JP2016011588A - Reciprocating piston engine valve gear control unit - Google Patents

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京太郎 西本
Kyotaro Nishimoto
京太郎 西本
田賀 淳一
Junichi Taga
淳一 田賀
章智 ▲高▼木
章智 ▲高▼木
Akitomo Takagi
賢也 末岡
Kenya Sueoka
賢也 末岡
利志光 山岡
Toshimitsu Yamaoka
利志光 山岡
大森 秀樹
Hideki Omori
秀樹 大森
晋一 久禮
Shinichi Kure
晋一 久禮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a configuration capable of ensuring a large quantity of internal EGR gas.SOLUTION: An intake valve drive mechanism (VVL 71) opens an intake valve 21 so that a lift shelf part 213 is present on a valve opening side of a lift curve 212, and an exhaust valve drive mechanism (VVL 73) opens an exhaust valve 22 so that a lift shelf part 223 is present on a valve closing side of a lift curve 222. The intake valve drive mechanism (VVT 72) and the exhaust valve drive mechanism (VVT 74) are configured to regulate a quantity of EGR gas by changing a phase of opening/closing timing of the intake valve 21 and a phase of opening/closing timing of the exhaust valve 22, and to locate both the lift shelf part 213 of the intake valve 21 and the lift shelf part 223 of the exhaust valve 22 at a top dead center of a piston 14 when the opening timing of the intake valve 21 is set to the most advanced position and the closing timing of the exhaust valve 22 to the most retarded position, respectively.

Description

ここに開示する技術は、往復動ピストンエンジンの動弁制御装置に関する。   The technology disclosed herein relates to a valve control device for a reciprocating piston engine.

例えば特許文献1には、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、排気行程中に開弁した排気弁を、吸気行程中にもう一度開弁することによって、排気ポートに排出した排気ガスの一部を気筒内に再導入する、いわゆる排気弁の二度開きを行うことが記載されている。このエンジンは、排気弁の開閉時期の位相を変更することにより、気筒内に導入する排気ガス量(つまり、内部EGRガス量)を調整する。気筒内に導入する内部EGRガス量を調整することによって、気筒内の温度が調整され、その結果、自着火のタイミングを制御することが可能になる。   For example, in Patent Document 1, in a premixed compression auto-ignition engine, an exhaust valve opened during an exhaust stroke is opened again during an intake stroke, whereby a part of the exhaust gas discharged to the exhaust port is released into the cylinder. The so-called exhaust valve is opened twice. This engine adjusts the amount of exhaust gas introduced into the cylinder (that is, the amount of internal EGR gas) by changing the phase of the opening / closing timing of the exhaust valve. By adjusting the amount of internal EGR gas introduced into the cylinder, the temperature in the cylinder is adjusted, and as a result, the timing of self-ignition can be controlled.

また、特許文献2には、特許文献1と同様に、排気弁の二度開きによって、排気ガスの一部を気筒内に導入する圧縮自着火ガソリンエンジンが記載されている。このエンジンでは、排気行程中に開弁する排気弁のバルブリフトカーブと、吸気行程中に開弁する排気弁のバルブリフトカーブとを、排気上死点を挟んだ進角側から遅角側まで連続させることが記載されている。これにより、排気上死点後にピストンが下降する際に、少なくとも排気弁が開弁しているため、ポンプ損失が小さくなり、燃費性能が高まる。   Patent Document 2 describes a compression self-ignition gasoline engine in which a part of exhaust gas is introduced into a cylinder by opening the exhaust valve twice, as in Patent Document 1. In this engine, the valve lift curve of the exhaust valve that opens during the exhaust stroke and the valve lift curve of the exhaust valve that opens during the intake stroke are from the advance side to the retard side across the exhaust top dead center. It is described to be continuous. As a result, when the piston descends after exhaust top dead center, at least the exhaust valve is opened, so that the pump loss is reduced and fuel efficiency is improved.

特開2008−51017号公報JP 2008-51017 A 特開2012−188949号公報JP 2012-188949 A

ところで、気筒内の混合気を制御自着火(Controlled Auto Ignition:CAI)、又は、圧縮着火(Compression Ignition:CI)により燃焼させるエンジンにおいて、負荷の低い運転領域では、着火性を向上させるために大量の内部EGRガスを気筒内に導入する必要がある。例えば特許文献2に記載されているように、排気弁の開弁状態を、排気行程中から吸気行程中まで連続させることは、気筒内に導入する排気ガス量を増やす上で有利な構成である。しかしながらこの構成は、ピストンが上死点に至ったときの排気弁のリフト量が、ピストン上面との干渉を避けるために、所定量以下に制限される。このため、内部EGRガス量をさらに増やすことは難しい。   By the way, in an engine in which an air-fuel mixture in a cylinder is burned by controlled auto ignition (CAI) or compression ignition (CI), a large amount is used to improve ignitability in an operation region where the load is low. It is necessary to introduce the internal EGR gas into the cylinder. For example, as described in Patent Document 2, it is advantageous for increasing the amount of exhaust gas introduced into the cylinder to keep the exhaust valve open from the exhaust stroke to the intake stroke. . However, in this configuration, the lift amount of the exhaust valve when the piston reaches top dead center is limited to a predetermined amount or less in order to avoid interference with the upper surface of the piston. For this reason, it is difficult to further increase the amount of internal EGR gas.

CAI燃焼の安定化のためには、幾何学的圧縮比を高くすることも有効である。ところが、幾何学的圧縮比を高くすると、ピストンが上死点に至ったときの、ピストン上面と燃焼室の天井面(つまり、シリンダヘッド下面)との距離は短くなる。そのため、ピストンが上死点付近にあるときの排気弁のリフト量を、さらに小さくしなければならない。幾何学的圧縮比の高いエンジンでは、内部EGRガス量を十分に確保することが困難になる。   To stabilize CAI combustion, it is also effective to increase the geometric compression ratio. However, when the geometric compression ratio is increased, the distance between the upper surface of the piston and the ceiling surface of the combustion chamber (that is, the lower surface of the cylinder head) when the piston reaches top dead center is shortened. Therefore, the lift amount of the exhaust valve when the piston is near top dead center must be further reduced. In an engine having a high geometric compression ratio, it is difficult to ensure a sufficient amount of internal EGR gas.

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大量の内部EGRガス量を確保することが可能な構成を実現することにある。   The technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to realize a configuration capable of securing a large amount of internal EGR gas.

ここに開示する技術は、往復動ピストンエンジンの動弁制御装置に係り、この装置は、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に嵌挿されかつ、当該気筒内を往復動するよう構成されたピストンと、前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、前記気筒内からガスを排出する排気ポートを開閉するよう構成された排気弁と、前記吸気弁を開閉駆動するように構成された吸気弁駆動機構と、前記排気弁を開閉駆動するように構成された排気弁駆動機構と、を備える。   The technology disclosed herein relates to a valve control device for a reciprocating piston engine, and this device is configured to be inserted into the cylinder and reciprocate within the cylinder. A piston, an intake valve configured to open and close an intake port for sucking gas into the cylinder, an exhaust valve configured to open and close an exhaust port for exhausting gas from the cylinder, and open and close the intake valve An intake valve drive mechanism configured to drive, and an exhaust valve drive mechanism configured to open and close the exhaust valve.

そして、前記吸気弁駆動機構は、吸気行程中にピークを有するリフトカーブの開弁側に、当該ピークよりも低いリフト量で前記吸気弁の開弁状態がクランク角の進行に対して維持されるリフト棚部を有するように、前記吸気弁を開弁し、前記排気弁駆動機構は、排気行程中にピークを有するリフトカーブの閉弁側に、当該ピークよりも低いリフト量で前記排気弁の開弁状態がクランク角の進行に対して維持されるリフト棚部を有するように、前記排気弁を開弁し、前記吸気弁駆動機構及び前記排気弁駆動機構はそれぞれ、前記吸気弁の開閉時期及び前記排気弁の開閉時期を変更することによって、内部EGRガス量の調整を行うと共に、前記吸気弁の開時期を最も進角しかつ、前記排気弁の閉時期を最も遅角したときに、前記吸気弁のリフト棚部及び前記排気弁のリフト棚部が共に、前記ピストンの上死点に位置するように構成されている。   Then, the intake valve drive mechanism maintains the open state of the intake valve with respect to the progress of the crank angle on the valve opening side of the lift curve having a peak during the intake stroke with a lift amount lower than the peak. The intake valve is opened so as to have a lift shelf, and the exhaust valve drive mechanism has a lift amount lower than the peak on the valve closing side of the lift curve having a peak during the exhaust stroke. The exhaust valve is opened so that the valve opening state is maintained with respect to the crank angle, and the intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism And adjusting the internal EGR gas amount by changing the opening / closing timing of the exhaust valve, when the opening timing of the intake valve is advanced most and the closing timing of the exhaust valve is delayed most, Lift of the intake valve Parts and lift ledge of the exhaust valve are both being configured to be positioned top dead center of the piston.

この構成によると、吸気弁のリフトカーブは、その開弁側にリフト棚部を有している。リフト棚部では、クランク角の進行に対して所定のリフト量で吸気弁の開弁状態が維持されるため、吸気弁は、開弁後、リフト棚部において開弁状態を維持した後、吸気行程中のピークを経て閉弁に至る。排気弁のリフトカーブは、その閉弁側にリフト棚部を有している。従って排気弁は、開弁後、排気行程中のピークを経た後、リフト棚部において開弁状態を維持して閉弁に至る。   According to this configuration, the lift curve of the intake valve has the lift shelf on the valve opening side. In the lift shelf, the intake valve is kept open with a predetermined lift amount with respect to the progress of the crank angle. Therefore, after the intake valve is opened, the intake shelf is kept in the open state after the valve is opened. The valve closes through a peak in the process. The lift curve of the exhaust valve has a lift shelf on the valve closing side. Therefore, after the exhaust valve has opened, after passing through a peak during the exhaust stroke, the exhaust valve maintains the valve open state at the lift shelf and closes.

吸気弁を排気行程中に開弁することにより、気筒内の排気ガスの一部が吸気ポートに排出され、その排気ガスは新気と共に、気筒内に再導入される。また、排気弁を吸気行程中に開弁することにより、排気行程中に排気ポートに排出された排気ガスの一部が、吸気行程中に、気筒内に再導入される。   By opening the intake valve during the exhaust stroke, a part of the exhaust gas in the cylinder is discharged to the intake port, and the exhaust gas is reintroduced into the cylinder together with fresh air. Further, by opening the exhaust valve during the intake stroke, part of the exhaust gas discharged to the exhaust port during the exhaust stroke is reintroduced into the cylinder during the intake stroke.

気筒内に導入される排気ガス量(つまり、内部EGRガス量)は、排気行程中に開弁する吸気弁のリフトカーブの面積、及び、吸気行程中に開弁する排気弁のリフトカーブの面積に関係する。当該面積が大きいほど、気筒内に導入される排気ガス量が増える。従来の、排気弁の二度開きによって、気筒内に排気ガスの一部を導入する構成では、吸気行程中に開弁する排気弁のリフトカーブの面積によって、気筒内に導入する排気ガスの量が決定される。   The amount of exhaust gas introduced into the cylinder (that is, the amount of internal EGR gas) depends on the area of the lift curve of the intake valve that opens during the exhaust stroke and the area of the lift curve of the exhaust valve that opens during the intake stroke Related to. The larger the area, the greater the amount of exhaust gas introduced into the cylinder. In a conventional configuration in which part of the exhaust gas is introduced into the cylinder by opening the exhaust valve twice, the amount of exhaust gas introduced into the cylinder depends on the area of the lift curve of the exhaust valve that opens during the intake stroke. Is determined.

これに対し、前記の構成では、排気弁のリフトカーブにリフト棚部を設けることによって吸気行程中に開弁する排気弁のリフトカーブの面積が大きくなることに加えて、吸気弁のリフトカーブにリフト棚部を設けることによって排気行程中に開弁する吸気弁のリフトカーブの面積が大きくなる。従って、この構成は、従来の排気弁の二度開きを行う構成と比較して、内部EGRガス量の最大量を多くする上で有利になる。   On the other hand, in the above-described configuration, by providing the lift shelf on the lift curve of the exhaust valve, the area of the lift curve of the exhaust valve that opens during the intake stroke increases, and in addition, the lift curve of the intake valve By providing a lift shelf, the area of the lift curve of the intake valve that opens during the exhaust stroke is increased. Therefore, this configuration is advantageous in increasing the maximum amount of internal EGR gas compared to the conventional configuration in which the exhaust valve is opened twice.

また、前記の構成では、吸気弁の開時期を最も進角しかつ、排気弁の閉時期を最も遅角したときに、吸気弁のリフト棚部及び排気弁のリフト棚部が共に、ピストンの上死点に位置するように構成されている。吸気弁及び排気弁の開閉時期を変更する構成としては、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更する油圧式又は電動式の可変バルブタイミング機構を採用することが可能である。但し、これらの構成に限定されるものではない。   In the above configuration, when the opening timing of the intake valve is advanced most and the closing timing of the exhaust valve is retarded most, both the lift shelf of the intake valve and the lift shelf of the exhaust valve are It is configured to be located at the top dead center. As a configuration for changing the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve, it is possible to employ a hydraulic or electric variable valve timing mechanism that changes the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft. However, it is not limited to these structures.

吸気弁のリフト棚部のリフト量及び排気弁のリフト棚部のリフト量はそれぞれ、上死点に位置しているピストンの上面との干渉を避けるために制限される。しかしながら、吸気弁及び排気弁の両方にリフト棚部を設けるため、リフト棚部のリフト量がそれぞれ小さくても、大量の内部EGRガス量を確保することが可能になる。これは特に、エンジン本体の幾何学的圧縮比が高くて、ピストンが上死点に位置したときの、ピストン上面と燃焼室の天井面との距離が短いときに、内部EGRガス量を多く確保する上で有利になる。従って、このエンジンは、大量の内部EGRガス量と、高い幾何学的圧縮比とを両立させることができるため、自着火燃焼に適したエンジンとなる。   The lift amount of the lift shelf of the intake valve and the lift amount of the lift shelf of the exhaust valve are limited to avoid interference with the upper surface of the piston located at the top dead center. However, since the lift shelves are provided for both the intake valve and the exhaust valve, a large amount of internal EGR gas can be secured even if the lift amount of the lift shelves is small. This ensures a large amount of internal EGR gas especially when the geometric compression ratio of the engine body is high and the distance between the piston upper surface and the combustion chamber ceiling surface is short when the piston is located at the top dead center. This is advantageous. Therefore, since this engine can achieve both a large amount of internal EGR gas and a high geometric compression ratio, the engine is suitable for self-ignition combustion.

