JP2017160796A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気弁に可変動弁機構を適用したエンジンにおいて、排気のコントロールを適切に行いつつ、可変動弁機構による損失を低減する。
【解決手段】エンジンの制御装置は、排気弁２２ａ、２２ｂと、排気弁２２ａの開閉時期を変化させて動作させる排気側可変動弁機構７２と、一定の開閉時期及びリフト量積分値にて排気弁２２ｂを動作させるメカニカル動弁機構７３と、排気弁２２ａの開閉時期を変化させるように排気側可変動弁機構７２を制御するＰＣＭ１０と、を有し、排気側可変動弁機構７２は、排気弁２２ａを排気行程に加えて吸気行程においても開弁できるよう構成され、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合に、排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させるように排気側可変動弁機構７２を制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒を備えるエンジンの制御装置に関する。

従来から、気筒に設けられた排気弁や吸気弁の開閉時期及び／又はリフト量を変化させる可変動弁機構（換言すると可変バルブ機構）が知られている。例えば、特許文献１には、排気弁の開閉時期を変化させる可変動弁機構を備えるエンジンシステムに関して、エンジン回転数が低いほど、可変動弁機構によって排気弁の開弁時期を遅角させることで、低回転時において排気通路へ供給した空気が筒内へ逆流することを抑制する技術が記載されている。

特開２０１０−１８５３０１号公報

ところで、上記のような可変動弁機構を適用した場合、可変動弁機構を駆動するときに何らかの損失が生じる。例えば、油圧を利用する可変動弁機構では、油圧制御による損失が生じる。また、電磁弁（ソレノイドバルブ）や電動弁などを利用する可変動弁機構では、可変動弁機構を駆動するときに電力を消費するため、電気的な損失が生じる。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、排気弁に可変動弁機構を適用したエンジンにおいて、排気のコントロールを適切に行いつつ、可変動弁機構による損失を低減することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒を備えるエンジンの制御装置であって、第１排気弁及び第２排気弁を備える排気弁と、第１排気弁の開閉時期を変化させて、第１排気弁を動作させる可変動弁機構と、第２排気弁を排気行程において一定の開閉時期及びクランク角に応じた一定のリフト量の変化形態にて動作させるメカニカル動弁機構と、第１排気弁の開閉時期を変化させるように可変動弁機構を制御する制御手段と、を有し、エンジンでは、エンジン運転状態が低負荷側の所定領域内にある場合、燃料を含む混合気が圧縮自己着火され、エンジン運転状態が所定領域外にある場合、燃料を含む混合気が強制点火され、可変動弁機構は、第１排気弁を排気行程に加えて吸気行程においても開弁できるように構成され、制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、燃料を含む混合気を強制点火させる場合には、排気行程中に第１排気弁を閉弁させると共に、吸気行程中にも第１排気弁を閉弁させるように、可変動弁機構を制御する、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、一方の第１排気弁に対して可変動弁機構を適用すると共に、他方の第２排気弁に対してメカニカル動弁機構を適用し、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、燃料を含む混合気を強制点火させる場合に、可変動弁機構により排気行程及び吸気行程に渡って２回開弁できるように構成された第１排気弁を、排気行程中に閉弁させるのに加えて吸気行程中にも閉弁させるように可変動弁機構を制御する。これにより、排気量が少ない低回転時において、メカニカル動弁機構によって第２排気弁のみを排気行程中に開弁させて排気を排出することで、排気の排出性能（換言すると排気の制御性）を確保しつつ、排気行程及び吸気行程中に第１排気弁を閉弁させることで、第１排気弁を開弁させるよう可変動弁機構を動作させた場合に発生する損失（例えば電気的な損失など）を効果的に低減することができる。

本発明において、好ましくは、制御手段は、エンジン回転数が所定回転数よりも高い場合において、燃料を含む混合気を強制点火させる場合には、排気行程中に第１排気弁を開弁させ、且つ吸気行程中に第１排気弁を閉弁させる。
このように構成された本発明によれば、排気量が比較的多い高回転時に、排気行程中に第１排気弁を開弁させて、排気の排出性能を適切に確保することができる。

