁装置２００は、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を変化させるとともに、吸気バルブ３１の作動中心角を変化させる装置である。可変動弁装置２００の詳細については、図２〜図４を参照して後述する。なお、可変動弁装置２００はコントローラ６０によって制御される。

排気ポート４０には、排気バルブ４１が設けられる。排気バルブ４１は、排気カムシャフトに設けられた排気カム４２によって駆動され、ピストン１２の上下動に応じて排気ポート４０を開閉する。

エンジン１は、燃焼室内１３内に燃料を供給する燃料噴射弁５１と、燃焼室１３内の混合気を点火する点火プラグ５２と、をさらに備えている。

燃料噴射弁５１は、吸気ポート３０の下側のシリンダヘッド２０に設置される。燃料噴射弁５１は、燃料タンクから供給された燃料を燃焼室１３内に噴射する。燃焼室１３内には、燃料噴射弁５１によって噴射された燃料と、吸気ポート３０から導入された吸気とにより、混合気が形成される。

点火プラグ５２は、シリンダヘッド２０に設けられ、吸気ポート３０と排気ポート４０との間に配置される。点火プラグ５２は、その点火部分が燃焼室１３内に臨むように配置される。点火プラグ５２は、エンジン運転状態に応じて設定された所定の点火タイミングで混合気に点火する。

コントローラ６０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ６０には、所定クランク角ごとにクランク角信号を生成するクランク角センサ６１からの信号や、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ６２からの信号のほか、エンジン１の運転状態に関する各種信号が入力される。クランク角センサ６１の検出信号はエンジン回転速度を代表する信号であり、アクセルペダルセンサ６２の検出信号はエンジン負荷を代表する信号である。

コントローラ６０は、各種センサからの信号等に基づいて、吸気バルブ３１のバルブタイミングや、燃料噴射弁５１の噴射タイミング、点火プラグ５２の点火タイミングを調整する。

次に、図２から図４を参照して、エンジン１に設けられる可変動弁装置２００について説明する。

図２は、リフト・作動角制御機構２１０及び位相制御機構３００を有する可変動弁装置２００の斜視図である。図３は、可変動弁装置２００の位相制御機構３００の概略構成図である。図４は、吸気バルブ３１のリフト特性を示す図である。

エンジン１は複数の吸気バルブ３１を備え、図２に示すようにこれら吸気バルブ３１は単一の可変動弁装置２００によって駆動される。

可変動弁装置２００は、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を制御するリフト・作動角制御機構２１０と、吸気バルブ３１の作動中心角を制御する位相制御機構３００とから構成されている。

リフト・作動角制御機構２１０は、複数の吸気バルブ３１を駆動する複数の揺動カム２５０を備える。揺動カム２５０は、シリンダ配列方向に延びる吸気カムシャフト２２１の外周に揺動自在に設けられる。揺動カム２５０は、バルブリフタを介して吸気バルブ３１を駆動する。隣接する揺動カム２５０は、吸気カムシャフト２２１の外周に回動自在に支持された連結筒２２１Ａを介して同一位相で連結されている。

吸気カムシャフト２２１の端部は、後述する位相制御機構３００に連結されている。吸気カムシャフト２２１は、エンジン１のクランクシャフトの回転と同期して回転するように構成されている。吸気カムシャフト２２１には、偏心カム２２２が圧入等によって固定される。偏心カム２２２は円形の外周面を有しており、その外周面の中心は吸気カムシャフト２２１の軸心から所定量オフセットされている。吸気カムシャフト２２１がクランクシャフトと連動して回転すると、偏心カム２２２は吸気カムシャフト２２１の軸心回りに回転する。偏心カム２２２の外周面には、第１リンク２２３の基端側の環状部２２４が回転可能に嵌合する。

吸気カムシャフト２２１と平行に配置される制御軸２３１には、ロッカアーム２２６が設けられる。ロッカアーム２２６は、制御軸２３１に形成した偏心カム２３２の外周に揺動自在に支持される。ロッカアーム２２６は、外側に向かって突出する両端を有する。ロッカアーム２２６の一端には、第１リンク２２３の先端が連結ピン２２５を介して連結する。ロッカアーム２２６の他端には、連結ピン２２７を介して第２リンク２２８の上端が連結する。第２リンク２２８の下端は、連結ピン２２９を介して揺動カム２５０の先端部分に連結する。