ここで、吸気弁及び排気弁のリフト棚部のリフト量は、内部EGRガス量を多く確保する観点からは、ピストン上面との干渉を回避する限度において、最大のリフト量にすることが好ましい。但し、最大のリフト量にすることに限定されるものではない。また、吸気弁及び排気弁のリフト棚部のリフト量は、その最大のリフト量で、クランク角の進行に対して一定にすることが望ましいが、クランク角の進行に対してリフト量を増減させてもよい。さらに、リフト棚部のリフト量は、吸気弁と排気弁とで同じにしてもよいし、互いに異なってもよい。例えばピストンの上面の形状や、オフセットクランクの採用等によって、吸気弁のリフト棚部のリフト量と、排気弁のリフト棚部のリフト量とを同じにすることができないことも起こり得る。   Here, from the viewpoint of securing a large amount of internal EGR gas, the lift amount of the lift shelves of the intake valve and the exhaust valve is preferably set to the maximum lift amount as long as interference with the piston upper surface is avoided. However, it is not limited to the maximum lift amount. In addition, the lift amount of the lift shelf of the intake valve and the exhaust valve is preferably the maximum lift amount and should be constant with the progress of the crank angle, but the lift amount is increased or decreased with the progress of the crank angle. May be. Furthermore, the lift amount of the lift shelf may be the same for the intake valve and the exhaust valve, or may be different from each other. For example, the lift amount of the lift shelf of the intake valve and the lift amount of the lift shelf of the exhaust valve may not be the same due to the shape of the upper surface of the piston, the use of an offset crank, or the like.

さらに、吸気弁駆動機構によって吸気弁の開閉時期を変更することに伴い、リフト棚部の位相が変更されるため、排気行程中に開弁する吸気弁のリフトカーブの面積が変更され、同様に、排気弁駆動機構によって排気弁の開閉時期を変更することに伴い、リフト棚部の位相が変更されるため、吸気行程中に開弁する排気弁のリフトカーブの面積が変更される。従って、本構成は、吸気弁駆動機構によって吸気弁の開閉時期を変更することと、排気弁駆動機構によって排気弁の開閉時期を変更することとの両方を行うことにより、内部EGRガス量を調整することが可能になる。内部EGRガス量は、エンジンの運転状態に対応して調整される。   Furthermore, as the opening / closing timing of the intake valve is changed by the intake valve driving mechanism, the phase of the lift shelf is changed, so the area of the lift curve of the intake valve that opens during the exhaust stroke is changed. As the opening / closing timing of the exhaust valve is changed by the exhaust valve driving mechanism, the phase of the lift shelf is changed, so that the area of the lift curve of the exhaust valve that opens during the intake stroke is changed. Therefore, this configuration adjusts the internal EGR gas amount by both changing the opening / closing timing of the intake valve by the intake valve driving mechanism and changing the opening / closing timing of the exhaust valve by the exhaust valve driving mechanism. It becomes possible to do. The internal EGR gas amount is adjusted corresponding to the operating state of the engine.

ここで、一般的に、吸気弁や排気弁の開閉時期の変更を、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を油圧又は電動によって変更する構成では、その変更に要する時間(つまり、位相の変更速度)は、駆動機構の構成により制約を受ける(つまり、ハードウエア限界)。例えば運転者のアクセル操作によるエンジンの運転状態の変化に対応して、内部EGRガス量を減少又は増大しようとしても、従来の排気弁の二度開きを行う構成では、排気弁の開閉時期を変更することだけで内部EGRガス量を変化させるため、排気弁の位相変更に係るハードウエア限界によって、内部EGRガス量の変化に比較的長い時間を要することになる。その結果、従来の構成では、運転者のアクセル操作に対する、エンジンの運転状態の変化の応答性が低下してしまう。   Here, in general, in the configuration in which the opening / closing timing of the intake valve or the exhaust valve is changed by changing the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft by hydraulic pressure or electricity, the time required for the change (that is, the phase change speed) Are constrained by the configuration of the drive mechanism (ie, hardware limitations). For example, in response to changes in the operating state of the engine due to the driver's accelerator operation, even if the internal EGR gas amount is to be reduced or increased, the conventional exhaust valve opening / closing timing changes the opening / closing timing of the exhaust valve. Since the internal EGR gas amount is changed only by this, a relatively long time is required for the change of the internal EGR gas amount due to the hardware limit related to the phase change of the exhaust valve. As a result, in the conventional configuration, the responsiveness of changes in the operating state of the engine to the driver's accelerator operation is reduced.

これに対し、前記の構成では、内部EGRガス量を調整するときには、吸気弁及び排気弁の両方の開閉時期を変更する。このため、吸気弁側及び排気弁側それぞれの位相変更量が合わさって、位相変更量を従来のほぼ2倍にすることが可能になる。目標の内部EGRガス量にまで変化するために要する時間は、ハードウエア限界が従来と同じであっても、従来構成のほぼ1/2になる。その結果、運転者のアクセル操作に対する、エンジンの運転状態の変化の応答性が、従来構成と比較して大幅に高まる。   On the other hand, in the above configuration, when the internal EGR gas amount is adjusted, the opening / closing timings of both the intake valve and the exhaust valve are changed. For this reason, the phase change amounts on the intake valve side and the exhaust valve side can be combined, and the phase change amount can be almost doubled compared to the conventional method. The time required to change to the target internal EGR gas amount is almost ½ of the conventional configuration even if the hardware limit is the same as the conventional one. As a result, the responsiveness of the change in the operating state of the engine with respect to the driver's accelerator operation is significantly increased as compared with the conventional configuration.

前記吸気弁駆動機構及び前記排気弁駆動機構はそれぞれ、前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあって前記気筒内の混合気を自着火燃焼するときに、前記吸気弁の開時期を最も進角しかつ、前記排気弁の閉時期を最も遅角することで、前記内部EGRガス量が最大となるようにする、としてもよい。   Each of the intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism controls the opening timing of the intake valve when the operating state of the engine body is in a predetermined low load region and the air-fuel mixture in the cylinder self-ignites and burns. The internal EGR gas amount may be maximized by advancing the most and delaying the closing timing of the exhaust valve the most.

前述したように、この構成は、内部EGRガス量の最大量を多くすることが可能である。そのため、自着火燃焼の着火性及び/又は安定性が低下する低負荷領域において、大量の内部EGRガスを気筒内に導入することで、自着火燃焼の着火性及び/又は安定性が高まる。   As described above, this configuration can increase the maximum amount of internal EGR gas. Therefore, the ignitability and / or stability of self-ignition combustion is improved by introducing a large amount of internal EGR gas into the cylinder in a low load region where the ignitability and / or stability of self-ignition combustion is reduced.

前記吸気弁駆動機構は、前記吸気弁の閉時期が下死点前30°〜下死点後70°CAの範囲となるように、前記吸気弁の開閉時期を調整する、としてもよい。   The intake valve drive mechanism may adjust the opening / closing timing of the intake valve so that the closing timing of the intake valve is in a range of 30 ° before bottom dead center to 70 ° CA after bottom dead center.

また、前記排気弁駆動機構は、前記排気弁の開時期が下死点前70°〜下死点後30°CAの範囲となるように、前記排気弁の開閉時期を調整する、としてもよい。   The exhaust valve drive mechanism may adjust the opening / closing timing of the exhaust valve so that the opening timing of the exhaust valve is in a range of 70 ° before bottom dead center to 30 ° CA after bottom dead center. .

前記吸気弁の開時期は、最も進角側にしたときに、上死点前100°〜40°CAの範囲で設定される、としてもよい。前記排気弁の閉時期は、最も遅角側にしたときに、上死点後40°〜100°CAの範囲で設定される、としてもよい。   The opening timing of the intake valve may be set in a range of 100 ° to 40 ° CA before top dead center when the opening is most advanced. The closing timing of the exhaust valve may be set in a range of 40 ° to 100 ° CA after top dead center when the exhaust valve is most retarded.

最も進角側にしたときの吸気弁の開時期、及び、最も遅角側にしたときの排気弁の閉時期はそれぞれ、要求される最大の内部EGRガス量(言い換えると、最大内部EGRガス量と最小内部EGRガス量との調整幅)に応じて、前記の範囲で、適宜設定すればよい。   The opening timing of the intake valve when set to the most advanced side and the closing timing of the exhaust valve when set to the most retarded side are respectively the required maximum internal EGR gas amount (in other words, the maximum internal EGR gas amount). And an adjustment range between the minimum internal EGR gas amount and the above range.

以上説明したように、前記の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置によると、吸気弁のリフトカーブ及び排気弁のリフトカーブのそれぞれにおいて、リフト棚部を設けることで、ピストンとの干渉を回避しながら、大量の内部EGRガス量を確保することができると共に、内部EGRガス量の調整に係る応答時間を短くすることが可能になる。   As described above, according to the valve control device for the above-described reciprocating piston engine, interference with the piston can be avoided by providing the lift shelf in each of the lift curve of the intake valve and the lift curve of the exhaust valve. However, it is possible to secure a large amount of internal EGR gas and shorten the response time for adjusting the internal EGR gas amount.

エンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an engine. エンジンの制御に係るブロック図である。It is a block diagram concerning control of an engine. (a)通常モード時と特殊モード時とにおける排気弁及び吸気弁のリフトカーブの例示、(b)特殊モード時における排気弁及び吸気弁のリフトカーブの例示、(c)特殊モード時における排気弁及び吸気弁のリフトカーブの位相変更の例示である。(A) Exhaust valve and intake valve lift curves in normal mode and special mode, (b) Exhaust valve and intake valve lift curves in special mode, (c) Exhaust valve in special mode 4 is an example of phase change of a lift curve of an intake valve. 吸気弁及び排気弁の開弁期間(作用角)と、位相の変化量とを例示するダイヤグラムである。It is a diagram which illustrates the valve opening period (working angle) of an intake valve and an exhaust valve, and the variation | change_quantity of a phase. 従来構成における排気弁及び吸気弁のリフトカーブの例示(下図)、及び、吸気圧力、排気圧力及び筒内圧力の変化の一例である。It is an example (the lower figure) of the lift curve of an exhaust valve and an intake valve in the conventional composition, and an example of change of intake pressure, exhaust pressure, and in-cylinder pressure. (a)従来構成における、エンジンのp−v線図の一部、(b)本構成における、エンジンのp−v線図の一部である。(A) A part of the p-v diagram of the engine in the conventional configuration, (b) A part of the p-v diagram of the engine in the present configuration. エンジンの運転制御マップを例示する図である。It is a figure which illustrates the operation control map of an engine. エンジンの負荷の高低に対するEGR率の関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship of the EGR rate with respect to the level of engine load. 従来構成における、エンジン負荷上昇時の、(a)排気弁の開閉時期の位相の変化、(b)気筒内のガス組成の変化、(c)燃料量の変化、及び(d)ポンプ損失の変化を例示する各タイムチャートと、本構成における、エンジン負荷上昇時の、(e)排気弁の開閉時期の位相の変化、(f)吸気弁の開閉時期の位相の変化、(g)気筒内のガス組成の変化、(h)燃料量の変化、及び(i)ポンプ損失の変化を例示する各タイムチャートである。In the conventional configuration, when the engine load increases, (a) change in the phase of the opening / closing timing of the exhaust valve, (b) change in gas composition in the cylinder, (c) change in fuel amount, and (d) change in pump loss. And (e) a change in the phase of the opening / closing timing of the exhaust valve, (f) a change in the phase of the opening / closing timing of the intake valve, and (g) in the cylinder, when the engine load increases in this configuration. It is each time chart which illustrates the change of a gas composition, (h) Change of fuel amount, and (i) Change of pump loss.

以下、往復動ピストンエンジンの動弁制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。   Hereinafter, an embodiment of a valve control device for a reciprocating piston engine will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is exemplary.

(エンジンの全体構成)
図1,2は、エンジン(エンジン本体)1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(尚、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の上面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の上面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
(Entire engine configuration)
1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1. The engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with a fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (only one cylinder is shown in FIG. 1, but four cylinders are provided in series, for example), and the cylinder block 11 is arranged on the cylinder block 11. The cylinder head 12 is provided, and an oil pan 13 is provided below the cylinder block 11 and stores lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. On the upper surface of the piston 14, a cavity 141 like a reentrant type in a diesel engine is formed. The cavity 141 is opposed to an injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18 and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber. The shape of the combustion chamber is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the cavity 141, the upper surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber, and the like can be changed as appropriate.

このガソリンエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自着火による燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよく、例えば18としてもよい。   The gasoline engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing combustion by compression autoignition described later. The geometric compression ratio may be set as appropriate in the range of about 15 to 20, and may be 18, for example.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。   The cylinder head 12 is formed with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 include an intake valve 21 and an exhaust valve that open and close the opening on the combustion chamber side. 22 are arranged respectively.

吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、吸気側には、吸気弁21の作動モードを、通常モードと特殊モードとに切り替える可変機構(図2参照。以下、VVL(Variable ValveLift)と称する)71と、クランクシャフト15に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable ValveTiming)と称する)72と、が設けられている。通常モードと特殊モードとは、カムプロフィールが互いに異なる。VVL71とVVT72とを含んで、吸気弁21の駆動機構が構成される。また、排気側にも、排気弁22の作動モードを、通常モードと特殊モードとに切り替えるVVL73と、クランクシャフト15に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能なVVT74と、が設けられている。VVL73とVVT74とを含んで、排気弁22の駆動機構が構成される。吸気弁21及び排気弁22の駆動機構の構成の詳細は、後述する。   Among the valve systems that drive the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, on the intake side, a variable mechanism that switches the operation mode of the intake valve 21 between a normal mode and a special mode (see FIG. 2; hereinafter, VVL (Variable 71) (referred to as ValveLift) and a phase variable mechanism (hereinafter referred to as VVT (Variable ValveTiming)) 72 capable of changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 15. The normal mode and the special mode have different cam profiles. A drive mechanism of the intake valve 21 is configured including the VVL 71 and the VVT 72. On the exhaust side, a VVL 73 that switches the operation mode of the exhaust valve 22 between a normal mode and a special mode and a VVT 74 that can change the rotation phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 15 are provided. Yes. A drive mechanism for the exhaust valve 22 is configured including the VVL 73 and the VVT 74. Details of the structure of the drive mechanism of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 will be described later.

シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射するインジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室内に臨むように配設されている。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン上面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。   In addition, an injector 67 that directly injects fuel into the cylinder 18 is attached to the cylinder head 12 for each cylinder 18. The injector 67 is arranged so that its nozzle hole faces the combustion chamber from the center portion of the ceiling surface of the combustion chamber. The injector 67 directly injects an amount of fuel corresponding to the operation state of the engine 1 at an injection timing set according to the operation state of the engine 1 into the combustion chamber. In this example, the injector 67 is a multi-hole injector having a plurality of nozzle holes, although detailed illustration is omitted. Thereby, the injector 67 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center position of the combustion chamber. At the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the upper surface of the piston. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. This combination of the multi-hole injector 67 and the cavity 141 is an advantageous configuration for shortening the mixture formation period and the combustion period after fuel injection. In addition, the injector 67 is not limited to a multi-hole injector, and may be an outside-opening type injector.

