JP2020037906A - ミラーサイクルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】作用角固定型の可変動弁機構を用いて早閉じミラーサイクル運転モードを行うミラーサイクルエンジンにおいて、バルブリセスの拡大を必要とせずにデコンプモードを実現できるようにする。【解決手段】ミラーサイクルエンジンである内燃機関１０は、吸気弁３６の作用角を固定としつつ当該吸気弁３６の開閉時期を可変とする可変動弁機構３８と、早閉じミラーサイクル運転モードを実行する制御装置５０とを備える。制御装置５０は、エンジン始動時に、吸気弁３６が吸気下死点よりも遅く閉じるように可変動弁機構３８を制御するデコンプモードを実行し、かつ、その終了後に早閉じミラーサイクル運転モードを実行する。デコンプモードにおいて用いられる吸気下死点に対する吸気弁３６の遅閉じ量Ｄは、可変動弁機構３８によって閉じ時期ＩＶＣを最も早めた時の吸気下死点に対する吸気弁３６の早閉じ量ＭＡＸよりも大きい。【選択図】図６

Description

この発明は、ミラーサイクルエンジンに関し、より詳細には、吸気弁の作用角を固定としつつ当該吸気弁の開閉時期を可変とする可変動弁機構を用いて早閉じミラーサイクル運転モードを行うミラーサイクルエンジンに関する。

例えば、特許文献１には、吸気弁の作用角（開弁期間）及びリフト量の可変機能とリフトの中心角の可変機能とを有する可変動弁機構（以下、単に「作用角可変型の機構」とも称する）を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関の運転中には、可変動弁機構を用いて吸気弁を吸気下死点よりも早く閉じることによる早閉じミラーサイクル運転モードが行われる。そして、エンジン始動時には、デコンプレッション作用を得るために、吸気弁の閉じ時期が吸気下死点よりも大幅に進角される。作用角可変型の機構を使用することで、開き時期を所望の時期に調整しつつ閉じ時期を進角できる。

特開２００２−０６１５２２号公報

動弁系の低コスト化を図りつつ早閉じミラーサイクル運転モードを行うために、吸気弁の作用角を固定としつつ当該吸気弁の開閉時期を可変とする可変動弁機構（単に「作用角固定型の機構」とも称する）を用いることが考えられる。このような作用角固定型の機構を用いてデコンプモードの実行のために閉じ時期を進角させると、それに伴って開き時期も進角されてしまう。その結果、排気上死点付近のバルブリフト量が大きくなるので、ピストンスタンプを避けるためにはピストンのバルブリセスを深くすることが必要になる。しかしながら、バルブリセスの拡大は、例えば、筒内ガスの乱れの減少に起因する燃焼悪化を招く恐れがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、作用角固定型の可変動弁機構を用いて早閉じミラーサイクル運転モードを行うミラーサイクルエンジンにおいて、バルブリセスの拡大を必要とせずにデコンプモードを実現できるようにすることを目的とする。

本発明に係るミラーサイクルエンジンは、
吸気弁の作用角を固定としつつ前記吸気弁の開閉時期を可変とする可変動弁機構と、前記吸気弁が吸気下死点以前に閉じるように前記可変動弁機構を制御する早閉じミラーサイクル運転モードを実行する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、エンジン始動時に、前記吸気弁が前記吸気下死点よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御するデコンプモードを実行し、かつ、前記デコンプモードの終了後に前記早閉じミラーサイクル運転モードを実行する。前記デコンプモードにおいて用いられる前記吸気下死点に対する前記吸気弁の遅閉じ量は、前記可変動弁機構によって前記吸気弁の閉じ時期を最も早めた時の前記吸気下死点に対する前記吸気弁の早閉じ量よりも大きい。

前記制御装置は、前記デコンプモードを行う場合に限って、前記吸気弁が前記吸気下死点よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御してもよい。

前記制御装置は、前記ミラーサイクルエンジンの高出力領域において、前記早閉じミラーサイクル運転モードに代え、高吸入効率モードを実行してもよい。前記高吸入効率モードは、前記吸気下死点よりも遅角側であって同一エンジン回転速度の下で吸気の吸入効率が最も高くなる特定閉じ時期、又は前記吸気下死点よりも遅くかつ前記特定閉じ時期よりも早い閉じ時期で前記吸気弁を閉じるものであってもよい。そして、前記制御装置は、前記デコンプモードを行う場合に限って、前記吸気弁が前記特定閉じ時期よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御してもよい。