吸気カムシャフト２２１がクランクシャフトと連動して回転すると、偏心カム２２２が回転し、これにより第１リンク２２３が上下方向に揺動する。第１リンク２２３の揺動によりロッカアーム２２６が偏心カム２３２の軸周りに揺動し、これに伴って第２リンク２２８が上下に揺動する。これにより、複数の揺動カム２５０が、吸気カムシャフト２２１の軸回りに所定の回転角度範囲で揺動する。このように揺動カム２５０が揺動することで、吸気バルブ３１が吸気ポート３０を開閉する。

制御軸２３１の一端には、ギア２４１を介して、回転アクチュエータ２４２が設けられている。回転アクチュエータ２４２は、サーボモータ等から構成された電動式アクチュエータであって、コントローラ６０からの制御信号に基づいて制御軸２３１を回転させる。回転アクチュエータ２４２によって制御軸２３１の回転角度を変化させることで、ロッカアーム２２６の揺動中心となる偏心カム２３２の軸心が制御軸２３１周りを移動し、これに伴いロッカアーム２２６の支点が変位する。これにより、第１リンク２２３及び第２リンク２２８の姿勢を変化させることができ、揺動カム２５０の揺動特性を変更することが可能となる。

したがって、リフト・作動角制御機構２１０では、回転アクチュエータ２４２の動作に基づいて吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を制御することができる。つまり、リフト・作動角制御機構２１０によれば、図４の実線で示すように吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を連続的に変化させることができ、リフト量及び作動角を同時に拡大、縮小することが可能となる。

次に、可変動弁装置２００の位相制御機構３００について説明する。

図２及び図３に示すように、位相制御機構３００は、吸気カムシャフト２２１の一方の端部に設けられている。図３に示すように、位相制御機構３００は、吸気カムシャフト２２１が固定される内部ロータ３１０と、内部ロータ３１０を収容可能に構成されたカムスプロケット３２０と、を備えている。

内部ロータ３１０は、吸気カムシャフト２２１の一方の端部に固定される。内部ロータ３１０の外周には、複数（例えば３つ）のベーン３１１が径方向に突出して形成される。内部ロータ３１０は、カムスプロケット３２０に対して相対回転可能なように、当該カムスプロケット３２０内に配置される。

カムスプロケット３２０の外周面にはチェーンが巻き掛けられており、クランクシャフトからの回転駆動力がチェーンを介してカムスプロケット３２０に伝達される。カムスプロケット３２０は、クランクシャフトの回転に伴って回転する。カムスプロケット３２０の内部には、内部ロータ３１０を収容するための収容空間が形成されている。また、カムスプロケット３２０内にはその内周面から突出する３つの突部３２１が形成されており、隣り合う突部３２１の間には凹空間３２２が画成されている。

内部ロータ３１０は、凹空間３２２内にベーン３１１が位置するように、カムスプロケット３２０に配置される。凹空間３２２は、ベーン３１１と突部３２１とによって、２つの油圧室３３０、３４０に隔てられる。ベーン３１１に対してカムスプロケット３２０の回転方向Ａ側の油圧室は遅角油圧室３３０となり、その反対側の油圧室が進角油圧室３４０となる。なお、進角油圧室３４０内には、内部ロータ３１０がカムスプロケット３２０の回転方向Ａ側に回転するようベーン３１１を付勢するスプリング３４１が設けられている。

進角油圧室３４０は進角油路３６２を通じてソレノイドバルブ３５０に接続され、遅角油圧室３３０は遅角油路３６１を通じてソレノイドバルブ３５０に接続される。ソレノイドバルブ３５０には、進角油路３６２及び遅角油路３６１のほかに、オイル貯留部３８０からの作動油を流すオイル供給路３６３と、オイル貯留部３８０に作動油を戻すドレン通路３６４とが接続される。オイル供給路３６３の途中には、オイル貯留部３８０内の作動油を圧送するオイルポンプ３７０が設けられる。