図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。   A fuel tank (not shown) and the injector 67 are connected to each other by a fuel supply path. A fuel supply system 62 including a fuel pump 63 and a common rail 64 and capable of supplying fuel to the injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the fuel supply path. The fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 can store the pumped fuel at a relatively high fuel pressure. When the injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the injector 67. Here, although not shown, the fuel pump 63 is a plunger type pump and is driven by the engine 1. The fuel supply system 62 configured to include this engine-driven pump enables the fuel with a high fuel pressure of 30 MPa or more to be supplied to the injector 67. The fuel pressure may be set to about 120 MPa at the maximum. The pressure of the fuel supplied to the injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1. The fuel supply system 62 is not limited to this configuration.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室内の混合気に強制点火する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。   A spark plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber is also attached to the cylinder head 12. In this example, the spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. The tip of the spark plug 25 is disposed facing the cavity 141 of the piston 14 located at the compression top dead center.

エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 on the downstream side of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク33との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ/ウォーマ34と、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36とが配設されている。吸気通路30にはまた、インタークーラ/ウォーマ34をバイパスするインタークーラバイパス通路35が接続されており、このインタークーラバイパス通路35には、当該通路35を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁351が配設されている。インタークーラバイパス弁351の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路35の通過流量とインタークーラ/ウォーマ34の通過流量との割合を調整することにより、気筒18に導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ/ウォーマ34及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。   Between the air cleaner 31 and the surge tank 33 in the intake passage 30, a water-cooled intercooler / warmer 34 that cools or heats the air and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 are arranged. It is installed. An intercooler bypass passage 35 that bypasses the intercooler / warmer 34 is also connected to the intake passage 30. The intercooler bypass passage 35 is connected to an intercooler for adjusting the flow rate of air passing through the passage 35. A bypass valve 351 is provided. Adjusting the temperature of fresh air introduced into the cylinder 18 by adjusting the ratio between the passage flow rate of the intercooler bypass passage 35 and the passage flow rate of the intercooler / warmer 34 through the opening degree adjustment of the intercooler bypass valve 351. Is possible. It should be noted that the intercooler / warmer 34 and its associated members can be omitted.

排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。尚、このエンジン1は、NOx浄化触媒を備えていない。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices for purifying harmful components in the exhaust gas. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case. The engine 1 does not include a NOx purification catalyst.

吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51と、EGRクーラ52をバイパスするためのEGRクーラバイパス通路53と、を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設され、EGRクーラバイパス通路53には、EGRクーラバイパス通路53を流通する排気ガスの流量を調整するためのEGRクーラバイパス弁531が配設されている。   A portion between the surge tank 33 and the throttle valve 36 in the intake passage 30 and a portion upstream of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40 are used for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected via a passage 50. The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed, and an EGR cooler bypass passage 53 for bypassing the EGR cooler 52. ing. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30, and the EGR cooler bypass passage 53 has a flow rate of exhaust gas flowing through the EGR cooler bypass passage 53. An EGR cooler bypass valve 531 for adjustment is provided.

エンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. This PCM 10 constitutes a controller.

PCM10には、図1,2に示すように、各種のセンサSW1〜SW16の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1及び新気の温度を検出する吸気温度センサSW2、インタークーラ/ウォーマ34の下流側に配置されかつ、インタークーラ/ウォーマ34を通過した後の新気の温度を検出する、第2吸気温度センサSW3、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアOセンサSW9、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダOセンサSW10、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13、吸気側及び排気側のカム角センサSW14,SW15、及び、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16である。 As shown in FIGS. 1 and 2, detection signals from various sensors SW <b> 1 to SW <b> 16 are input to the PCM 10. The various sensors include the following sensors. That is, on the downstream side of the air cleaner 31, the air flow sensor SW 1 that detects the flow rate of fresh air, the intake air temperature sensor SW 2 that detects the temperature of fresh air, and the downstream side of the intercooler / warmer 34, and the intercooler / warmer 34. A second intake air temperature sensor SW3 for detecting the temperature of fresh air after passing through the EGR gas temperature sensor SW4, which is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas. An intake port temperature sensor SW5 that is attached to the intake port 16 and detects the temperature of the intake air just before flowing into the cylinder 18, and an in-cylinder pressure sensor SW6 that is attached to the cylinder head 12 and detects the pressure in the cylinder 18. The exhaust passage 40 is disposed in the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50, and the exhaust temperature and the exhaust respectively. Exhaust temperature sensor SW7 and exhaust pressure sensor SW8 for detecting a force, and is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, the linear O 2 sensor SW9, direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas The lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas, the water temperature sensor SW11 that detects the temperature of the engine coolant, the crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, and the vehicle An accelerator opening sensor SW13 for detecting an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown), intake-side and exhaust-side cam angle sensors SW14, SW15, and a common rail 64 of the fuel supply system 62 are attached. The fuel pressure sensor SW16 detects the fuel pressure supplied to the injector 67. The

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ67、点火プラグ25、吸気弁側のVVL71及びVVT72、排気弁側のVVL73及びVVT74、燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、インタークーラバイパス弁351、EGR弁511、EGRクーラバイパス弁531)のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。   The PCM 10 performs various calculations based on these detection signals to determine the state of the engine 1 and the vehicle, and accordingly, the injector 67, the spark plug 25, the VVL 71 and VVT 72 on the intake valve side, and the exhaust valve side Control signals are output to the actuators of the VVL 73 and VVT 74, the fuel supply system 62, and various valves (throttle valve 36, intercooler bypass valve 351, EGR valve 511, EGR cooler bypass valve 531). Thus, the PCM 10 operates the engine 1.

(弁駆動機構の構成)
吸気側のVVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロフィールの異なる2種類の第1及び第2カム、並びに、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁21に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムは、図3の(a)において実線で示すリフトカーブ211となるように、一つのカム山を有するカムプロフィールであり、第2カムは、同図において破線で示すリフトカーブ212となるように、リフトカーブ212における開弁側に、クランク角の進行に対してリフトを略一定に維持するリフト棚部213を有するカムプロフィールである。尚、図3に示すカムプロフィールは、一例である。
(Configuration of valve drive mechanism)
Although the detailed illustration of the structure of the VVL 71 on the intake side is omitted, the operating state of the two types of first and second cams having different cam profiles and one of the first and second cams is shown. A lost motion mechanism that selectively transmits to the intake valve 21 is included. The first cam is a cam profile having one cam peak so as to be a lift curve 211 indicated by a solid line in FIG. 3A, and the second cam is a lift curve 212 indicated by a broken line in FIG. Thus, it is a cam profile which has the lift shelf part 213 which maintains a lift substantially constant with respect to advance of a crank angle on the valve opening side in the lift curve 212. Note that the cam profile shown in FIG. 3 is an example.

ロストモーション機構が、第1カムの作動状態を吸気弁21に伝達しているときには、図3(a)に実線で例示するように、吸気弁21は開弁した後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも吸気行程中で所定のピークに至った後、クランク角の進行に従い、リフト量が次第に小さくなって、そのまま閉弁する通常モードで作動する。これに対し、ロフトモーション機構が、第2カムの作動状態を吸気弁21に伝達しているときには、図3(a)に破線で例示するように、吸気弁21は、例えば排気行程中に開弁した後、リフト棚部213において所定リフト量を維持しつつ、ピストン14が上死点を迎えて吸気行程に至り、クランク角の進行に従ってリフト量を再び増大させて、所定のピークに至った後、クランク角の進行に従い、リフト量が次第に小さくなって閉弁する特殊モードで作動する。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジン1の運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部EGRガスを気筒18内に導入する際に利用され、通常モードは、それ以外のときに利用される。以下の説明においては、VVL71を通常モードで作動させることを、「VVL71をオフにする」といい、VVL71を特殊モードで作動させ、内部EGRを行うことを、「VVL71をオンにする」という場合がある。   When the lost motion mechanism is transmitting the operating state of the first cam to the intake valve 21, as illustrated by the solid line in FIG. 3A, the intake valve 21 is opened and then the crank angle advances. After the lift amount gradually increases and reaches a predetermined peak at least during the intake stroke, the lift amount gradually decreases as the crank angle progresses, and the operation is performed in the normal mode in which the valve is closed as it is. On the other hand, when the loft motion mechanism is transmitting the operating state of the second cam to the intake valve 21, as illustrated by a broken line in FIG. 3A, the intake valve 21 opens during, for example, the exhaust stroke. After the valve operation, while maintaining a predetermined lift amount in the lift shelf 213, the piston 14 reaches the top dead center and reaches the intake stroke, and the lift amount is increased again as the crank angle progresses to reach a predetermined peak. After that, as the crank angle progresses, the lift amount gradually becomes smaller and the valve operates in a special mode. The normal mode and the special mode of the VVL 71 are switched according to the operating state of the engine 1. Specifically, the special mode is used when the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18, and the normal mode is used at other times. In the following description, operating the VVL 71 in the normal mode is referred to as “turning off the VVL 71”, and operating the VVL 71 in the special mode and performing internal EGR is referred to as “turning on the VVL 71”. There is.

ここで、図3(b)(c)を参照しながら、吸気側のVVL71における第2カムのカムプロフィールについて、さらに詳細に説明をする。図3(b)は、吸気弁21の開時期の位相を最も遅角側に設定したときの、吸気弁21のリフトカーブに相当し、図3(c)の実線は、吸気弁21の開時期の位相を最も進角側に設定したときの、吸気弁21のリフトカーブに相当する。第2カムは、前述の通り、そのリフトカーブ212における開弁側にリフト棚部213を有するように構成されている。ここで、リフトカーブ212における開弁側とは、リフトカーブ212におけるピークを挟んだ両側を、開弁側と閉弁側とに分けたときの開弁側に相当する。図3(c)に実線で示すように、VVT72によって吸気弁21の開時期の位相を進角したときに、リフト棚部213は、排気行程の、少なくとも後半に位置するようになる。ここでいう「後半」は、排気行程を前半と後半とに2等分したときの後半に相当する。従って、気筒18内の排気ガスの一部は、排気行程中に吸気ポート16に排出される。吸気ポート16に排出された排気ガスは、吸気行程時に吸気弁21が開弁するに伴い、新気と共に気筒18内に導入される。こうして、排気ガスの一部が、実質的に、気筒18内に残留することになる(つまり、内部EGR制御)。   Here, the cam profile of the second cam in the VVL 71 on the intake side will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 3B corresponds to the lift curve of the intake valve 21 when the phase of the opening timing of the intake valve 21 is set to the most retarded side, and the solid line in FIG. This corresponds to the lift curve of the intake valve 21 when the timing phase is set to the most advanced side. As described above, the second cam is configured to have the lift shelf 213 on the valve opening side of the lift curve 212. Here, the valve opening side in the lift curve 212 corresponds to the valve opening side when the both sides sandwiching the peak in the lift curve 212 are divided into the valve opening side and the valve closing side. As indicated by a solid line in FIG. 3C, when the phase of the opening timing of the intake valve 21 is advanced by the VVT 72, the lift shelf 213 is positioned at least in the second half of the exhaust stroke. The “second half” here corresponds to the second half when the exhaust stroke is divided into the first half and the second half. Accordingly, a part of the exhaust gas in the cylinder 18 is discharged to the intake port 16 during the exhaust stroke. The exhaust gas discharged to the intake port 16 is introduced into the cylinder 18 together with fresh air as the intake valve 21 opens during the intake stroke. Thus, a part of the exhaust gas substantially remains in the cylinder 18 (that is, internal EGR control).

リフト棚部213のリフト量は、リフトカーブ212のピークよりも低いリフト量に設定されている。図3(c)に実線で示すように、VVT72によって吸気弁21の開閉時期の位相を進角したときに、リフト棚部213は上死点に位置する場合がある。そのため、この実施形態では、リフト棚部213のリフト量は、上死点に位置するピストン14の上面と干渉しない限度において、最大リフト量Linmaxとなるように設定される(図3(b)参照)。こうすることで、内部EGRの最大量を、できるだけ多い量に設定することが可能になる。例えば、リフト棚部213のリフト量は、リフトカーブ212のピークにおけるリフト量に対して、1/2以下の範囲で、適宜、設定することが可能である。内部EGRの最大量を、できるだけ多い量に設定する上では、リフト棚部213のリフト量は、最大リフト量Linmaxで一定にすることが望ましい。しかしながら、リフト棚部213のリフト量は、クランク角の進行に対してリフト量が実質的に維持される範囲において、若干大きくなるように変化させてもよいし、又は、若干小さくなるように変化させてもよい。リフト棚部213は、クランク角の進行に対してリフト量の変化率が所定以下となる部分、ということが可能である。尚、リフト棚部213におけるリフト量の変化は、クランク角の進行に対して連続的であっても、段階的であってもよい。   The lift amount of the lift shelf 213 is set to a lift amount lower than the peak of the lift curve 212. As indicated by a solid line in FIG. 3C, when the phase of the opening / closing timing of the intake valve 21 is advanced by the VVT 72, the lift shelf 213 may be located at the top dead center. Therefore, in this embodiment, the lift amount of the lift shelf 213 is set to be the maximum lift amount Linmax as long as it does not interfere with the upper surface of the piston 14 located at the top dead center (see FIG. 3B). ). In this way, the maximum amount of internal EGR can be set as large as possible. For example, the lift amount of the lift shelf 213 can be appropriately set within a range of 1/2 or less with respect to the lift amount at the peak of the lift curve 212. In order to set the maximum amount of internal EGR as large as possible, it is desirable that the lift amount of the lift shelf 213 be constant at the maximum lift amount Linmax. However, the lift amount of the lift shelf 213 may be changed so as to be slightly increased or slightly decreased within a range in which the lift amount is substantially maintained with respect to the progress of the crank angle. You may let them. It can be said that the lift shelf 213 is a portion where the rate of change of the lift amount becomes a predetermined value or less with respect to the progress of the crank angle. The change in the lift amount in the lift shelf 213 may be continuous or stepwise with respect to the progress of the crank angle.