本発明において、好ましくは、可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより第１排気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有し、制御手段は、カムが圧力室内の油圧を上昇させるよう動作しているときに、油圧バルブの開閉を切り替える制御を行って、圧力室内の油圧を第１排気弁に作用させて第１排気弁を開弁させ、油圧バルブの開閉を切り替えるタイミングを制御して、第１排気弁の開閉時期を変化させる。
このように構成された本発明によれば、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムを用いて圧力室内のエンジンオイルの油圧を変化させ、油圧バルブの制御によって圧力室内の油圧を第１排気弁に作用させて、第１排気弁を開弁させるよう構成された可変動弁機構を適用するので、簡易な構成にて第１排気弁の開閉時期を変化させることが可能となる。また、このような可変動弁機構においては駆動時に油圧制御による損失が生じるが、上記したように第１排気弁を排気行程中に閉弁させることで、油圧制御による損失を適切に低減することができる。

本発明のエンジンの制御装置によれば、排気弁に可変動弁機構を適用したエンジンにおいて、排気のコントロールを適切に行いつつ、可変動弁機構による損失を低減することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの１つの気筒を下方から見た概略平面図である。 本発明の実施形態によるエンジンにおける一方の排気弁に適用される排気側可変動弁機構の概略側面図である。 本発明の実施形態によるエンジンにおける他方の排気弁に適用されるメカニカル動弁機構の概略側面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における排気側可変動弁機構による排気弁の基本動作についての説明図である。 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。 本発明の実施形態において、エンジン回転数が所定回転数以下で且つＣＩ運転を実行する場合に行われる制御内容についての説明図である。 本発明の実施形態において、エンジン回転数が所定回転数以下で且つＳＩ運転を実行する場合に行われる制御内容についての説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

［エンジンの構成］
まず、図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの１つの気筒を下方から見た概略平面図であり、図３は、本発明の実施形態によるエンジンにおける一方の排気弁に適用される排気側可変動弁機構の概略側面図（部分的に断面図を示している）であり、図４は、本発明の実施形態によるエンジンにおける他方の排気弁に適用されるメカニカル動弁機構の概略側面図であり、図５は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。

図１に示すように、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（なお、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の頂面には、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１９を画定する。なお、燃焼室１９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の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火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。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

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１９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。具体的には、図２に示すように、気筒１８毎に、２つの吸気ポート１６が形成され、これら吸気ポート１６のそれぞれに吸気弁２１（２１ａ、２１ｂ）が配設されると共に、２つの排気ポート１７が形成され、これら排気ポート１７のそれぞれに排気弁２２（２２ａ、２２ｂ）が配設される。

排気弁２２においては、一方の排気弁２２ａに排気側可変動弁機構７２が取り付けられており（図３、図５参照）、この排気側可変動弁機構７２は、少なくとも排気弁２２ａの開閉時期を変化させて、排気弁２２ａを動作させる。また、他方の排気弁２２ｂには、メカニカル動弁機構７３が取り付けられており（図４参照）、このメカニカル動弁機構７３は、排気弁２２ｂを一定の開閉時期及びクランク角に応じた一定のリフト量の変化形態にて動作させる。他方で、吸気弁２１ａ、２１ｂの一方又は両方には、吸気側可変動弁機構７１が取り付けられており（図５参照）、この吸気側可変動弁機構７１は、吸気弁２１ａ、２１ｂの一方又は両方の開閉時期及び／又はリフト量を変化させる。なお、吸気弁２１ａ、２１ｂの一方にのみ吸気側可変動弁機構７１を適用した場合には、吸気弁２１ａ、２１ｂの他方には例えばメカニカル動弁機構などを適用すればよい。

図３に示すように、排気弁２２ａに適用される排気側可変動弁機構７２は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路７２ａと、オイル供給路７２ａ上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ７２ｂ（油圧バルブに相当する）と、オイル供給路７２ａからソレノイドバルブ７２ｂを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室７２ｃと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７２ｂが開弁しているときに、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとが流体連通されて、オイル供給路７２ａから圧力室７２ｃへとエンジンオイルが供給される（図３中の矢印Ａ１１参照）。ソレノイドバルブ７２ｂは、通電されていない状態では開弁しており、通電されると閉弁する。より詳しくは、ソレノイドバルブ７２ｂは、通電され続けることにより、閉弁状態が維持される。なお、ソレノイドバルブ７２ｂの上流側のオイル供給路７２ａ上には、図示しない逆止弁などが設けられている。