ソレノイドバルブ３５０は、作動油が流れる経路を変更する３つの切替位置Ａ、Ｂ、Ｃを備える。コントローラ６０は、ソレノイドバルブ３５０への通電量を制御して切替位置Ａ、Ｂ、Ｃを切り替え、進角油圧室３４０及び遅角油圧室３３０内の作動油の油圧を調整する。

ソレノイドバルブ３５０の切替位置が切替位置Ａに制御された場合には、オイル貯留部３８０内の作動油が遅角油路３６１及びオイル供給路３６３を通って遅角油圧室３３０に供給される。一方で、進角油圧室３４０の作動油が進角油路３６２及びドレン通路３６４を通ってオイル貯留部３８０に排出される。これにより、遅角油圧室３３０内の作動油の油圧が進角油圧室３４０内の作動油の油圧よりも高くなり、内部ロータ３１０がスプリング３４１の付勢力に抗してカムスプロケット３２０の回転方向Ａとは反対方向に回転する。その結果、カムスプロケット３２０に対する吸気カムシャフト２２１の位相が遅角され、吸気バルブ３１の作動中心角が図４の破線に示すように遅角制御される。

これに対して、ソレノイドバルブ３５０の切替位置が切替位置Ｂに制御された場合には、オイル貯留部３８０内の作動油が進角油路３６２及びオイル供給路３６３を通って進角油圧室３４０に供給される。一方で、遅角油圧室３３０の作動油が遅角油路３６１及びドレン通路３６４を通ってオイル貯留部３８０に排出される。これにより、進角油圧室３４０内の作動油の油圧が遅角油圧室３３０内の作動油の油圧よりも高くなり、内部ロータ３１０がカムスプロケット３２０の回転方向Ａと同方向に回転する。その結果、カムスプロケット３２０に対する吸気カムシャフト２２１の位相が進角され、吸気バルブ３１の作動中心角が図４の破線に示すように進角制御される。

なお、ソレノイドバルブ３５０の切替位置が切替位置Ｃに制御された場合には、各油圧室３３０、３４０と、オイル供給路３６３及びドレン通路３６４との接続が遮断される。これにより、カムスプロケット３２０に対する吸気カムシャフト２２１の位相は一定に保持される。

上記した位相制御機構３００によれば、遅角油圧室３３０及び進角油圧室３４０内の油圧を調整することで、吸気カムシャフト２２１とカムスプロケット３２０の相対回転位相を変更できる。これにより、吸気バルブ３１の作動中心角を遅角制御又は進角制御することが可能となる。

なお、エンジン１が停止されると、位相制御機構３００のソレノイドバルブ３５０の切替位置は切替位置Ｂに設定さるとともにオイルポンプ３７０も停止され、両油圧室３３０、３４０内の油圧は低下する。このように油圧が低下すると、内部ロータ３１０は、スプリング３４１の付勢力によりカムスプロケット３２０の回転方向Ａに回転し、図３に示すような最進角位置で停止する。したがって、エンジン始動時（初期状態）においては、位相制御機構３００は最進角状態となっており、吸気バルブ３１の作動中心角は最進角位置に設定されることとなる。このように、位相制御機構３００は、いわゆる遅角ＶＴＣであって、初期状態からは遅角側にのみ位相制御が可能なバルブタイミング装置として構成されている。

ところで、本実施形態によるエンジン１は、可変動弁装置２００により吸気バルブ３１のバルブタイミングを調整し、遅閉じミラーサイクル運転を実行することで、燃費性能を高めるように構成されている。遅閉じミラーサイクル運転時には、図５に示すように、吸気バルブ３１の開弁時期（ＩＶＯ）がピストン上死点近傍に設定され、閉弁時期（ＩＶＣ）がピストン下死点後９０度近傍に設定される。この時、排気バルブ４１の開弁時期（ＥＶＯ）はピストン下死点前に設定されており、排気バルブ４１の閉弁時期（ＥＶＣ）はピストン上死点近傍に設定されている。

また、エンジン１では、運転状態に応じて吸気バルブ３１のバルブタイミングが調整されるが、吸気バルブ３１の閉弁時期は運転状態によらずピストン下死点後に設定されるようになっている。つまり、本実施形態では、吸気バルブ３１の閉弁時期がピストン下死点を跨ぐように制御されることはない。