また、リフト棚部213の長さ(つまり、クランク角の進行方向の長さ)は、設定可能な最大リフト量Linmaxに基づいて、要求される最大の内部EGRガス量を満足することができるように設定される。ここで、図3(c)に実線で示すように、リフト棚部213の最遅角位置は、吸気弁21の開時期を最も進角したときに、上死点に位置するように設定される。そのため、要求される最大の内部EGRガス量を満足させるべく、内部EGRガス量を増やすためには、リフト棚部213の長さを進角側に延ばすことになる。その結果、吸気弁21の開時期は進角側に設定されるようになる。また、リフト棚部213の長さを進角側に延ばすことに伴い、吸気弁21の開閉時期の位相変更量も大きくなる。   Further, the length of the lift shelf 213 (that is, the length of the crank angle in the traveling direction) can satisfy the required maximum internal EGR gas amount based on the maximum lift amount Linmax that can be set. Set to Here, as shown by a solid line in FIG. 3C, the most retarded position of the lift shelf 213 is set to be located at the top dead center when the opening timing of the intake valve 21 is advanced most. The Therefore, in order to increase the internal EGR gas amount in order to satisfy the required maximum internal EGR gas amount, the length of the lift shelf 213 is extended to the advance side. As a result, the opening timing of the intake valve 21 is set to the advance side. Further, as the length of the lift shelf 213 is extended to the advance side, the phase change amount of the opening / closing timing of the intake valve 21 is also increased.

前述した吸気側と同様に、排気側のVVL73は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロフィールの異なる2種類の第1及び第2カム、並びに、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムは、図3の(a)において実線で示すリフトカーブ221となるように、一つのカム山を有するカムプロフィールであり、第2カムは、同図において破線で示すリフトカーブ222となるように、リフトカーブ222における開弁側に、クランク角の進行に対してリフトを略一定に維持するリフト棚部223を有するカムプロフィールである。尚、図3に示すカムプロフィールは、一例である。   As with the intake side described above, the exhaust-side VVL 73 is not shown in detail in its configuration, but any of two types of first and second cams having different cam profiles, and the first and second cams. A lost motion mechanism for selectively transmitting the operating state of one of the cams to the exhaust valve 22 is configured. The first cam is a cam profile having one cam peak so as to be a lift curve 221 indicated by a solid line in FIG. 3A, and the second cam is a lift curve 222 indicated by a broken line in FIG. Thus, it is a cam profile which has the lift shelf part 223 which maintains a lift substantially constant with advance of a crank angle on the valve opening side in the lift curve 222. Note that the cam profile shown in FIG. 3 is an example.

排気側のVVL73のロストモーション機構が、第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、図3(a)に実線で例示するように、排気弁22は開弁した後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、クランク角の進行に従い、リフト量が次第に小さくなって、そのまま閉弁する通常モードで作動する。これに対し、ロフトモーション機構が、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、図3(a)に破線で例示するように、排気弁22は、例えば排気行程中に開弁した後、クランク角の進行に従いリフト量が次第に大きくなって、排気行程中で所定のピークに至った後、リフト棚部223において所定リフト量を維持しつつ、ピストン14が上死点を迎えて吸気行程に至り、その後、クランク角の進行に従い、リフト量が次第に小さくなって閉弁する特殊モードで作動する。VVL73の通常モードと特殊モードとは、エンジン1の運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部EGRガスを気筒18内に導入する際に利用され、通常モードは、それ以外のときに利用される。以下の説明においては、VVL73を通常モードで作動させることを、「VVL73をオフにする」といい、VVL73を特殊モードで作動させ、内部EGRを行うことを、「VVL73をオンにする」という場合がある。   When the lost motion mechanism of the VVL 73 on the exhaust side transmits the operating state of the first cam to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 is opened after the valve is opened as illustrated by the solid line in FIG. As the angle progresses, the lift amount gradually increases. At least after reaching a predetermined peak during the exhaust stroke, the lift amount gradually decreases as the crank angle progresses, and the valve operates in the normal mode in which the valve is closed as it is. On the other hand, when the loft motion mechanism is transmitting the operating state of the second cam to the exhaust valve 22, as illustrated by a broken line in FIG. 3A, the exhaust valve 22 is opened during the exhaust stroke, for example. After the valve operation, the lift amount gradually increases as the crank angle progresses, and after reaching a predetermined peak during the exhaust stroke, the piston 14 reaches top dead center while maintaining the predetermined lift amount in the lift shelf 223. Then, the intake stroke is reached, and thereafter, the lift amount gradually decreases as the crank angle advances, and the valve operates in a special mode in which the valve is closed. The normal mode and the special mode of the VVL 73 are switched according to the operating state of the engine 1. Specifically, the special mode is used when the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18, and the normal mode is used at other times. In the following description, operating the VVL 73 in the normal mode is referred to as “turning off the VVL 73”, and operating the VVL 73 in the special mode and performing internal EGR is referred to as “turning on the VVL 73”. There is.

排気側のVVL73における第2カムのカムプロフィールは、図3(b)(c)に例示するように、吸気側のVVL71における第2カムのカムプロフィールとは異なり、リフトカーブ222における閉弁側にリフト棚部223を有するように構成されている。ここでいう閉弁側は、リフトカーブ222におけるピークを挟んだ両側を、開弁側と閉弁側とに分けたときの閉弁側に相当する。尚、図3(b)は、排気弁22の閉時期の位相を最も進角側に設定したときの、排気弁22のリフトカーブに相当し、図3(c)の実線は、排気弁22の閉時期の位相を最も遅角側に設定したときの、排気弁22のリフトカーブに相当する。図3(c)に実線で示すように、VVT74によって排気弁22の閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部223は、吸気行程の、少なくとも前半に位置するようになる。ここでいう「前半」は、吸気行程を前半と後半とに2等分したときの前半に相当する。従って、排気行程中に排気ポート17に排出された排気ガスの一部は、吸気行程時に排気弁22が開弁することに伴い、気筒18内に戻される。こうして、排気ガスの一部が、実質的に、気筒18内に残留することになる(つまり、内部EGR制御)。   The cam profile of the second cam in the exhaust VVL 73 is different from the cam profile of the second cam in the intake VVL 71, as illustrated in FIGS. The lift shelf 223 is configured. The valve closing side here corresponds to the valve closing side when the both sides of the peak in the lift curve 222 are divided into the valve opening side and the valve closing side. 3B corresponds to the lift curve of the exhaust valve 22 when the closing timing phase of the exhaust valve 22 is set to the most advanced side, and the solid line in FIG. 3C indicates the exhaust valve 22. This corresponds to the lift curve of the exhaust valve 22 when the phase of the closing timing is set to the most retarded angle side. As shown by a solid line in FIG. 3C, when the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 is retarded by the VVT 74, the lift shelf 223 is positioned at least in the first half of the intake stroke. The “first half” here corresponds to the first half when the intake stroke is divided into the first half and the second half. Therefore, part of the exhaust gas discharged to the exhaust port 17 during the exhaust stroke is returned to the cylinder 18 as the exhaust valve 22 opens during the intake stroke. Thus, a part of the exhaust gas substantially remains in the cylinder 18 (that is, internal EGR control).

排気側においても、リフト棚部223のリフト量は、リフトカーブ222のピークよりも低いリフト量に設定されており、この実施形態では、吸気側と同様の設計思想により、リフト棚部213のリフト量は、上死点に位置するピストン14の上面と干渉しない限度において最大リフト量Lexmaxとなるように設定される(図3(b)参照)。こうすることで、内部EGRの最大量を、できるだけ多い量に設定することが可能になる。例えば、リフト棚部223のリフト量は、リフトカーブ222のピークにおけるリフト量に対して、1/2以下の範囲で、適宜、設定することが可能である。ここに開示する例では、排気弁22のリフトカーブ222におけるリフト棚部223のリフト量Lexmaxは、吸気弁21のリフトカーブ212におけるリフト棚部213のリフト量Linmaxと同じに設定される。但し、リフト量Lexmaxと、リフト量Linmaxとは同じでなくてもよい。例えばピストン14の上面の形状や、オフセットクランクの採用等によって、吸気弁21のリフト棚部213のリフト量と、排気弁22のリフト棚部223のリフト量とを同じにすることができないことも起こり得る。   Also on the exhaust side, the lift amount of the lift shelf 223 is set to a lift amount lower than the peak of the lift curve 222. In this embodiment, the lift of the lift shelf 213 is based on the same design concept as the intake side. The amount is set to be the maximum lift amount Lexmax as long as it does not interfere with the upper surface of the piston 14 located at the top dead center (see FIG. 3B). In this way, the maximum amount of internal EGR can be set as large as possible. For example, the lift amount of the lift shelf 223 can be appropriately set within a range of 1/2 or less with respect to the lift amount at the peak of the lift curve 222. In the example disclosed here, the lift amount Lexmax of the lift shelf 223 in the lift curve 222 of the exhaust valve 22 is set to be the same as the lift amount Linmax of the lift shelf 213 in the lift curve 212 of the intake valve 21. However, the lift amount Lexmax and the lift amount Linmax may not be the same. For example, the lift amount of the lift shelf 213 of the intake valve 21 and the lift amount of the lift shelf 223 of the exhaust valve 22 may not be made the same due to the shape of the upper surface of the piston 14 or the use of an offset crank. Can happen.

排気弁22のリフト棚部223のリフト量は、クランク角の進行に対して一定にすることが好ましいが、クランク角の進行に対してリフト量が実質的に維持される範囲において、リフト量が若干大きくなるように変化してもよいし、リフト量が若干小さくなるように変化してもよい。尚、リフト量の変化は、クランク角の進行に対して連続的であっても、段階的であってもよい。   The lift amount of the lift shelf 223 of the exhaust valve 22 is preferably constant with respect to the progress of the crank angle, but the lift amount is within a range in which the lift amount is substantially maintained with respect to the progress of the crank angle. It may be changed so as to be slightly increased, or may be changed so that the lift amount is slightly reduced. The change in the lift amount may be continuous or stepwise with respect to the progress of the crank angle.

また、リフト棚部223の長さ(つまり、クランク角の進行方向の長さ)は、設定可能な最大リフト量Lexmaxに基づいて、要求される最大の内部EGRガス量を満足することができるように設定されている。ここで、図3(c)に実線で示すように、リフト棚部223の最進角位置は、排気弁22の閉時期を最も遅角したときに上死点に位置するように設定される。そのため、要求される最大の内部EGRガス量を満足させるべく、内部EGRガス量を増やすためには、リフト棚部213の長さを遅角側に延ばすことになる。その結果、排気弁22の閉時期は遅角側に設定されるようになる。また、リフト棚部223の長さを遅角側に延ばすことに伴い、排気弁22の開閉時期の位相変更量も大きくなる。   Further, the length of the lift shelf 223 (that is, the length of the crank angle in the traveling direction) can satisfy the required maximum internal EGR gas amount based on the settable maximum lift amount Lexmax. Is set to Here, as shown by a solid line in FIG. 3C, the most advanced angle position of the lift shelf 223 is set to be located at the top dead center when the closing timing of the exhaust valve 22 is most retarded. . Therefore, in order to increase the internal EGR gas amount in order to satisfy the required maximum internal EGR gas amount, the length of the lift shelf 213 is extended to the retard side. As a result, the closing timing of the exhaust valve 22 is set to the retard side. Further, as the length of the lift shelf 223 is extended to the retard side, the phase change amount of the opening / closing timing of the exhaust valve 22 also increases.

尚、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて、通常モードと特殊モードとを切り替えるようにバルブのリフト特性を変更する機構としては、前述した第1カムと第2カムとの切り替えに限らない。吸気弁21及び排気弁22の開閉を、油圧の給排を制御することによって制御する油圧駆動式の動弁系を採用してもよい。また、吸気弁21及び排気弁22の開閉を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。   The mechanism for changing the lift characteristics of the valve so as to switch between the normal mode and the special mode on each of the intake side and the exhaust side is not limited to the switching between the first cam and the second cam described above. A hydraulically driven valve system that controls the opening and closing of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 by controlling the supply and discharge of hydraulic pressure may be employed. Further, an electromagnetically driven valve system that drives the opening and closing of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed.

吸気側及び排気側のVVT72、74はそれぞれ、液圧式、又は、電動式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。この実施形態では、位相の変更速度を高くするために、電動式のVVT72、74を採用している。   The intake-side and exhaust-side VVTs 72 and 74 may adopt a known hydraulic or electric structure as appropriate, and illustration of the detailed structure is omitted. In this embodiment, electric VVTs 72 and 74 are employed in order to increase the phase change speed.

図4は、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間(作用角)と、位相変更量との一例を示すダイヤグラムである。図4の例において、吸気弁21は、電動式のVVT72によって、閉時期(IVC)が、下死点前30°〜下死点後70°の範囲で変更される。吸気弁21の閉時期を最進角位相に設定したときには、図3(c)の実線で示すリフトカーブとなり、吸気弁21の閉時期を最遅角位相に設定したときには、図3(c)の破線で示すリフトカーブとなり、吸気弁21の閉時期は、その間を連続的に変更することになる(同図の矢印参照)。また、図4の例において、排気弁22は、電動式のVVT74によって、開時期(EVO)が、下死点前70°から下死点後30°の範囲で変更される。排気弁22の開時期を最進角位相に設定したときには、図3(c)の破線で示すリフトカーブとなり、排気弁22の開時期を最遅角位相に設定したときには、図3(c)の実線で示すリフトカーブとなり、排気弁22の開時期は、その間を、連続的に変更することになる(同図の矢印参照)。図3(c)に実線で示すように、吸気弁21の開時期を最も進角位相に設定し、排気弁22の閉時期を最も遅角位相に設定したときに、上死点を挟んだ両側で、吸気弁21の開弁時期と排気弁22の開弁時期との重なりが最も大きくなり(つまり、バルブオーバーラップ量が最大、図4参照)、気筒18内に導入される排気ガスの量が最大になる。一方、図3(c)に破線で示すように、吸気弁21の開時期を最も遅角位相に設定し、排気弁22の閉時期を最も進角位相に設定したときに、上死点を挟んだ両側で、吸気弁21の開弁時期と排気弁22の開弁時期との重なりが最も小さくなり、気筒18内に導入される排気ガスの量が最小になる。ここでいう排気ガスの量が最小になることには、気筒18内に導入される排気ガスの量が実質的にゼロになること、つまり、内部EGRガス量が実質的にゼロになることを含む。内部EGRガス量を大から小へ変更するときには、吸気弁21の開時期の位相を遅角方向に変更すると共に、排気弁22の閉時期の位相を進角方向に変更する。逆に、内部EGRガス量を小から大へ変更するときには、吸気弁21の開時期の位相を進角方向に変更すると共に、排気弁22の閉時期の位相を遅角方向に変更する。こうして、吸気弁21及び排気弁22の両弁の位相を変更することにより、詳細は後述するが、ここに開示する動弁系の構成は、排気弁22の二度開きを行う従来構成と比較して、内部EGRガス量を大から小へ、又は、小から大へ変更する速度が高くなるという利点がある。   FIG. 4 is a diagram showing an example of the valve opening period (working angle) of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 and the phase change amount. In the example of FIG. 4, the intake valve 21 is changed by the electric VVT 72 so that the closing timing (IVC) is in the range of 30 ° before the bottom dead center to 70 ° after the bottom dead center. When the closing timing of the intake valve 21 is set to the most advanced angle phase, a lift curve shown by a solid line in FIG. 3C is obtained, and when the closing timing of the intake valve 21 is set to the most retarded angle phase, FIG. The lift curve indicated by the broken line in FIG. 4 is obtained, and the closing timing of the intake valve 21 is continuously changed during that time (see the arrow in the figure). In the example of FIG. 4, the exhaust valve 22 is changed by the electric VVT 74 so that the opening timing (EVO) is in a range from 70 ° before the bottom dead center to 30 ° after the bottom dead center. When the opening timing of the exhaust valve 22 is set to the most advanced angle phase, the lift curve shown by the broken line in FIG. 3C is obtained, and when the opening timing of the exhaust valve 22 is set to the most retarded angle phase, FIG. The opening curve of the exhaust valve 22 is continuously changed during the lift curve indicated by the solid line (see the arrow in the figure). As indicated by the solid line in FIG. 3C, the top dead center is sandwiched when the opening timing of the intake valve 21 is set to the most advanced phase and the closing timing of the exhaust valve 22 is set to the most retarded phase. On both sides, the overlap between the opening timing of the intake valve 21 and the opening timing of the exhaust valve 22 becomes the largest (that is, the valve overlap amount is maximum, see FIG. 4), and the exhaust gas introduced into the cylinder 18 The amount is maximized. On the other hand, when the opening timing of the intake valve 21 is set to the most retarded phase and the closing timing of the exhaust valve 22 is set to the most advanced phase, as shown by the broken line in FIG. On both sides, the overlap between the opening timing of the intake valve 21 and the opening timing of the exhaust valve 22 is minimized, and the amount of exhaust gas introduced into the cylinder 18 is minimized. In order to minimize the amount of exhaust gas here, the amount of exhaust gas introduced into the cylinder 18 becomes substantially zero, that is, the amount of internal EGR gas becomes substantially zero. Including. When the internal EGR gas amount is changed from large to small, the phase of the opening timing of the intake valve 21 is changed to the retard direction, and the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 is changed to the advance direction. Conversely, when the internal EGR gas amount is changed from small to large, the phase of the opening timing of the intake valve 21 is changed to the advance direction, and the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 is changed to the retard direction. As will be described in detail later by changing the phases of both the intake valve 21 and the exhaust valve 22, the configuration of the valve operating system disclosed herein is compared with the conventional configuration in which the exhaust valve 22 is opened twice. Thus, there is an advantage that the speed of changing the amount of internal EGR gas from large to small or from small to large becomes high.