前記ミラーサイクルエンジンは、吸気通路に配置されたスロットル弁を含んでもよい。そして、前記制御装置は、エンジン始動完了後に前記スロットル弁の下流における前記吸気通路内の圧力が初めて閾値以下に下がった後に、前記デコンプモードから前記早閉じミラーサイクル運転モードへの切り替えを実行してもよい。

前記可変動弁機構は、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変化させる電動モータを備える電動可変バルブタイミング機構であってもよい。そして、前記デコンプモードにおいて用いられる前記遅閉じ量は、クランク角度で９０°以上１８０°未満であってもよい。

前記吸気弁の作用角は、クランク角で１７０〜２００°であってもよい。

前記吸気弁のリフト量は、６〜１０ｍｍであってもよい。

本発明によれば、作用角固定型の可変動弁機構を用いて早閉じミラーサイクル運転モードを行うミラーサイクルエンジンにおいて、吸気弁の遅閉じを利用してデコンプモードが行われる。このデコンプモード用の遅閉じ量は、可変動弁機構によって吸気弁の閉じ時期を最も早めた時の早閉じ量よりも大きい。このような遅閉じ量でデコンプモードを行うようにすることで、バルブリセスの拡大を必要とせずに、最進角時の早閉じ量の使用時と比べて高い減圧効果が得られるデコンプを行えるようになる。これにより、作用角可変型の機構を備えなくても、バルブリセスの拡大に起因する弊害を招くことなく早閉じミラーサイクル運転モードとデコンプモードとを両立させることができる。

本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。 デコンプを行う３つの比較例１〜３を説明するための図である。 吸気行程及び圧縮行程におけるタンブル比とバルブリセスの深さとの関係を表した図である。 筒内ガスの乱れと、プラグ−ピストン頂面間距離との関係を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る早閉じミラーサイクル運転モードとデコンプモードとの関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の吸気バルブタイミング制御で用いられる閉じ時期ＩＶＣの設定及び制御範囲を表した図である。 デコンプモードが実行されるエンジン始動時の吸気バルブタイミング制御を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る吸気バルブタイミング制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の吸気バルブタイミング制御で用いられる閉じ時期ＩＶＣの設定及び制御範囲を表した図である。 同一エンジン回転速度ＮＥの下での内燃機関の吸入効率と閉じ時期ＩＶＣとの関係を表した図である。 本発明の実施の形態２に係る吸気バルブタイミング制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。

以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
まず、図１〜図８を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１−１．システム構成
図１は、実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、一例として、火花点火式の内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０を搭載する車両は、一例として、内燃機関１０とともにモータジェネレータ（ＭＧ）１２を動力源として備えるハイブリッド車両である。

内燃機関１０の各気筒１４には、ピストン１６が配置されている。ピストン１６は、気筒１４の内部を往復移動する。内燃機関１０は、一例として過給エンジンであり、その吸気通路１８には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが配置されている。コンプレッサ２０ａは排気通路２２に配置されたタービン２０ｂにより回転駆動される。コンプレッサ２０ａの下流には、電子制御式のスロットル弁２４が配置されている。排気通路２２には、タービン２０ｂをバイパスする排気バイパス通路２６が接続されている。排気バイパス通路２６には、過給圧を制御するためのウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）２８が配置されている。

スロットル弁２４の下流に位置する吸気マニホールド１８ａの集合部（サージタンク）には、スロットル弁２４の下流における吸気通路１８内の圧力（以下、単に「吸気圧」と略する）に応じた信号を出力する吸気圧センサ３０が配置されている。また、内燃機関１０は、各気筒１４に配置された燃料噴射弁３２と、点火装置３４とを備えている。燃料噴射弁３２は、一例として気筒１４内に燃料を直接噴射する。

吸気ポート１８ｂを開閉する吸気弁３６は、可変動弁機構３８により駆動される。可変動弁機構３８は、電動モータ（図示省略）を用いてクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変更可能な電動可変バルブタイミング機構（以下、単に「電動ＶＶＴ」と称する）である。電動ＶＶＴ３８によれば、吸気弁３６の作用角（開弁期間（より詳細には、吸気弁３６が開いているクランク角度幅））を固定としつつ当該吸気弁３６の開閉時期（開弁期間の位相）を所定の制御範囲内で連続的に変更できる。上記カム軸の周囲には、カム軸の回転位相（カム角）に応じた信号を出力するカム角センサ４０が配置されている。