また、排気側可変動弁機構７２は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト１５の回転が伝達される排気カムシャフト２３上に設けられたカム７２ｄと、カム７２ｄから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア７２ｅと、圧力室７２ｃに連結されており、ローラーフィンガーフォロア７２ｅによって動作されて、圧力室７２ｃ内のエンジンオイルの圧力（油圧）を上昇させるポンプユニット７２ｆと、を有する。加えて、排気側可変動弁機構７２は、ソレノイドバルブ７２ｂを介して圧力室７２ｃに連結され、圧力室７２ｃ内の油圧によって排気弁２２ａを開弁させるように動作するブレーキユニット７２ｇと、ブレーキユニット７２ｇが動作していないときに排気弁２２ａの閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング７２ｈと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ７２ｂが閉弁しているときに、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとの流体連通が遮断されて、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとが流体連通されることで、圧力室７２ｃ内の油圧がブレーキユニット７２ｇに作用する（図３中の矢印Ａ１２参照）。

排気側可変動弁機構７２が排気弁２２ａを開弁させる動作について具体的に説明する。カム７２ｄが排気カムシャフト２３と同期して回転している最中において、カム７２ｄに形成されたカム山（換言するとカムロブ）がローラーフィンガーフォロア７２ｅに接触すると、このカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅを押し込む。これにより、ローラーフィンガーフォロア７２ｅがポンプユニット７２ｆを付勢して、ポンプユニット７２ｆが圧力室７２ｃ内のエンジンオイルを圧縮するよう動作する。このときに、ソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとの流体連通が遮断されて、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとが流体連通されることで、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとによってほぼ密閉空間が形成されて、この空間内のエンジンオイルの油圧がポンプユニット７２ｆの動作によって上昇する。そして、上昇された油圧によってブレーキユニット７２ｇが動作して排気弁２２ａを付勢することで、排気弁２２ａがリフトする、つまり排気弁２２ａが開弁する。他方で、上記のような状況においてソレノイドバルブ７２ｂを開状態に維持した場合には、オイル供給路７２ａと圧力室７２ｃとが流体連通しているので、ポンプユニット７２ｆの動作によって圧力室７２ｃ内のエンジンオイルがオイル供給路７２ａへと押し出される（当然、ソレノイドバルブ７２ｂが閉弁しているときには、圧力室７２ｃとブレーキユニット７２ｇとの流体連通が遮断されているため、圧力室７２ｃ内の油圧はブレーキユニット７２ｇに作用しない）。

基本的には、カム７２ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用してポンプユニット７２ｆを押す方向に力が作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると（カム７２ｄに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ７２ｂを閉弁すると）、排気弁２２ａを開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ７２ｂを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、排気弁２２ａの開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、排気行程において排気弁２２ａを開弁できるように、カム７２ｄ上の所定位置にカム山が形成されていると共に、排気行程に加えて吸気行程においても排気弁２２ａを開弁できるように、つまり排気の二度開きが行えるように、別のカム山がカム７２ｄ上の所定位置に形成されている。本実施形態では、このような２つのカム山のそれぞれがローラーフィンガーフォロア７２ｅに作用している間に、ソレノイドバルブ７２ｂの開閉を切り替える制御を行って、排気弁２２ａの開閉時期を変化させるようにする。

ここで、図６を参照して、上記のように構成された排気側可変動弁機構７２による排気弁２２ａの基本動作の一例について説明する。図６は、横軸にクランク角を示し、縦軸に弁のリフト量を示している。具体的には、実線のグラフＧ１１は、クランク角に応じた排気弁２２ａの動作を示し、破線のグラフＧ１２は、クランク角に応じた吸気弁２１の動作を参考のために示している。グラフＧ１１に示すように、排気側可変動弁機構７２は、排気行程中に排気弁２２ａを開弁させると共に、吸気行程中にも排気弁２２ａを開弁させるように構成されている、つまり排気行程及び吸気行程に渡って排気弁２２ａを２回開弁して排気の二度開きを行えるように構成されている。