このように本構成では、吸気弁21にリフト棚部213を設けると共に、排気弁22にリフト棚部223を設けることによって、最大の内部EGRガス量を比較的多い量に設定することが可能になる。   As described above, in this configuration, by providing the lift shelf 213 on the intake valve 21 and the lift shelf 223 on the exhaust valve 22, the maximum internal EGR gas amount can be set to a relatively large amount. Become.

従来の動弁系の構成では、図5の下図に実線又は破線で例示するように、排気行程中に開弁する排気弁22を、吸気行程中まで開弁したままにする、いわゆる排気弁22の二度開きを行うことによって、内部EGR制御が行われていた。排気弁22の二度開きにおいて、内部EGRガス量を増やそうとすれば、吸気行程中に開弁する排気弁22のリフト量(つまり、再開弁時のリフト量)を大きくする必要があるが、排気弁22の再開弁時のリフト量は、上死点に位置するピストン14との干渉を回避するために、それほど大きくすることができない。特にこのエンジン1は、前述したように幾何学的圧縮比が高く設定されており(幾何学的圧縮比ε=15以上、例えば18)、ピストン14が上死点に至ったときの、ピストン14の上面と燃焼室の天井面との距離が短い。このため、ピストン14との干渉を回避しようとすれば、排気弁22の再開弁時のリフト量は小さくしなければならない。従来構成では、内部EGRガス量の最大量を増やすことは、エンジン1の構造上、困難であった。尚、吸気行程中に開弁する吸気弁21を、排気行程中から開弁する、いわゆる吸気弁21の二度開きを行うことによって、内部EGR制御を行うことも可能であるが、その場合も、排気弁22の二度開きと同様に、排気行程中に開弁する吸気弁21のリフト量(つまり、先行開弁時のリフト量)は、上死点に位置するピストン14との干渉を回避するために、それほど大きくすることができないため、内部EGRガス量の最大量を増やすことは、困難である。   In the configuration of the conventional valve operating system, as illustrated by a solid line or a broken line in the lower diagram of FIG. 5, the exhaust valve 22 that opens during the exhaust stroke remains open until the intake stroke. The internal EGR control was performed by opening twice. If the internal EGR gas amount is increased when the exhaust valve 22 is opened twice, it is necessary to increase the lift amount of the exhaust valve 22 that opens during the intake stroke (that is, the lift amount at the restart valve). The lift amount when the exhaust valve 22 is restarted cannot be increased so much in order to avoid interference with the piston 14 located at the top dead center. In particular, the engine 1 has a high geometric compression ratio as described above (geometric compression ratio ε = 15 or more, for example, 18), and the piston 14 when the piston 14 reaches top dead center. The distance between the upper surface of the combustion chamber and the ceiling surface of the combustion chamber is short. For this reason, if it is going to avoid interference with piston 14, the lift amount at the time of the restart valve of exhaust valve 22 must be made small. In the conventional configuration, it is difficult to increase the maximum amount of internal EGR gas due to the structure of the engine 1. It is possible to perform internal EGR control by opening the intake valve 21 that opens during the intake stroke twice, that is, the so-called intake valve 21 that opens during the exhaust stroke. Similarly to the double opening of the exhaust valve 22, the lift amount of the intake valve 21 that opens during the exhaust stroke (that is, the lift amount at the time of preceding valve opening) interferes with the piston 14 located at the top dead center. It is difficult to increase the maximum amount of internal EGR gas because it cannot be made so large to avoid.

これに対し、前述した構成では、吸気弁21のリフトカーブ212において、リフト棚部213を設けていると共に、排気弁22のリフトカーブ222において、リフト棚部223を設けている。吸気弁21のリフト棚部213のリフト量は、ピストン14との干渉を回避するために制限されかつ、排気弁22のリフト棚部223のリフト量も、ピストン14との干渉を回避するために制限されるものの、両弁21、22においてリフト棚部213、223を設けていることで、リフト棚部213、223のリフト量それぞれが、比較的小さいとしても、吸気弁21及び排気弁22のいずれか一方のみ、二度開きを行う従来構成と比較して、内部EGRの最大量を多くすることが可能になる。これは特に、前述の通り、幾何学的圧縮比が高くて、ピストン14が上死点に至ったときのピストン14の上面と燃焼室の天井面との距離が短いエンジンにおいて、大量の内部EGRを確保する上で有利になる。   On the other hand, in the configuration described above, the lift shelf 213 is provided in the lift curve 212 of the intake valve 21, and the lift shelf 223 is provided in the lift curve 222 of the exhaust valve 22. The lift amount of the lift shelf 213 of the intake valve 21 is limited to avoid interference with the piston 14, and the lift amount of the lift shelf 223 of the exhaust valve 22 is also avoided to avoid interference with the piston 14. Although limited, by providing the lift shelves 213 and 223 in both valves 21 and 22, even if the lift amounts of the lift shelves 213 and 223 are relatively small, the intake valves 21 and the exhaust valves 22 Only one of them can increase the maximum amount of internal EGR compared to the conventional configuration in which the opening is performed twice. This is particularly the case in an engine having a high geometric compression ratio and a short distance between the top surface of the piston 14 and the ceiling surface of the combustion chamber when the piston 14 reaches top dead center, as described above. It will be advantageous in securing.

また、本構成は、ポンプ損失を低減する点でも、従来の、排気弁22の二度開き構成よりも有利になる。図5の上図は、同図の下図に実線で示す排気弁22のリフトカーブ及び一点鎖線で示す吸気弁21のリフトカーブのときの、気筒18内の圧力変化(破線)、吸気側の圧力変化(一点鎖線)、及び排気側の圧力変化(実線)を例示している。排気弁22の二度開きを行う従来構成では、排気弁22は、閉時期の位相によっては、吸気行程の中期(この「中期」は、吸気行程を初期、中期、終期の3等分したときの中期である)に閉弁する一方、吸気弁21が、その吸気行程の中期で開弁する場合がある。この場合、ピストン14が下降する吸気行程中で、吸気弁21及び排気弁22の両方がほぼ閉弁した状態となることから、同図の上図に矢印で示すように、気筒18内の負圧が大きくなる(ΔP1参照)。特に、吸気行程の中期は、ピストン14の下降速度が最も高く、単位時間当たりの気筒18内の容積変化が大きい。このことから、図6(a)のp−v線図に示すように、マイナスの仕事が大きくなってポンプ損失が増大し易い。   In addition, this configuration is more advantageous than the conventional double opening configuration of the exhaust valve 22 in terms of reducing pump loss. The upper diagram of FIG. 5 shows the pressure change (broken line) in the cylinder 18 and the pressure on the intake side when the lift curve of the exhaust valve 22 shown by the solid line and the lift curve of the intake valve 21 shown by the alternate long and short dashed line in the lower diagram of FIG. A change (one-dot chain line) and a pressure change (solid line) on the exhaust side are illustrated. In the conventional configuration in which the exhaust valve 22 is opened twice, the exhaust valve 22 depends on the phase of the closing timing. The intake valve 21 may be opened in the middle period of the intake stroke. In this case, both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are substantially closed during the intake stroke in which the piston 14 descends. Therefore, as shown by the arrows in the upper diagram of FIG. The pressure increases (see ΔP1). Particularly, in the middle of the intake stroke, the descending speed of the piston 14 is the highest, and the volume change in the cylinder 18 per unit time is large. For this reason, as shown in the p-v diagram of FIG. 6A, negative work increases and pump loss tends to increase.

これに対し、本構成では、吸気弁21のリフトカーブと、排気弁22のリフトカーブとは、いわば、上死点に対して線対称となるように設定されており、図3(b)に示すように、吸気弁21及び排気弁22が共に閉弁する(又は、ほぼ閉弁する)時期が一致する場合、その時期は、上死点付近に設定される。上死点付近では、ピストン14の下降速度が低いため、気筒18内の負圧が大きくならないと共に、単位時間当たりの気筒18内の容積変化も小さい。このため、図6(b)に示すp−v線図に示すように、ポンプ損失が生じ難い。   On the other hand, in this configuration, the lift curve of the intake valve 21 and the lift curve of the exhaust valve 22 are set so as to be line-symmetric with respect to the top dead center. As shown, when the intake valve 21 and the exhaust valve 22 both close (or substantially close), the timing is set near the top dead center. Since the descending speed of the piston 14 is low near the top dead center, the negative pressure in the cylinder 18 does not increase, and the volume change in the cylinder 18 per unit time is small. For this reason, as shown in the p-v diagram shown in FIG. 6B, pump loss hardly occurs.

尚、前述したように、吸気弁21及び排気弁22のカムプロフィールは、図例に限定されるものではない。特に、第2カムにおいて、リフト棚部213、223のリフト量Linmax、Lexmaxや、リフト棚部213、223の長さは、エンジン1について要求される内部EGRの最大量に応じて変更される。例えばリフト棚部213、223のリフト量が最大リフト量に設定されていると仮定して、エンジン1について、内部EGRの最大量が多く要求されるときには、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップ量ができるだけ大きくなるように、リフト棚部の長さが比較的長く設定され、要求される内部EGRの最大量がそれほど多くないときには、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップ量もそれほど大きくならないように、リフト棚部の長さが比較的短く設定される。また、設定される内部EGRの最大量に応じて、内部EGRガス量の調整幅(つまり、内部EGRの最大量と最小量との差)も決定されるから、それに応じて、吸気弁21の位相変更量、及び、排気弁22の位相変更量がそれぞれ設定される。つまり、要求される内部EGRの最大量が多いときには、内部EGRガス量の調整幅も大きくなるため、吸気弁21の位相変更量、及び、排気弁22の位相変更量が共に大きくなり、要求される内部EGRの最大量がそれほど多くないときには、内部EGRガス量の調整幅はそれほど大きくないため、吸気弁21の位相変更量、及び、排気弁22の位相変更量は相対的に小さくなる。図4の例では、吸気弁21の位相変更量は100°CAであり、排気弁22の位相変更量も100°CAである。吸気弁21の位相変更量は、例えば、40〜100°CAの範囲で設定してもよく、同様に、排気弁22の位相変更量は、例えば、40〜100°CAの範囲で設定してもよい。その結果、内部EGRガス量を最大とするときの(言い換えると、吸気弁21の開時期を最も進角させかつ、排気弁22の閉時期を最も遅角させたときの)、吸気弁21の開時期(IVO)は、上死点前100〜40°CAの範囲で設定し、排気弁22の閉時期(EVC)は、上死点後40°〜100°CAの範囲で設定してもよい。   As described above, the cam profiles of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are not limited to the illustrated example. In particular, in the second cam, the lift amounts Linmax and Lexmax of the lift shelves 213 and 223 and the lengths of the lift shelves 213 and 223 are changed according to the maximum amount of internal EGR required for the engine 1. For example, assuming that the lift amount of the lift shelves 213 and 223 is set to the maximum lift amount, when the engine 1 is required to have a large maximum amount of internal EGR, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are opened. When the length of the lift shelf is set to be relatively long so that the overlap amount of the period is as large as possible, and the required maximum amount of internal EGR is not so large, the opening period of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 The length of the lift shelf is set to be relatively short so that the amount of overlap does not become so large. Further, the adjustment range of the internal EGR gas amount (that is, the difference between the maximum amount and the minimum amount of the internal EGR) is also determined according to the set maximum amount of the internal EGR, and accordingly, the intake valve 21 is adjusted accordingly. The phase change amount and the phase change amount of the exhaust valve 22 are set. That is, when the required maximum amount of internal EGR is large, the adjustment range of the internal EGR gas amount is also increased, so that the phase change amount of the intake valve 21 and the phase change amount of the exhaust valve 22 are both increased and required. When the maximum amount of internal EGR is not so large, the adjustment range of the internal EGR gas amount is not so large, so the phase change amount of the intake valve 21 and the phase change amount of the exhaust valve 22 are relatively small. In the example of FIG. 4, the phase change amount of the intake valve 21 is 100 ° CA, and the phase change amount of the exhaust valve 22 is also 100 ° CA. For example, the phase change amount of the intake valve 21 may be set in a range of 40 to 100 ° CA. Similarly, the phase change amount of the exhaust valve 22 is set in a range of 40 to 100 ° CA, for example. Also good. As a result, when the internal EGR gas amount is maximized (in other words, when the opening timing of the intake valve 21 is advanced most and the closing timing of the exhaust valve 22 is delayed most), the intake valve 21 The opening timing (IVO) is set in the range of 100 to 40 ° CA before top dead center, and the closing timing (EVC) of the exhaust valve 22 is set in the range of 40 ° to 100 ° CA after top dead center. Good.