ところで、遅閉じミラーサイクル運転を実行するエンジンの位相制御機構として、油圧が低下するエンジン停止後に最遅角状態となる位相制御機構（いわゆる進角ＶＴＣ）を用いた場合、エンジン始動時における吸気バルブのバルブタイミングは前述の通り図９に示すようなタイミングに設定される。したがって、エンジン始動時には位相制御機構が最遅角状態となり、吸気バルブの作動中心角がθ_０（ピストン下死点寄りの位置）に設定されるため、吸気バルブの開弁時期はピストン上死点から遅角側に大きく離れた位置に設定されることとなる。このように吸気バルブの開弁時期が設定されると、ピストン下降時におけるポンピングロスが大きくなり、エンジンの始動性が悪化する。

なお、図９に示した吸気バルブのバルブタイミングにおいて、ポンピングロス低減のために、リフト・作動角制御機構により吸気バルブの作動角を拡大して、吸気バルブの開弁時期をピストン上死点側に近づけることも考えられる。しかしながら、リフト・作動角制御機構により吸気バルブの作動角を拡大すると、吸気バルブの閉弁時期がより遅角側に設定されてしまう。吸気バルブの閉弁時期が図９に示す閉弁時期よりも遅角側になると、筒内温度が低下しやすくなり、筒内温度低下に起因して始動性が悪化してしまう。このような理由から、図９に示した吸気バルブのバルブタイミングにおいては、吸気バルブの作動角をこれ以上拡大することはできず、エンジンの始動性の悪化を回避することができない。

一方、本実施形態によるエンジン１では、エンジン始動時における吸気バルブ３１及び排気バルブ４１のバルブタイミングは図６に示すように設定される。

本実施形態では、可変動弁装置２００の位相制御機構３００は油圧が低下するエンジン停止後に最進角状態となる油圧式位相制御機構であるため、エンジン始動時における吸気バルブ３１の作動中心角θ_１は従来手法における作動中心角θ_０（図９参照）よりも進角側に設定される。吸気バルブ３１の作動角は従来手法の作動角と同じであるが、吸気バルブ３１の作動中心角が進角しているため、吸気バルブ３１の開弁時期及び閉弁時期は図９のものと比べて進角側に設定される。つまり、吸気バルブ３１の開弁時期はピストン上死点後３０°程度に設定され、吸気バルブ３１の閉弁時期はピストン下死点直後に設定される。

上記の通り、エンジン１では、エンジン始動時に位相制御機構３００が最進角状態となるため、吸気バルブ３１の開弁時期をマイナスオーバラップが小さくなるようにピストン上死点に近づけることができる。これにより、ピストン下降時におけるポンピングロスを低減でき、エンジン１の始動性を改善することが可能となる。

また、本実施形態によるエンジン１では、車両が平坦路等を一定速度で走行する場合等、燃費性能を優先させるような運転状態において、吸気バルブ３１及び排気バルブ４１は図７に示すようなバルブタイミングに設定される。コントローラ６０は、クランク角センサ６１及びアクセルペダルセンサ６２の検出信号に基づいて、燃費性能を優先させるような運転状態であるか否かを判定する。このように、コントローラ６０は、エンジン１の運転状態が燃費優先運転状態であるか否かを判定する運転状態判定部としての機能を有している。

燃費優先運転状態であると判定された場合には、コントローラ６０は、吸気バルブ３１の作動中心角がエンジン始動時よりも遅角するように位相制御機構３００を制御するとともに、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角が最大となるようにリフト・作動角制御機構２１０を制御する。その結果、図７に示すように、吸気バルブ３１の作動中心角θ_２は、エンジン始動時における作動中心角θ_１よりも遅角側に設定される。また、吸気バルブ３１の開弁時期はマイナスオーバラップを形成するようにピストン上死点後３０°程度の位置に設定され、吸気バルブ３１の閉弁時期はピストン下死点後９０°以降、より具体的にはピストン下死点後１３０°程度の位置に設定される。

なお、排気バルブ４１のバルブタイミングは、図５の通常ミラーサイクル運転時や図６のエンジン始動時における排気バルブ４１のバルブタイミングと同じタイミングに設定されている。