さらに、本実施形態のシステムは、内燃機関１０及びＭＧ１２を制御する制御装置５０を備えている。制御装置５０は、プロセッサ５０ａとメモリ５０ｂとを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。メモリ５０ｂは、内燃機関１０及びＭＧ１２を制御するためのプログラムを記憶している。プロセッサ５０ａは、メモリ５０ｂからプログラムを読み出して実行する。なお、制御装置５０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

制御装置５０は、各種センサからセンサ信号を取り込む。各種センサは、上述の吸気圧センサ３０及びカム角センサ４０に加え、例えば、クランク角センサ５２及びエアフローセンサ５４を含む。クランク角センサ５２及びエアフローセンサ５４は、それぞれ、クランク角及び吸気通路１８内の吸入空気流量に応じた信号を出力する。制御装置５０は、クランク角センサ５２からの信号を用いてエンジン回転速度ＮＥを算出できる。また、プロセッサ５０ａは、取り込まれたセンサ信号を用いて各種プログラムを実行し、上述のアクチュエータ（スロットル弁２４、ＷＧＶ２８、燃料噴射弁３２、点火装置３４及び電動ＶＶＴ３８）を操作するための操作信号を出力する。

１−２．実施の形態１の吸気バルブタイミング制御
１−２−１．早閉じミラーサイクル運転モード
制御装置５０により行われるエンジン制御は、電動ＶＶＴ３８を用いた（吸気バルブタイミング制御（吸気弁３６の閉じ時期ＩＶＣの制御））を含む。この吸気バルブタイミング制御において、制御装置５０は、エンジン運転中に「早閉じミラーサイクル運転モード」を行う。以下、早閉じミラーサイクル運転モードは、適宜「早閉じモード」と略される。

早閉じモードは、吸気弁３６が吸気下死点（以下、単に「ＢＤＣ」とも称する）よりも前に（早く）閉じるように電動ＶＶＴ３８を制御することによって行われる。すなわち、内燃機関１０は、吸気弁３６の早閉じを利用した「ミラーサイクルエンジン」である。早閉じモードでは、ＢＤＣに対する吸気弁３６の閉じ時期ＩＶＣの早閉じ量（進角量）は、エンジン運転状態に応じて変更される。概略的には、閉じ時期ＩＶＣの早閉じ量は、要求エンジン出力が低い場合には大きくなるように制御される。一方、要求エンジン出力が高い場合には、早閉じ量は、吸気の吸入効率（充填効率）を高めるために小さくなるように（つまり、閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣに近づくように）制御される。なお、「早閉じ量」とは、ＢＤＣに対する閉じ時期ＩＶＣの進角量（＝ＩＶＣ−ＢＤＣ＞０）のことである。

１−２−２．デコンプに関する課題
エンジン始動時（より詳細には、クランキング中）には、気筒内の圧縮圧を解放するためのデコンプレッション（以下、「デコンプ」と略する）を行うことにより、パワートレーン（内燃機関及びこれに接続された動力伝達装置）の共振に起因する車両のフロア振動の低減を図ることができる。以下、電動ＶＶＴ３８のような「作用角固定型の機構」を用いる早閉じミラーサイクルエンジンにおけるエンジン始動時のデコンプに関する課題について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、デコンプを行う３つの比較例１〜３を説明するための図である。まず、図２の上段の比較例１は、吸気弁をＢＤＣよりも後で（遅く）閉じることにより遅閉じミラーサイクル（遅閉じアトキンソンサイクル）運転モードを行う例である。この例では、閉じ時期ＩＶＣは、作用角固定型の機構を用いて図２に示すように遅閉じ側（ＢＤＣよりも遅角側）の所定の制御範囲内において変更される。そして、デコンプを行う場合には、閉じ時期ＩＶＣが上記制御範囲内で最も遅角される。つまり、この例では、閉じ時期ＩＶＣの遅閉じ量の増大によりデコンプが実現されている。なお、「遅閉じ量」とは、ＢＤＣに対する閉じ時期ＩＶＣの遅角量（＝ＩＶＣ−ＢＤＣ＞０）のことである。