(エンジンの運転制御)
図7は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ25による点火を行わずに、制御自着火(Controlled Auto Ignition:CAI)によって燃焼を行う。図7の例では、実線で示す燃焼切替負荷よりも低い領域が、CAI燃焼を行う自着火領域(CAI)に対応する。
(Engine operation control)
FIG. 7 shows an example of the operation control map of the engine 1. In order to improve fuel efficiency and exhaust emission performance, the engine 1 is controlled ignition (CAI) without performing ignition by the spark plug 25 in a low load region where the engine load is relatively low. To burn. In the example of FIG. 7, a region lower than the combustion switching load indicated by a solid line corresponds to a self-ignition region (CAI) in which CAI combustion is performed.

エンジン1の負荷が高くなるに従って、CAI燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、CAI燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した強制点火(ここでは火花点火Spark Ignition:SI)による燃焼に切り替える。図7の例では、実線で示す燃焼切替負荷以上の領域が、火花点火燃焼を行う火花点火領域(SI)に対応する。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、CAIモードと、SIモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。   As the load on the engine 1 increases, in CAI combustion, the combustion becomes too steep, causing problems such as combustion noise. Therefore, in the engine 1, in a high load region where the engine load is relatively high, the CAI combustion is stopped and the combustion is switched to the combustion by forced ignition (here, spark ignition (SI)) using the spark plug 25. In the example of FIG. 7, a region equal to or greater than the combustion switching load indicated by a solid line corresponds to a spark ignition region (SI) in which spark ignition combustion is performed. Thus, the engine 1 is configured to switch between the CAI mode and the SI mode in accordance with the operating state of the engine 1, in particular, the load of the engine 1. However, the boundary line for mode switching is not limited to the illustrated example.

図8は、エンジン回転数が低回転側の所定回転数で一定のときの、エンジン1の負荷の高低に対するEGR率の変化(つまり、気筒18内のガス組成の変化)を示している。以下、気筒18内のガス組成の変化について、低負荷側から高負荷側に向かって順に説明する。   FIG. 8 shows a change in the EGR rate (that is, a change in the gas composition in the cylinder 18) with respect to the load of the engine 1 when the engine speed is constant at a predetermined speed on the low speed side. Hereinafter, the change in the gas composition in the cylinder 18 will be described in order from the low load side to the high load side.

(最低負荷から特定負荷Tまで)
特定負荷Tまでの低負荷領域は、CAIモードの低負荷域に相当し、CAI燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットEGRガスを気筒18内に導入する。これは、前述したように、吸気側及び排気側のVVL71、73を共にオンにして、内部EGRガスを気筒18内に導入することによる。ホットEGRガスの導入は、気筒18内の圧縮端温度(つまり、ピストン14が圧縮上死点に至ったときの気筒18内の温度)を高め、低負荷域におけるCAI燃焼の着火性及び安定性を高める。
(From minimum load to a specific load T 1)
Low-load region to a certain load T 1 corresponds to a low load region of the CAI mode, in order to improve the ignitability and stability of the CAI combustion, introducing a relatively high temperature hot EGR gas into the cylinder 18 . As described above, this is because both the intake-side and exhaust-side VVLs 71 and 73 are turned on and the internal EGR gas is introduced into the cylinder 18. The introduction of hot EGR gas increases the compression end temperature in the cylinder 18 (that is, the temperature in the cylinder 18 when the piston 14 reaches compression top dead center), and the ignitability and stability of CAI combustion in a low load range. To increase.

CAIモードにおいては、スロットル弁36の開度を全開に維持した状態で、内部EGRガス量の調整を行う。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、特定負荷Tまでの低負荷領域では、EGR率を、最高EGR率rmaxに設定する。後述するように、特定負荷T以上の負荷領域では、エンジン1の負荷が高くなるに従い、EGR率を連続的に低く設定するが、特定負荷Tよりもエンジン1の負荷が低いときには、エンジン1の負荷の高低に拘わらず、EGR率を最高EGR率rmaxで一定にする。EGR率を、最高EGR率rmaxに制限することは、EGR率を、それ以上に高くして気筒18内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒18内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始時のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうためである。 In the CAI mode, the internal EGR gas amount is adjusted while the throttle valve 36 is kept fully open. This is advantageous for reducing pump loss. Further, in the low load region to a certain load T 1, the EGR rate is set to maximum EGR rate r max. As described below, in certain load above T 1 of the load area, in accordance with the load of the engine 1 becomes higher, when it is set continuously low EGR rate, the load of the engine 1 than the specific load T 1 is low, the engine Regardless of the level of the load of 1, the EGR rate is made constant at the maximum EGR rate r max . Limiting the EGR rate to the maximum EGR rate r max means that if the EGR rate is made higher than that and a large amount of exhaust gas is introduced into the cylinder 18, the specific heat ratio of the gas in the cylinder 18 becomes low. Thus, even if the gas temperature at the start of compression is high, the compression end temperature is conversely lowered.

つまり、排気ガスは、三原子分子であるCOやHOを多く含んでおり、窒素(N)や酸素(O)を含む空気と比較して、比熱比が高い。そのため、EGR率を高くして気筒18内に導入する排気ガスが増えたときには、気筒18内のガスの比熱比は低下する。 That is, the exhaust gas contains a large amount of triatomic molecules such as CO 2 and H 2 O, and has a higher specific heat ratio than air containing nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ). Therefore, when the EGR rate is increased and the exhaust gas introduced into the cylinder 18 increases, the specific heat ratio of the gas in the cylinder 18 decreases.

排気ガスの温度は、新気と比較して高いため、EGR率が高くなるほど、圧縮開始時の気筒18内の温度は高くなる。しかしながら、EGR率が高くなるほど、ガスの比熱比が低下することから、圧縮をしてもガスの温度がそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度は、所定のEGR率rmaxで最高となり、EGR率をそれより高めても、圧縮端温度は低くなる。 Since the exhaust gas temperature is higher than fresh air, the higher the EGR rate, the higher the temperature in the cylinder 18 at the start of compression. However, the higher the EGR rate, the lower the specific heat ratio of the gas. Therefore, even if compression is performed, the temperature of the gas does not increase so much. As a result, the compression end temperature becomes the highest at a predetermined EGR rate r max , and EGR Even if the rate is increased, the compression end temperature is lowered.

そこで、このエンジン1においては、圧縮端温度が最も高くなるEGR率を最高EGR率rmaxに設定している。そして、エンジン1の負荷が特定負荷Tよりも低いときには、EGR率を最高EGR率rmaxに設定し、そのことにより、圧縮端温度が低下してしまうことを回避している。この最高EGR率rmaxは、50〜90%に設定してもよい。最高EGR率rmaxは、高い圧縮端温度を確保することができる限度において、できるだけ高く設定すればよく、好ましくは、70〜90%である。このエンジン1は、高い圧縮端温度が得られるように、幾何学的圧縮比を15以上の高い圧縮比に設定している。こうして、できる限り高い圧縮端温度を確保するように構成しているエンジン1においては、最高EGR率rmaxは、例えば80%程度に設定してもよい。最高EGR率rmaxを、できるだけ高く設定することは、エンジン1の未燃損失の低減に有利になる。つまり、エンジン1の負荷が低いときには未燃損失が高くなり易いため、エンジン1の負荷が特定負荷Tよりも低いときにEGR率をできるだけ高く設定することは、未燃損失の低減による燃費の向上に極めて有効である。 Therefore, in this engine 1, the compression end temperature is set to the highest becomes EGR rate to a maximum EGR rate r max. Then, when the load of the engine 1 is lower than the specific loads T 1 sets the EGR rate to a maximum EGR rate r max, by the compression end temperature is avoided lowered. The maximum EGR rate r max may be set to 50 to 90%. The maximum EGR rate r max may be set as high as possible as long as a high compression end temperature can be secured, and is preferably 70 to 90%. In this engine 1, the geometric compression ratio is set to a high compression ratio of 15 or more so that a high compression end temperature can be obtained. Thus, in the engine 1 configured to ensure the highest possible compression end temperature, the maximum EGR rate r max may be set to about 80%, for example. Setting the maximum EGR rate r max as high as possible is advantageous in reducing the unburned loss of the engine 1. That is, since the unburned loss tends to increase when the load on the engine 1 is low, setting the EGR rate as high as possible when the load on the engine 1 is lower than the specified load T 1 It is extremely effective for improvement.

こうしてこのエンジン1においては、エンジン1の負荷が特定負荷Tよりも低いときにも、高い圧縮端温度を確保することにより、CAI燃焼の着火性及び燃焼安定性を確保するようにしている。 Thus in this engine 1, when the load of the engine 1 is lower than the specific loads T 1 also, by ensuring a high compression end temperature, thereby ensuring the ignition performance and combustion stability of CAI combustion.

この特定負荷Tよりも低い領域では、具体的には、図3(c)に実線で示すように、VVL71をオンにした吸気弁21の開時期の位相を最も進角側に設定し、同じくVVL73をオンにした排気弁22の閉時期の位相を最も遅角側に設定する。このことで、気筒18内に導入する内部EGRガス量が最大となるようにする。前述したようにこの構成は、幾何学的圧縮比が高いエンジン1において、最大の内部EGRガス量を高く設定する(つまり、最高EGR率を高くする)上で有効である。 In the region lower than the specific loads T 1, specifically, as shown by the solid line in FIG. 3 (c), is set to the most advance side of the opening timing of the phase of the intake valve 21 to turn on the VVL 71, Similarly, the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 with the VVL 73 turned on is set to the most retarded side. Thus, the amount of internal EGR gas introduced into the cylinder 18 is maximized. As described above, this configuration is effective in setting the maximum internal EGR gas amount high (that is, increasing the maximum EGR rate) in the engine 1 having a high geometric compression ratio.

また、この特定負荷Tよりも低い領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程前半までの期間内において、インジェクタ67が気筒18内に燃料を噴射する。このことにより、気筒18内に均質な混合気を形成する。 Further, in the region lower than this particular load T 1, within a period of at least the intake stroke until the first half of the compression stroke, the injector 67 injects fuel into the cylinder 18. As a result, a homogeneous air-fuel mixture is formed in the cylinder 18.

(特定負荷Tから所定負荷Tまで)
特定負荷Tから所定負荷Tまでの領域では、混合気の空気過剰率λを1よりも大きくする。従って、図8において一点鎖線で示すλ≒1のラインよりも気筒18内に導入される新気量は増えかつ、気筒18内に導入される排気ガス量(ここでは、内部EGRガス量)はλ≒1のラインよりも減る。混合気の空気過剰率λは、2.4以上のリーンにすることが好ましい。混合気をリーンにすることは、熱効率を高めて燃費の向上に有利になると共に、空気過剰率λを2.4以上にすることで、RawNOxの生成が抑制される。これは、NOx浄化触媒を備えていない本エンジン1において、排気エミッション性能を確保することを可能にする。尚、所定負荷Tと、後述する切替負荷Tとの間には、混合気の空気過剰率λを徐変する区間を設けている。
(From a particular load T 1 to a predetermined load T 2)
In the region from a particular load T 1 to a predetermined load T 2, it is larger than the excess air ratio λ of the mixture 1. Therefore, the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 is greater than the line of λ≈1 indicated by the one-dot chain line in FIG. 8, and the amount of exhaust gas introduced into the cylinder 18 (in this case, the amount of internal EGR gas) is It is less than the line of λ≈1. The excess air ratio λ of the air-fuel mixture is preferably made to be lean at least 2.4. Making the air-fuel mixture lean is advantageous for improving the fuel efficiency by improving the thermal efficiency, and by making the excess air ratio λ 2.4 or more, the generation of RawNOx is suppressed. This makes it possible to ensure the exhaust emission performance in the engine 1 that does not include the NOx purification catalyst. Note that the predetermined load T 2, between the switching load T 3 to be described later, is provided a section for gradually changing the excess air ratio λ of the gas mixture.

特定負荷Tを超える領域において、エンジン1の負荷が高まるに従い燃料噴射量は増大するため、空気過剰率λを、前述のように2.4以上に維持する上で、必要な新気量は次第に多くなり、それに伴い、ホットEGRガス量は次第に少なくなる。エンジン1の負荷が低いときには、ホットEGRガスの導入量を増やすことによって圧縮開始時の気筒18内の温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くし、圧縮自着火の着火性を高めると共に、圧縮自着火燃焼の安定性を高める上で有利である。一方、エンジン1の負荷が高くなれば、気筒18内の温度状態が高まる。そのため、ホットEGRガスの導入量は少なくしても、圧縮自着火の着火性及び安定性は確保可能である。 In the region above a certain load T 1, since the fuel injection amount in accordance with the load of the engine 1 is increased to increase the excess air ratio lambda, in maintaining the so 2.4 above, as described above, the required fresh air amount The amount of hot EGR gas gradually decreases with the increase. When the load on the engine 1 is low, the temperature in the cylinder 18 at the start of compression is increased by increasing the amount of hot EGR gas introduced, and accordingly, the compression end temperature is increased to increase the ignitability of compression self-ignition and the compression. This is advantageous in increasing the stability of auto-ignition combustion. On the other hand, when the load on the engine 1 increases, the temperature state in the cylinder 18 increases. Therefore, even if the amount of hot EGR gas introduced is small, the ignitability and stability of compression self-ignition can be ensured.

このCAI領域における、エンジン1の負荷に対応したホットEGRガスの導入量の調整は、前述したように、それぞれVVL71、73をオンにした吸気弁21の開時期の位相と、排気弁22の閉時期の位相とを調整することによって行われる。すなわち、エンジン1の負荷が上昇するに従い、EGR率を高から低へ変更するときには、吸気弁21の開時期の位相を遅角方向に変更すると共に、排気弁22の閉時期の位相を進角方向に変更する。逆に、エンジン1の負荷が低下するに従い、EGR率を低から高へ変更するときには、吸気弁21の開時期の位相を進角方向に変更すると共に、排気弁22の閉時期の位相を遅角方向に変更する(図3(c)の矢印参照)。   In this CAI region, the amount of hot EGR gas introduced corresponding to the load of the engine 1 is adjusted, as described above, by the phase of the opening timing of the intake valve 21 when the VVLs 71 and 73 are turned on and the closing of the exhaust valve 22, respectively. This is done by adjusting the phase of the time. That is, when the EGR rate is changed from high to low as the load of the engine 1 increases, the phase of the opening timing of the intake valve 21 is changed in the retarded direction and the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 is advanced. Change direction. Conversely, when the EGR rate is changed from low to high as the load on the engine 1 decreases, the phase of the opening timing of the intake valve 21 is changed to the advance direction and the phase of the closing timing of the exhaust valve 22 is delayed. The angle is changed (see the arrow in FIG. 3C).