図７に示すように、吸気バルブ３１の開弁時期をピストン上死点に近づけることでピストン下降時のポンピングロスを低減でき、さらに吸気バルブ３１の閉弁時期をピストン下死点から大きく遅角させることで運転状態に悪影響を与えない範囲で有効圧縮比を低下させることができる。これにより、燃費性能を優先させるような運転状態において、ミラーサイクル運転の効果を高めることができ、エンジン１の燃費性能をさらに改善することが可能となる。

上記したエンジン１及びエンジン１の制御装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態によるエンジン１は、吸気バルブ３１の作動中心角を制御する油圧式の位相制御機構３００と、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を制御するリフト・作動角制御機構２１０と、を備える。エンジン１は、ミラーサイクル運転を実行可能なエンジンであって、吸気バルブ３１の閉弁時期が運転状態によらずピストン下死点後に設定されるように構成されている。位相制御機構３００は、クランクシャフトと連動して回転するカムスプロケット３２０と、吸気カムシャフト２２１の端部に固定され、カムスプロケット３２０に対して相対回転可能なようにカムスプロケット３２０内に収容される内部ロータ３１０と、を備える。そして、位相制御機構３００は、エンジン始動時における吸気バルブ３１の作動中心角を最遅角位置よりも進角側の位置（最進角位置）に設定するため、エンジン停止後に内部ロータ３１０が最遅角位置よりも進角側の位置（最進角位置）で停止するように構成されている。

上記のように構成されたエンジン１では、エンジン始動時に位相制御機構３００は最進角状態となっているため、図６に示すように吸気バルブ３１の開弁時期をマイナスオーバラップが小さくなるようにピストン上死点に近づけることができる。これにより、エンジン１では、エンジン始動後に最遅角状態となる位相制御機構を有する従来のエンジンと比較して、ピストン下降時におけるポンピングロスを低減でき、始動性を改善することが可能となる。

また、エンジン１では、燃費性の高いミラーサイクル運転を実行できる。さらに、エンジン１では、吸気バルブ３１の閉弁時期がピストン下死点を跨ぐように制御されることがないので、エンジン運転状態が燃費点から高負荷状態に移行する場合等において有効圧縮比が急激に高まることがなく、プレイグニッションの発生を抑制できる。

本実施形態によるエンジン１の制御装置１００は、エンジン１を統括的に制御するコントローラ６０を備える。コントローラ６０は、エンジン運転状態に応じて位相制御機構３００及びリフト・作動角制御機構２１０を制御する制御部として機能するとともに、エンジン運転状態が燃費性を優先させる運転状態であるか否かを判定する運転状態判定部として機能する。そして、コントローラ６０は、エンジン運転状態が燃費優先運転状態である場合、吸気バルブ３１の作動中心角がエンジン始動時よりも遅角するように位相制御機構３００を制御し、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角がエンジン始動時よりも拡大するようにリフト・作動角制御機構２１０の回転アクチュエータ２４２を制御することで、吸気バルブ３１の閉弁時期をピストン下死点後９０°以降に設定する。

これにより、図７に示すように、吸気バルブ３１の開弁時期をピストン上死点に近づけることでピストン下降時のポンピングロスを低減でき、さらに吸気バルブ３１の閉弁時期をピストン下死点から大きく遅角させることで運転状態に悪影響を与えない範囲で有効圧縮比を低下させることができる。したがって、燃費性能を優先させるような運転状態において、ミラーサイクル運転の効果を高めることができ、エンジン１の燃費性能をさらに改善することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、エンジン始動時の吸気バルブ３１のバルブタイミングは、図６に示すようなバルブタイミングではなく、図８に示すようなバルブタイミングであってもよい。

コントローラ６０は、位相制御機構３００が最進角状態となっているエンジン始動時に、吸気バルブ３１のリフト量及び作動角を拡大させるようにリフト・作動角制御機構２１０の回転アクチュエータ２４２を制御する。これにより、エンジン始動時における吸気バルブ３１の開弁時期は、図８に示すように吸気バルブ３１及び排気バルブ４１の開弁期間がオーバラップするようにピストン上死点前に設定される。一方、吸気バルブ３１の閉弁時期は、ピストン下死点後、より具体的には筒内温度が低下しすぎない範囲でピストン下死点よりも遅角した位置に設定される。図８における吸気バルブ３１の閉弁時期は、図９における吸気バルブの閉弁時期と同じである。