他方で、図４に示すように、メカニカル動弁機構７３は、排気カムシャフト２３上に設けられたカム７３ａと、カム７３ａから伝達された力により揺動し、排気弁２２ｂをリフトさせるように動作するロッカーアーム７３ｂと、ロッカーアーム７３ｂが排気弁２２ｂをリフトさせるように動作していないときに排気弁２２ｂの閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング７３ｃと、を有する。このようなメカニカル動弁機構７３は、排気カムシャフト２３を介してクランクシャフト１５の回転に同期して動作し、一定の開閉時期及びクランク角に応じた一定のリフト量の変化形態（つまり一定のリフト量積分値）にて排気弁２２ｂを動作させる。具体的には、メカニカル動弁機構７３は、排気行程にのみ排気弁２２ｂを開弁させるように動作する。換言すると、メカニカル動弁機構７３においては、排気行程にのみ排気弁２２ｂが開弁するように、カム７３ａ上の所定位置に１つのカム山が形成されている。
なお、図４に示したようにメカニカル動弁機構７３を構成することに限定はされず、これ以外にも種々の構成をメカニカル動弁機構７３に適用可能である。

図１を再度参照すると、シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）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１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９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１９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１９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１９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、ピストン頂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。なお、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。

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。なお、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。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火（具体的には火花点火）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。

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１９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。

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、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６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。

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。

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が配設されている。

エンジン１は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール（以下では「ＰＣＭ」と呼ぶ。）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。

ＰＣＭ１０には、図１及び図５に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、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の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、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Ｏ₂センサＳＷ９の検出信号と、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Ｏ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、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の検出信号と、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の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、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の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジン１の油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。

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、（直噴）インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気側可変動弁機構７１、排気側可変動弁機構７２、燃料供給システム６２、及び、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１）のアクチュエータに対して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。特に、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、排気側可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂに対して制御信号を出力して（詳しくはソレノイドバルブ７２ｂに対して電圧又は電流を供給する）、ソレノイドバルブ７２ｂの開閉を切り替えることで、排気弁２２ａの開閉時期を変化させる制御を実行する。

［運転領域］
次に、図７を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域について説明する。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ある第１の運転領域Ｒ１１では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼を行う。基本的には、圧縮着火燃焼を行う場合には、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入するための制御を行って、気筒１８内の圧縮端温度を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。

しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、上記の圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする（失火などが発生する傾向にある）。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ある第２の運転領域Ｒ１２では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）を行うようにする。このように、本実施形態によるエンジン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、圧縮着火燃焼による運転を実行するＣＩ（Compression Ignition）運転と、火花点火燃焼による運転を実行するＳＩ（Spark Ignition）運転とを切り替えるように構成されている。

［排気弁の動作］
次に、本発明の実施形態による排気弁２２の動作について具体的に説明する。

本実施形態では、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数以下である低回転時に、排気側可変動弁機構７２により排気行程及び吸気行程に渡って２回開弁できるように構成された排気弁２２ａを、排気行程中に閉弁させるように排気側可変動弁機構７２を制御する。エンジン１の低回転時には、気筒１８において発生する排気量が少ないため、排気側可変動弁機構７２が適用された排気弁２２ａを排気行程中に開弁させなくても、メカニカル動弁機構７３が適用された排気弁２２ｂのみを排気行程中に開弁させることで、気筒１８から排気を十分に排出することができる。したがって、本実施形態では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の低回転時には、排気弁２２ａを排気行程中に閉弁させるように排気側可変動弁機構７２を制御することで、排気行程中に排気弁２２ａを開弁させるように排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を低減するようにする。具体的には、排気側可変動弁機構７２における油圧制御による損失、及び、排気側可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを閉弁させるための電力に応じた電気的な損失を低減するようにする。

なお、上記のような排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させる制御は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合に行われるが、この所定回転数は、例えば、メカニカル動弁機構７３が適用された排気弁２２ｂのみを開弁させることで十分に排気を行うことが可能な排気量が生じるエンジン回転数に基づき設定される。

次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施形態による排気弁２２の制御について具体的に説明する。