(所定負荷Tから切替負荷Tまで)
CAIモードにおいて所定負荷T以上の負荷領域、すなわち、CAIモード内の高負荷側領域では、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能を確保することが可能になる。
(From the predetermined load T 2 to the switching load T 3)
The predetermined load T 2 or more load regions in the CAI mode, i.e., in the high load side region in the CAI mode, sets the air-fuel ratio of the mixture to the stoichiometric air-fuel ratio (λ ≒ 1). As a result, a three-way catalyst can be used, and exhaust emission performance can be ensured.

この高負荷側の領域では、気筒18内の温度状態がさらに高くなるため、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に維持しつつ、気筒18内にホットEGRガスを導入したのでは、気筒18内の温度状態が高くなりすぎて、過早着火等の異常燃焼が生じたり、CAI燃焼時に気筒18内の圧力上昇(dP/dθ)が急峻になって燃焼騒音の問題が生じたりする虞がある。そこで、所定負荷Tから切替負荷Tまでの領域では、ホットEGRガスと共に、クールドEGRガスを気筒18内に導入する。クールドEGRガスは、基本的には、EGRクーラ52を通過することによって冷却された外部EGRガスである。尚、EGRクーラ52をバイパスした外部EGRガスを、クールドEGRガスに含んでもよい。こうして、クールドEGRガスを気筒18内に導入することで、気筒18内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、異常燃焼や燃焼騒音の回避に有利になる。尚、CAIモードにおいては、後述するSIモードとは異なり、燃焼安定性に関連するEGR率の制限が無い。そのため、混合気の空気過剰率λを実質的に1に設定しつつ、EGR率を可能な限り高くすることが可能である。 In this high-load region, the temperature state in the cylinder 18 is further increased, so hot EGR gas was introduced into the cylinder 18 while maintaining the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the theoretical air-fuel ratio (λ≈1). In this case, the temperature state in the cylinder 18 becomes too high and abnormal combustion such as pre-ignition occurs, or the pressure rise (dP / dθ) in the cylinder 18 becomes steep during CAI combustion, causing a problem of combustion noise. There is a risk that. Therefore, in the region from the predetermined load T 2 to switch the load T 3, together with the hot EGR gas is introduced cooled EGR gas into the cylinder 18. The cooled EGR gas is basically an external EGR gas cooled by passing through the EGR cooler 52. The external EGR gas that bypasses the EGR cooler 52 may be included in the cooled EGR gas. Thus, by introducing the cooled EGR gas into the cylinder 18, it is avoided that the temperature state in the cylinder 18 becomes too high, which is advantageous for avoiding abnormal combustion and combustion noise. In the CAI mode, unlike the SI mode described later, there is no restriction on the EGR rate related to combustion stability. Therefore, it is possible to make the EGR rate as high as possible while setting the excess air ratio λ of the air-fuel mixture to substantially 1.

所定負荷Tから切替負荷Tまでの間においても、エンジン1の負荷に対応したホットEGRガスの導入量の調整は、それぞれVVL71、73をオンにした吸気弁21の開時期の位相と、排気弁22の閉時期の位相とを調整することによって行われる。 Even during the period from the predetermined load T 2 to switch the load T 3, adjustment of the introduction amount of the hot EGR gas corresponding to the load of the engine 1, the opening timing of the phase of the intake valve 21 respectively turn on the VVL71,73, This is performed by adjusting the phase of the closing timing of the exhaust valve 22.

切替負荷Tは、CAIモードとSIモードとの切り替えに係り、切替負荷T以上の高負荷側においてはSIモードとなる。CAIモードにおいては、前述したように、吸気側及び排気側のVVL71、73をそれぞれオンにして、内部EGRガス(つまりホットEGRガス)を気筒18内に導入する一方で、SIモードでは、吸気側及び排気側のVVL71、73をそれぞれオフにして、内部EGRガスの導入を中止する。従って、切替負荷Tを境にして、吸気側及び排気側のVVL71、73のオンオフが、切り替わる。 Threshold engine load T 3 relates to switching between the CAI mode and SI-mode, the SI mode in the switching load T 3 or more high-load side. In the CAI mode, as described above, the VVLs 71 and 73 on the intake side and the exhaust side are respectively turned on to introduce the internal EGR gas (that is, hot EGR gas) into the cylinder 18, while in the SI mode, the intake side Then, the VVLs 71 and 73 on the exhaust side are turned off, and the introduction of the internal EGR gas is stopped. Therefore, by switching the load T 3 as the boundary, VVL71,73 off of the intake side and exhaust side is switched.

(切替負荷Tから最大負荷Tmaxまで)
切替負荷Tよりも負荷の高い領域はSIモードに相当する。このSI領域では、前述したように、クールドEGRガスのみを気筒18内に導入する。
(From the switching load T 3 up to a maximum load T max)
Region of a load higher than the switching load T 3 corresponds to SI mode. In this SI region, as described above, only the cooled EGR gas is introduced into the cylinder 18.

SIモードでは、基本的には、スロットル弁36の開度を全開に維持しかつ、EGR弁511の開度を、エンジン負荷に応じて変更する。こうして、SIモードにおいては、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する条件下でEGR率を最大に設定している。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。EGR弁511は、具体的には、エンジン負荷の上昇に従い次第に閉じ、全開負荷では閉弁する。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒18内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。   In the SI mode, basically, the opening of the throttle valve 36 is kept fully open, and the opening of the EGR valve 511 is changed according to the engine load. Thus, in the SI mode, the EGR rate is set to the maximum under the condition that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the theoretical air-fuel ratio (λ≈1). This is advantageous for reducing pump loss. In addition, setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio makes it possible to use a three-way catalyst. Specifically, the EGR valve 511 gradually closes as the engine load increases, and closes at the fully open load. This is advantageous in improving controllability because the gas composition in the cylinder 18 is continuously changed when the engine load changes continuously.

SI燃焼においては、気筒18内に導入する排気ガスの量が多すぎると燃焼安定性が低下してしまう。そのため、SI燃焼において設定可能な最高のEGR率(つまり、EGR限界)が存在する。前述の通り、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定するため、エンジン負荷の高低に応じてEGR率は連続的に変化し、SIモードにおいてエンジン負荷が低いときには、燃料量が少なくかつ、新気量が少なくなることで、EGR率は高くなり得るものの、切替負荷Tから所定負荷Tまでは、EGR率はEGR限界に制限する。従って、切替負荷Tから所定負荷Tまでの間は、EGR率はEGR限界で一定になる、こうして、EGR率がEGR限界によって制限されると、混合気の空燃比を理論空燃比(λ≒1)に設定する上で、気筒18内に導入する新気量を減らさなければならない。ここでは、吸気弁21の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせることによって、気筒18内に導入する新気量を減らしている。尚、吸気弁21の閉弁時期の制御の代わりに、例えばスロットル弁36の開度制御を行っても、気筒18内に導入する新気を減らすことが可能である。但し、吸気弁21の閉弁時期を制御することは、ポンプ損失の低減に有利である。 In SI combustion, if the amount of exhaust gas introduced into the cylinder 18 is too large, the combustion stability is lowered. Therefore, there is a maximum EGR rate (that is, an EGR limit) that can be set in SI combustion. As described above, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1), the EGR rate changes continuously according to the engine load level, and when the engine load is low in the SI mode, the fuel amount and less, by fresh air amount is reduced, although the EGR rate can be high, from the switching load T 3 to a predetermined load T 4, the EGR rate is limited to EGR limit. Thus, during the threshold engine load T 3 to a predetermined load T 4 it is, the EGR rate becomes constant at EGR limit, thus, when the EGR rate is limited by the EGR limit, the stoichiometric air-fuel ratio of the mixture (lambda In setting ≈1), the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 must be reduced. Here, the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 is reduced by delaying the closing timing of the intake valve 21 after the intake bottom dead center. Note that fresh air introduced into the cylinder 18 can be reduced by controlling the opening degree of the throttle valve 36, for example, instead of controlling the closing timing of the intake valve 21. However, controlling the closing timing of the intake valve 21 is advantageous in reducing pump loss.

(エンジン負荷の変化に伴う内部EGRガス量の調整)
前述の通り、CAIモードにいては、エンジン負荷の高低に従って内部EGRガス量を変更する。ここで、本構成では、前述したように、吸気側のVVT72によって、VVL71をオンにした吸気弁21の開閉時期の位相を調整すると共に、排気側のVVT74によって、VVL73をオンにした排気弁22の開閉時期の位相を調整することで、内部EGRガス量の調整を行うため、例えば排気弁22の二度開きを行う従来構成において排気弁22の開閉時期の位相のみを調整する構成とは異なり、内部EGRガス量の調整に係る応答性が高くなるという利点がある。この点について、図9のタイムチャートを参照しながら説明をする。
(Adjustment of internal EGR gas amount accompanying changes in engine load)
As described above, in the CAI mode, the internal EGR gas amount is changed according to the engine load. Here, in this configuration, as described above, the phase of the opening / closing timing of the intake valve 21 in which the VVL 71 is turned on is adjusted by the VVT 72 on the intake side, and the exhaust valve 22 in which the VVL 73 is turned on by the VVT 74 on the exhaust side. In order to adjust the internal EGR gas amount by adjusting the phase of the opening / closing timing of the exhaust valve 22, for example, in the conventional configuration in which the exhaust valve 22 is opened twice, only the phase of the opening / closing timing of the exhaust valve 22 is adjusted. There is an advantage that the responsiveness related to the adjustment of the internal EGR gas amount becomes high. This point will be described with reference to the time chart of FIG.

図9の左側の各図は、排気弁22の二度開きを行う従来構成において、エンジン1の負荷が、図8に示すT〜Tの間の所定の当初負荷から、T〜Tの間の所定の目標負荷まで上昇するときの、(a)排気弁22の位相変更、(b)気筒18内のガス組成の変化、(c)燃料量の変化、及び(d)ポンプ損失の変化をそれぞれ示している。各図の横軸は時間である。排気弁22の二度開きを行う従来構成では、排気弁22の位相を、PexからPexまで進角側に変更することによって、内部EGRガス量が当初負荷時のrから目標負荷時のrまで、次第に少なくなる。排気弁22の位相の変更速度、つまり、図9(a)のタイムチャートにおける直線の傾きは、排気弁22のVVT74の駆動速度(言い換えると、ハードウエア限界)に対応する。 The figures of the left side of FIG. 9, in the conventional configuration in which the open-twice of the exhaust valve 22, the load of the engine 1 is, from a predetermined initial load between the T 1 through T 2 shown in FIG. 8, T 2 through T (A) phase change of the exhaust valve 22, (b) change in gas composition in the cylinder 18, (c) change in fuel amount, and (d) pump loss when rising to a predetermined target load between 3 Each change is shown. The horizontal axis of each figure is time. In the conventional configuration in which the exhaust valve 22 is opened twice, the internal EGR gas amount is changed from r 0 at the initial load to the target load by changing the phase of the exhaust valve 22 from Pex 0 to Pex 1 to the advance side. up of r 1, it becomes less and less. The speed of changing the phase of the exhaust valve 22, that is, the slope of the straight line in the time chart of FIG. 9A corresponds to the drive speed of the VVT 74 of the exhaust valve 22 (in other words, the hardware limit).

内部EGRガス量が少なくなるに従い、気筒18内の空気量は増える(同図(b)参照)。また、エンジン1の負荷の増大に伴い、燃料量も次第に増大する(同図(c)参照)。ポンプ損失は、排気弁22の位相が遅角側のPexに設定された状態では比較的高くなる一方、その状態から排気弁22の位相が進角するに従い、次第に低下する。そうして排気弁22の位相が所定の位相となった時点で、ポンプ損失は最低になり、排気弁22の位相がPexに向かってさらに進角するに従って、ポンプ損失は次第に増えるようになる(同図(d)参照)。 As the internal EGR gas amount decreases, the air amount in the cylinder 18 increases (see FIG. 5B). Further, as the load on the engine 1 increases, the amount of fuel gradually increases (see (c) in the figure). The pump loss is relatively high when the phase of the exhaust valve 22 is set to Pex 0 on the retard side, but gradually decreases as the phase of the exhaust valve 22 advances from that state. Thus, when the phase of the exhaust valve 22 reaches a predetermined phase, the pump loss becomes the lowest, and the pump loss gradually increases as the phase of the exhaust valve 22 further advances toward Pex 1. (See (d) in the figure).

図例では、エンジン1の負荷が目標に至る途中で、リーンから理論空燃比への切り替え負荷に到達することから、同図(c)に示すように、燃料量は、それまでのリーン空燃比に係る燃料量から、理論空燃比に係る燃料量へと切り替わる。燃料量の切り替え後も、排気弁22の開弁時期の変更は継続することで、同図(b)に示すように、内部EGRガス量は次第に減少する一方、外部EGRガスが気筒18内に導入される。   In the illustrated example, since the load of the engine 1 reaches the switching load from the lean to the stoichiometric air-fuel ratio in the middle of reaching the target, as shown in FIG. It switches from the fuel amount which concerns on this to the fuel amount which concerns on a theoretical air fuel ratio. Even after the fuel amount is changed, the change in the opening timing of the exhaust valve 22 is continued, so that the internal EGR gas amount gradually decreases while the external EGR gas enters the cylinder 18 as shown in FIG. be introduced.

そうして、時刻t1において、排気弁22の位相がPexに到達することにより、内部EGRガス量が、エンジン1の目標負荷に対応するrに到達することになる。このように、エンジン1の負荷を当初負荷から目標負荷にするためには、気筒18内に導入する内部EGRガス量を、当初のrから目標のrへと変更する必要があるが、排気弁22の二度開きを行う従来構成では、排気弁22の位相のみを変更して内部EGRガス量の調整を行うため、排気弁22の位相変更量が多く(Pex−Pex)、エンジン1の状態が、目標負荷に対応する状態にまで変化するために、時刻t0からt1までの比較的長い時間を要することになる。これは、例えば加速性能の低下を招く。 Thus, when the phase of the exhaust valve 22 reaches Pex 1 at time t 1 , the internal EGR gas amount reaches r 1 corresponding to the target load of the engine 1. Thus, in order to change the load of the engine 1 from the initial load to the target load, it is necessary to change the internal EGR gas amount introduced into the cylinder 18 from the initial r 0 to the target r 1 . In the conventional configuration in which the exhaust valve 22 is opened twice, only the phase of the exhaust valve 22 is changed and the internal EGR gas amount is adjusted, so that the phase change amount of the exhaust valve 22 is large (Pex 1 -Pex 0 ), Since the state of the engine 1 changes to a state corresponding to the target load, a relatively long time from time t0 to t1 is required. This leads to a decrease in acceleration performance, for example.