図８に示すようにエンジン始動時に排気バルブ４１の開弁期間と吸気バルブ３１の開弁期間とをオーバラップさせることで、ポンピングロスを低減しつつ内部ＥＧＲを実行することができ、エンジン１の始動性をより改善することが可能となる。また、エンジン始動時に吸気バルブ３１の作動角を拡大させても、吸気バルブ３１の作動中心角は最進角位置に設定されているので、吸気バルブ３１の閉弁時期が遅角されすぎることがなく、筒内温度の低下を招くことがない。

本実施形態では、可変動弁装置２００の位相制御機構３００は、エンジン１が停止した後に内部ロータ３１０が最進角位置で停止する遅角ＶＴＣとして構成されている。しかしながら、位相制御機構３００は、エンジン１が停止した後に内部ロータ３１０が最進角位置と最遅角位置との間の位置で停止する、いわゆる中間ロックＶＴＣとして構成されてもよい。位相制御機構３００として中間ロックＶＴＣを用いた場合であっても、エンジン始動時における吸気バルブ３１の作動中心角を最遅角位置よりも進角側に設定することができ、図６及び図８に示したようなバルブタイミングを実現することができる。

１ エンジン
３１ 吸気バルブ
４１ 排気バルブ
６０ コントローラ
２００ 可変動弁装置
２１０ リフト・作動角制御機構
２２１ 吸気カムシャフト
２２２ 偏心カム
２２３ 第１リンク
２２６ ロッカアーム
２２８ 第２リンク
２３１ 制御軸
２３２ 偏心カム
２４１ ギア
２４２ 回転アクチュエータ
２５０ 揺動カム
３００ 位相制御機構
３１０ 内部ロータ
３１１ ベーン
３２０ カムスプロケット
３３０ 遅角油圧室
３４０ 進角油圧室

Claims (3)

1. 吸気バルブの作動中心角を制御する油圧式の位相制御機構と、前記吸気バルブのリフト量及び作動角を制御するリフト・作動角制御機構と、を備え、前記吸気バルブの閉弁時期がピストン下死点後に設定されるエンジンにおいて、
   前記位相制御機構は、
   クランクシャフトと連動して回転するカムスプロケットと、
   吸気カムシャフトの端部に固定され、前記カムスプロケットに対して相対回転可能なように前記カムスプロケット内に収容される内部ロータと、を備えるとともに、
   エンジン始動時における前記吸気バルブの作動中心角を最遅角位置よりも進角側の位置に設定するため、エンジン停止後に前記内部ロータが最遅角位置よりも進角側の位置で停止するように構成される、
   ことを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンを制御する制御装置であって、
   エンジン運転状態に応じて前記位相制御機構及び前記リフト・作動角制御機構を制御する制御部を備え、
   前記リフト・作動角制御機構は、電動式アクチュエータの動作に基づいて前記吸気バルブのリフト量及び作動角を変更可能に構成されており、
   前記制御部は、エンジン始動時に前記アクチュエータを制御することで、排気バルブの開弁期間と前記吸気バルブの開弁期間とがオーバラップするように前記吸気バルブの開弁時期をピストン上死点前に設定する、
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置であって、
   エンジン運転状態に応じて前記位相制御機構及び前記リフト・作動角制御機構を制御する制御部と、
   前記エンジンの運転状態が燃費性を優先させる燃費優先運転状態であるか否かを判定する運転状態判定部と、を備え、
   前記リフト・作動角制御機構は、電動式アクチュエータの動作に基づいて前記吸気バルブのリフト量及び作動角を変更可能に構成されており、
   前記制御部は、前記エンジンの運転状態が燃費優先運転状態である場合、前記吸気バルブの作動中心角がエンジン始動時より遅角するように前記位相制御機構を制御し、前記吸気バルブのリフト量及び作動角がエンジン始動時より拡大するように前記アクチュエータを制御することで、前記吸気バルブの閉弁時期をピストン下死点後９０°以降に設定する、
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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