図８は、本発明の実施形態において、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、燃料を含む混合気を圧縮自己着火させる場合（つまりＣＩ運転を実行する場合）に行われる制御内容を説明するための図を示している。図８の上には、排気側可変動弁機構７２が適用された排気弁２２ａのクランク角に応じたリフト量の変化（リフトカーブ）を示している。具体的には、実線のグラフＧ２１は、エンジン回転数が所定回転数以下で且つＣＩ運転を実行する場合に適用される排気弁２２ａのリフトカーブを示している。他方で、破線のグラフＧ１１は、図６に示したものと同様のものであり、排気行程及び吸気行程に渡って排気弁２２ａを２回開弁させた場合（つまり排気の二度開きを行った場合）のリフトカーブを示している。このグラフＧ１１は、グラフＧ２１との比較のために図８に重ねて示している。また、図８の下には、メカニカル動弁機構７３が適用された排気弁２２ｂのリフトカーブを示している（グラフＧ２２参照）。グラフＧ２２に示すように、排気弁２２ｂはメカニカル動弁機構７３によって排気行程にのみ開弁される。

本実施形態では、グラフＧ２１に示すように、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、ＣＩ運転を実行する場合、つまりエンジン運転状態が低負荷側の第１の運転領域Ｒ１１にある場合に（図７参照）、排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させるが、吸気行程中には排気弁２２ａを開弁させるように、排気側可変動弁機構７２を制御する。こうすることで、排気行程中には、排気弁２２ａを開弁させるよう排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を低減するようにし、吸気行程中には、排気弁２２ａを介して相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入して、気筒１８内の圧縮端温度を高めて圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。上述したように、排気弁２２ａを開弁させる場合、その開弁期間中、排気側可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを閉弁状態に維持するために通電させ続ける必要があるが、基本的には、排気弁２２ａを開弁させる吸気行程中の一部分の期間は排気弁２２ａを閉弁させる排気行程全体の期間よりも短いので、ソレノイドバルブ７２ｂへの通電時間を短くすることができ、ソレノイドバルブ７２ｂによる電気的な損失を十分低減することができる。

なお、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数よりも高い場合において、ＣＩ運転を実行する場合には、グラフＧ１１に示すように、排気行程中に排気弁２２ａを開弁させると共に吸気行程中にも排気弁２２ａを開弁させるように、つまり排気行程及び吸気行程に渡って排気弁２２ａを２回開弁して排気の二度開きを行うように、排気側可変動弁機構７２を制御する。

図９は、本発明の実施形態において、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、燃料を含む混合気を火花点火させる場合（つまりＳＩ運転を実行する場合）に行われる制御内容を説明するための図を示している。図９の上には、排気側可変動弁機構７２が適用された排気弁２２ａのクランク角に応じたリフト量の変化（リフトカーブ）を示している。具体的には、実線のグラフＧ３は、エンジン回転数が所定回転数以下で且つＳＩ運転を実行する場合に適用される排気弁２２ａのリフトカーブを示している。他方で、破線のグラフＧ１１は、図６及び図８に示したものと同様のものであり、グラフＧ３との比較のために図９に重ねて示している。また、図９の下には、メカニカル動弁機構７３が適用された排気弁２２ｂのリフトカーブを示している（グラフＧ２２参照）。

本実施形態では、グラフＧ３に示すように、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、ＳＩ運転を実行する場合、つまりエンジン運転状態が高負荷側の第２の運転領域Ｒ１２にある場合に（図７参照）、排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させると共に、吸気行程中にも排気弁２２ａを閉弁させるように、排気側可変動弁機構７２を制御する。つまり、ＰＣＭ１０は、燃焼サイクルの全体に渡って、排気弁２２ａを閉弁させ続けるように排気側可変動弁機構７２を制御する。ＳＩ運転を実行する場合には、上記したＣＩ運転を実行する場合と異なり、内部ＥＧＲガスを再導入しないので、排気行程中に加えて吸気行程中にも排気弁２２ａを閉弁させる。こうすることで、排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を抑制するようにする。

なお、ＰＣＭ１０は、エンジン回転数が所定回転数よりも高い場合において、ＳＩ運転を実行する場合には、図９のグラフＧ４に示すように、排気行程中にのみ排気弁２２ａを開弁させ、吸気行程中には排気弁２２ａを閉弁させるように、排気側可変動弁機構７２を制御する。