これに対し、本構成では、前述の通り、吸気弁21の位相と排気弁22の位相との双方を変更することで、気筒18内に導入する内部EGRガス量を調整する。図9の右図は、左図と同様に、エンジン1の負荷が、当初負荷から目標負荷まで上昇するときの、(e)排気弁22の位相変更、(f)吸気弁21の位相変更、(g)気筒18内のガス組成の変化、(h)燃料量の変化、及び(i)ポンプ損失の変化をそれぞれ示している。   In contrast, in this configuration, as described above, the amount of internal EGR gas introduced into the cylinder 18 is adjusted by changing both the phase of the intake valve 21 and the phase of the exhaust valve 22. The right diagram of FIG. 9, similar to the left diagram, shows (e) phase change of the exhaust valve 22 and (f) phase change of the intake valve 21 when the load of the engine 1 increases from the initial load to the target load. (G) Changes in the gas composition in the cylinder 18, (h) changes in the fuel amount, and (i) changes in the pump loss are shown.

前述の通り、本構成では、排気弁22の位相を、Pexから進角側に変更すると共に、吸気弁21の位相を、Pinから遅角側に変更することによって、内部EGRガス量が当初負荷時のrから次第に少なくなる。排気弁22の位相の変更速度は、排気弁22のVVT74の駆動速度(つまり、ハードウエア限界)に対応し、吸気弁21の位相の変更速度は、吸気弁21のVVT72の駆動速度(つまり、ハードウエア限界)に対応するため、排気弁22の位相の変更に関し、図9(e)のタイムチャートにおける直線の傾きは、同図(a)のタイムチャートにおける直線の傾きと同じである。また、吸気弁21の位相の変更についても、同図(f)のタイムチャートにおける直線の傾きは、正負は逆であるが、排気弁22の位相変更に係る直線の傾きと同じである。 As described above, in this configuration, the internal EGR gas amount is reduced by changing the phase of the exhaust valve 22 from Pex 0 to the advance side and changing the phase of the intake valve 21 from Pin 0 to the retard side. initially gradually become less from r 0 at the time of load. The phase change speed of the exhaust valve 22 corresponds to the drive speed of the VVT 74 of the exhaust valve 22 (that is, the hardware limit), and the phase change speed of the intake valve 21 is the drive speed of the VVT 72 of the intake valve 21 (that is, the hardware speed). 9 (e), the slope of the straight line in the time chart of FIG. 9 (e) is the same as the slope of the straight line in the time chart of FIG. 9 (a). In addition, regarding the change of the phase of the intake valve 21, the slope of the straight line in the time chart of FIG. 10F is the same as the slope of the straight line related to the phase change of the exhaust valve 22, although positive and negative are opposite.

このように、吸気側のVVT71及び排気側のVVT73のハードウエア限界は、従来と同じであっても、本構成では、吸気弁21と排気弁22との双方の位相を変更するため、気筒18内に導入される内部EGRガス量の変化速度は、排気弁22の位相のみを変更する従来構成よりも高まる。つまり、図9(g)に示すように、内部EGRガス量の時間に対する変化の傾きは、従来構成よりも急峻になる。   In this way, even if the hardware limits of the intake-side VVT 71 and the exhaust-side VVT 73 are the same as in the prior art, in this configuration, the phases of both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are changed. The rate of change of the amount of internal EGR gas introduced into the interior is higher than in the conventional configuration in which only the phase of the exhaust valve 22 is changed. That is, as shown in FIG. 9 (g), the slope of the change of the internal EGR gas amount with respect to time becomes steeper than in the conventional configuration.

排気弁22の位相変更量が、従来構成における変更量(Pex1−Pex)の約半分(Pex−Pex)となりかつ、吸気弁21の位相変更量が、排気弁22の位相変更量と同程度(Pin−Pin)となれば、内部EGRガス量は、当初負荷時のrから目標負荷に相当するrに変化する(時刻t2参照)。つまり、本構成では、目標負荷に変化する上で必要な排気弁22の位相変更量を、従来構成と比べて少なくする(具体的には、約半分)にすることが可能であるから、エンジン1の負荷を、目標負荷にまで変更するために必要な時間が、従来構成よりも短くなる(具体的には、おおよそ半分の時間になる)。こうして、従来構成と比較して、短い時間で目標の内部EGRガス量へと変更することが可能になる結果、エンジン1の負荷の変化に係る応答性が高まる。 Phase change amount of the exhaust valve 22, the change amount in the conventional configuration (Pe x1 -Pex 0) approximately half of (Pex 2 -Pex 0) becomes and, the phase change amount of the intake valve 21, the phase change amount of the exhaust valve 22 the same level if the (Pin 1 -Pin 0), the internal EGR gas amount is changed from r 0 at initial load r 1 corresponding to the target load (see time t2). In other words, in this configuration, the phase change amount of the exhaust valve 22 required for changing to the target load can be reduced (specifically, about half) compared to the conventional configuration. The time required to change the load of 1 to the target load is shorter than that of the conventional configuration (specifically, approximately half the time). Thus, as compared with the conventional configuration, the target internal EGR gas amount can be changed in a short time, and as a result, the responsiveness related to the change in the load of the engine 1 is enhanced.

尚、エンジン1の負荷が高負荷側から低負荷側へと低下するときには、前記とは逆になるが、この場合も、従来構成と比較して、短い時間で目標の内部EGRガス量へと変更することが可能であるから、エンジン1の負荷の変化に係る応答性が高まる。   When the load of the engine 1 decreases from the high load side to the low load side, the reverse is true. In this case, too, the target internal EGR gas amount can be achieved in a short time compared to the conventional configuration. Since it is possible to change, the responsiveness which concerns on the change of the load of the engine 1 increases.

ここで、本構成では、図9(g)に示すように、混合気の空燃比を、リーンから理論空燃比に切り替えた以降において、吸気弁21の開閉時期の位相を遅角することに伴い、気筒18内に導入される新気量が少なくなり得る(図8の一点鎖線も参照)。そのため、図9(h)に示すように、気筒18内に導入される新気量の減少に応じて理論空燃比を維持するように、燃料噴射量も少なめに設定されるようになる。   Here, in this configuration, as shown in FIG. 9G, the phase of the opening / closing timing of the intake valve 21 is retarded after the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is switched from lean to the stoichiometric air-fuel ratio. The amount of fresh air introduced into the cylinder 18 can be reduced (see also the one-dot chain line in FIG. 8). Therefore, as shown in FIG. 9 (h), the fuel injection amount is set to be small so that the stoichiometric air-fuel ratio is maintained in accordance with a decrease in the amount of fresh air introduced into the cylinder 18.

また、ポンプ損失に関し、本構成では、内部EGRガス量が多い状態(時刻t0)では、図3(c)に実線で例示するように、排気行程及び吸気行程のそれぞれで、吸気弁21及び/又は排気弁22の開弁量を比較的大きく維持することが可能であるから、従来構成と比較してポンプ損失は低くなると共に、吸気弁21及び排気弁22の位相変更が完了した時刻t2以降では、ポンプ損失が増大することを回避可能になる(図9(i)参照)。こうして本構成では、エンジン1の負荷が当初負荷から目標負荷まで変化するときの全体として、従来構成よりもポンプ損失を低減することが可能になる。   Regarding the pump loss, in this configuration, when the amount of internal EGR gas is large (time t0), as illustrated by the solid line in FIG. 3C, the intake valve 21 and / Alternatively, since the valve opening amount of the exhaust valve 22 can be maintained relatively large, the pump loss is reduced as compared with the conventional configuration, and after the time t2 when the phase change of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 is completed. Then, it becomes possible to avoid an increase in pump loss (see FIG. 9 (i)). Thus, in this configuration, the pump loss can be reduced as compared with the conventional configuration as a whole when the load of the engine 1 changes from the initial load to the target load.

尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば図7に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。   The technique disclosed here is not limited to application to the engine configuration described above. For example, the operation control map shown in FIG. 7 is an exemplification, and various other maps can be provided.

また、排気通路には三元触媒のみを備えたが、NOx浄化触媒を備えて、空気過剰率λが2.4よりも小さく1.0よりも大きい、A/FがLeanの運転を可能にしてもよい。   In addition, the exhaust passage is provided with only a three-way catalyst, but it is provided with a NOx purification catalyst, so that the excess air ratio λ is smaller than 2.4 and larger than 1.0, and A / F can be operated with Lean. May be.

さらに、ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。幾何学的圧縮比を下げて、大量の内部EGRガスを導入するようなディーゼルエンジンにおいては、前述したように、内部EGRガス量の最大量を多くすると共に、内部EGRガス量の変化の応答性を高めることは有益である。ディーゼルエンジンにおいては、幾何学的圧縮比を、例えば12以上に設定してもよい。   Furthermore, the technology disclosed herein can be applied to a diesel engine. In a diesel engine in which a large amount of internal EGR gas is introduced with a reduced geometric compression ratio, as described above, the maximum amount of internal EGR gas is increased, and the response of changes in internal EGR gas amount is increased. It is beneficial to increase In a diesel engine, the geometric compression ratio may be set to 12 or more, for example.

1 エンジン(エンジン本体)
14 ピストン
16 吸気ポート
17 排気ポート
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
71 VVL(吸気弁駆動機構)
72 VVT(吸気弁駆動機構)
73 VVL(排気弁駆動機構)
74 VVT(排気弁駆動機構)
212 (吸気側の)リフトカーブ
213 (吸気側の)リフト棚部
222 (排気側の)リフトカーブ
223 (排気側の)リフト棚部
1 Engine (Engine body)
14 Piston 16 Intake port 17 Exhaust port 18 Cylinder 21 Intake valve 22 Exhaust valve 71 VVL (Intake valve drive mechanism)
72 VVT (Intake valve drive mechanism)
73 VVL (exhaust valve drive mechanism)
74 VVT (exhaust valve drive mechanism)
212 Lift curve 213 (intake side) Lift shelf 222 (intake side) Lift curve 223 (Exhaust side) lift shelf 213

Claims (6)

気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内に嵌挿されかつ、当該気筒内を往復動するよう構成されたピストンと、
前記気筒内にガスを吸入する吸気ポートを開閉するよう構成された吸気弁と、
前記気筒内からガスを排出する排気ポートを開閉するよう構成された排気弁と、
前記吸気弁を開閉駆動するように構成された吸気弁駆動機構と、
前記排気弁を開閉駆動するように構成された排気弁駆動機構と、を備え、
前記吸気弁駆動機構は、吸気行程中にピークを有するリフトカーブの開弁側に、当該ピークよりも低いリフト量で前記吸気弁の開弁状態がクランク角の進行に対して維持されるリフト棚部を有するように、前記吸気弁を開弁し、
前記排気弁駆動機構は、排気行程中にピークを有するリフトカーブの閉弁側に、当該ピークよりも低いリフト量で前記排気弁の開弁状態がクランク角の進行に対して維持されるリフト棚部を有するように、前記排気弁を開弁し、
前記吸気弁駆動機構及び前記排気弁駆動機構はそれぞれ、前記吸気弁の開閉時期及び前記排気弁の開閉時期を変更することによって、内部EGRガス量の調整を行うと共に、前記吸気弁の開時期を最も進角しかつ、前記排気弁の閉時期を最も遅角したときに、前記吸気弁のリフト棚部及び前記排気弁のリフト棚部が共に、前記ピストンの上死点に位置するように構成されている往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
An engine body having a cylinder;
A piston fitted into the cylinder and configured to reciprocate within the cylinder;
An intake valve configured to open and close an intake port for sucking gas into the cylinder;
An exhaust valve configured to open and close an exhaust port for exhausting gas from within the cylinder;
An intake valve drive mechanism configured to open and close the intake valve;
An exhaust valve drive mechanism configured to open and close the exhaust valve,
The intake valve drive mechanism has a lift shelf on a valve opening side of a lift curve having a peak during an intake stroke, and a valve opening state of the intake valve is maintained with respect to a crank angle with a lift amount lower than the peak. Opening the intake valve to have a portion,
The exhaust valve drive mechanism has a lift shelf on a valve closing side of a lift curve having a peak during an exhaust stroke, in which the valve opening state of the exhaust valve is maintained with respect to the crank angle with a lift amount lower than the peak. Opening the exhaust valve to have a portion,
The intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism adjust the internal EGR gas amount by changing the opening / closing timing of the intake valve and the opening / closing timing of the exhaust valve, respectively, and adjust the opening timing of the intake valve. The intake valve lift shelf and the exhaust valve lift shelf are both positioned at the top dead center of the piston when the valve is advanced most and the exhaust valve closing time is retarded most. A reciprocating valve engine control device for a reciprocating piston engine.
請求項1に記載の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置において、
前記吸気弁駆動機構及び前記排気弁駆動機構はそれぞれ、前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあって前記気筒内の混合気を自着火燃焼するときに、前記吸気弁の開時期を最も進角しかつ、前記排気弁の閉時期を最も遅角することで、前記内部EGRガス量が最大となるようにする往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
In the valve operating control device of the reciprocating piston engine according to claim 1,
Each of the intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism controls the opening timing of the intake valve when the operating state of the engine body is in a predetermined low load region and the air-fuel mixture in the cylinder self-ignites and burns. A valve operating control device for a reciprocating piston engine that makes the internal EGR gas amount maximum by advancing the most and delaying the closing timing of the exhaust valve the most.
請求項1又は2に記載の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置において、
前記吸気弁駆動機構は、前記吸気弁の閉時期が下死点前30°〜下死点後70°CAの範囲となるように、前記吸気弁の開閉時期を調整する往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
In the valve operating control device of the reciprocating piston engine according to claim 1 or 2,
The intake valve drive mechanism operates a reciprocating piston engine that adjusts the opening / closing timing of the intake valve so that the closing timing of the intake valve is in a range of 30 ° before bottom dead center to 70 ° CA after bottom dead center. Valve control device.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置において、
前記排気弁駆動機構は、前記排気弁の開時期が下死点前70°〜下死点後30°CAの範囲となるように、前記排気弁の開閉時期を調整する往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
In the valve operating control apparatus of the reciprocating piston engine of any one of Claims 1-3,
The exhaust valve drive mechanism operates a reciprocating piston engine that adjusts the opening / closing timing of the exhaust valve so that the opening timing of the exhaust valve is in the range of 70 ° before bottom dead center to 30 ° CA after bottom dead center. Valve control device.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置において、
前記吸気弁の開時期は、最も進角側にしたときに、上死点前100°〜40°CAの範囲で設定される往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
In the valve operating control apparatus of the reciprocating piston engine of any one of Claims 1-4,
A valve operating control device for a reciprocating piston engine, wherein the opening timing of the intake valve is set in a range of 100 ° to 40 ° CA before top dead center when the intake valve is most advanced.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジンの動弁制御装置において、
前記排気弁の閉時期は、最も遅角側にしたときに、上死点後40°〜100°CAの範囲で設定される往復動ピストンエンジンの動弁制御装置。
In the valve operating control apparatus of the reciprocating piston engine of any one of Claims 1-5,
A valve operating control device for a reciprocating piston engine, wherein the closing timing of the exhaust valve is set within a range of 40 ° to 100 ° CA after top dead center when the timing is most retarded.
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