［作用効果］
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態では、一方の排気弁２２ａ（第１排気弁）に対して排気側可変動弁機構７２を適用すると共に、他方の排気弁２２ｂ（第２排気弁）に対してメカニカル動弁機構７３を適用し、エンジン回転数が所定回転数以下である場合に、排気側可変動弁機構７２により排気行程及び吸気行程に渡って２回開弁できるように構成された排気弁２２ａを、排気行程中には閉弁させるように排気側可変動弁機構７２を制御する。これにより、排気量が少ない低回転時において、メカニカル動弁機構７３によって排気弁２２ｂのみを排気行程中に開弁させて排気を排出することで、排気の排出性能を確保しつつ、排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させるように排気側可変動弁機構７２を制御することで、排気行程中に排気弁２２ａを開弁させるよう排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を低減することができる。具体的には、排気側可変動弁機構７２における油圧制御による損失、及び、排気側可変動弁機構７２のソレノイドバルブ７２ｂを閉弁させるための電力に応じた電気的な損失を適切に低減することができる。

また、本実施形態では、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、ＣＩ運転を実行する場合には、排気行程中に排気弁２２ａを閉弁させるが、吸気行程中には排気弁２２ａを開弁させるので、排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を適切に低減しつつ、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に適切に再導入して、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を確保することができる。

また、本実施形態では、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、ＳＩ運転を実行する場合には、排気行程中及び吸気行程中の両方において排気弁２２ａを閉弁させるので、排気側可変動弁機構７２を動作させた場合に発生する損失を確実に抑制することができる。

［変形例］
上記した実施形態では、本発明をＣＩ運転とＳＩ運転とを切り替えて運転するガソリンエンジンに対して適用した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明は、通常のガソリンエンジン（つまりＳＩ運転のみを実行するエンジン）や、ディーゼルエンジンにも適用可能である。

また、上記した実施形態では、点火プラグ２５を用いた火花点火運転（ＳＩ運転）を、強制点火運転の一例として示したが、本発明は、そのような火花点火運転だけでなく、レーザ点火プラグによる強制点火運転にも適用可能である。

また、本発明は、図３に示したような構成を有する排気側可変動弁機構７２への適用に限定はされず、種々の構成を有する排気側可変動弁機構に適用可能である。例えば、油圧を利用せずに排気弁２２を制御するような排気側可変動弁機構にも適用可能である。

１ エンジン
１０ ＰＣＭ
１８ 気筒
２１（２１ａ、２１ｂ） 吸気弁
２２（２２ａ、２２ｂ） 排気弁
２５ 点火プラグ
６７ インジェクタ
７１ 吸気側可変動弁機構
７２ 排気側可変動弁機構
７２ｂ ソレノイドバルブ
７２ｃ 圧力室
７２ｄ カム
７３ メカニカル動弁機構

Claims (3)

1. 吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒を備えるエンジンの制御装置であって、
   第１排気弁及び第２排気弁を備える排気弁と、
   上記第１排気弁の開閉時期を変化させて、上記第１排気弁を動作させる可変動弁機構と、
   上記第２排気弁を排気行程において一定の開閉時期及びクランク角に応じた一定のリフト量の変化形態にて動作させるメカニカル動弁機構と、
   上記第１排気弁の開閉時期を変化させるように上記可変動弁機構を制御する制御手段と、
   を有し、
   上記エンジンでは、エンジン運転状態が低負荷側の所定領域内にある場合、燃料を含む混合気が圧縮自己着火され、エンジン運転状態が上記所定領域外にある場合、燃料を含む混合気が強制点火され、
   上記可変動弁機構は、上記第１排気弁を排気行程に加えて吸気行程においても開弁できるように構成され、
   上記制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以下である場合において、燃料を含む混合気を強制点火させる場合には、排気行程中に上記第１排気弁を閉弁させると共に、吸気行程中にも上記第１排気弁を閉弁させるように、上記可変動弁機構を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記制御手段は、エンジン回転数が上記所定回転数よりも高い場合において、燃料を含む混合気を強制点火させる場合には、排気行程中に上記第１排気弁を開弁させ、且つ吸気行程中に上記第１排気弁を閉弁させる、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記可変動弁機構は、
   クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、
   内部にエンジンオイルが充填され、上記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、
   上記圧力室に接続されており、開閉することにより上記第１排気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、
   を有し、
   上記制御手段は、上記カムが上記圧力室内の油圧を上昇させるよう動作しているときに、上記油圧バルブの開閉を切り替える制御を行って、上記圧力室内の油圧を上記第１排気弁に作用させて上記第１排気弁を開弁させ、上記油圧バルブの開閉を切り替えるタイミングを制御して、上記第１排気弁の開閉時期を変化させる、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

Images