中段の比較例２は、早閉じモードを行う例である。しかしながら、この例では、本実施形態とは異なり、「作用角可変型」の機構が用いられている。この例における閉じ時期ＩＶＣは、開き時期ＩＶＯを大きく変化させずに作用角（及びリフト量）を変化させることにより、図２に示すように早閉じ側（ＢＤＣよりも進角側）の所定の制御範囲内において変更される。そして、この例では、比較例１の遅閉じ量と同等となるように閉じ時期ＩＶＣの早閉じ量を増大することによって、デコンプが実現されている。

下段の比較例３は、本実施形態と同様に「作用角固定型」の機構を用いて早閉じモードを行う例である。作用角固定型の利用により、可変動弁機構のコストを比較例２のそれと比べて下げることができる。上述のように、従来の吸気バルブタイミング制御におけるデコンプは、遅閉じを利用する比較例１では遅閉じ量の増大によって実現され、早閉じを利用する比較例２では早閉じ量の増大によって実現されるものであった。このような従来の考え方に従い、早閉じを利用する例の１つである比較例３では、早閉じ量の増大によってデコンプが実現されている。

作用角固定型の機構を利用する比較例３においてデコンプのために閉じ時期ＩＶＣを進角させると、それに伴って開き時期ＩＶＯも進角されてしまう。その結果、排気上死点（ＴＤＣ）付近のバルブリフト量が大きくなる。このことは、ピストンスタンプを避けるために必要なピストンのバルブリセスが拡大する（深くなる）ことを意味する。

図３は、吸気行程及び圧縮行程におけるタンブル比とバルブリセスの深さとの関係を表した図である。より詳細には、図３は、バルブリセスの深さが異なる２つのピストンを対象として、バルブリセスの深さの違いによるタンブル比（タンブル流の強さ）の差をシミュレーションした結果を示している。図３に示すように、タンブル比は、基本的には、まず吸気行程において吸気ポートからの吸気の流入に伴って増加していき、その後一旦低下する。そして、タンブル比は、圧縮行程においてピストンの上昇に起因して気筒内で上方に向かうガス流れが強化されることにより再び増加に転じる。その結果、タンブル流は、圧縮行程の後半にまで保持される。

バルブリセスの深さの違いは、主に圧縮行程中のタンブル比に影響を及ぼす。具体的には、バルブリセスが深いと、気筒内で上方に向かうガス流れが強化されにくくなるのでタンブル比が低下する。より詳細には、等圧縮比を維持しつつバルブリセスを深くしようとすると、ピストン頂面上のバルブリセス以外の部位（主に、ピストン頂面の中央部）の位置を高くすることが必要になる。このことは、同一クランク角での比較において、燃焼室頂部の中央に配置される点火プラグとピストン頂面との距離が小さくなることを意味する。そして、このようなプラグ−ピストン頂面間距離が小さいと、圧縮行程中にタンブル流の回転が妨げられ易くなる。このため、タンブル比が低下する。

図４は、筒内ガスの乱れと、プラグ−ピストン頂面間距離との関係を表した図である。ここでいう「筒内ガスの乱れ」とは、より詳細には筒内ガスの平均乱れ速度［ｍ／ｓ］のことである。圧縮行程の後半においてタンブル比が低いと、圧縮上死点付近においてタンブル流の崩壊に伴って生成される筒内ガスの乱れが弱くなる。したがって、図４に示すように、筒内ガスの乱れは、プラグ−ピストン頂面間距離が小さいほど（すなわち、バルブリセスが深いほど）、圧縮行程のタンブル比が低下するため弱くなる。そして、筒内ガスの乱れの低下は、燃焼速度の低下（燃焼悪化）に繋がる。

さらに、早閉じミラーサイクル運転の利用時にバルブリセスの拡大に起因する燃焼悪化の課題がより顕著になる理由について、遅閉じミラーサイクル運転と比較しながら説明する。まず、早閉じミラーサイクル運転は、遅閉じミラーサイクル運転と比べて圧縮端温度の低減を図れるという利点を有する。その一方で、作用角固定型の機構の使用を想定した場合、早閉じミラーサイクル運転の実現のために要求される吸気弁の作用角は、遅閉じミラーサイクル運転のために用いられる作用角と比べて小さくなる。そして、作用角が小さくなると、基本的にはそれに連動してリフト量も小さくなる。このため、早閉じミラーサイクル運転が利用されると、遅閉じミラーサイクル運転の利用時と比べて、リフト量の低下に伴う吸気行程中のタンブル比の低下に起因して筒内ガスの乱れが低下し易くなる。このように早閉じミラーサイクル運転では本来的に筒内ガスの乱れが低下し易いため、作用角固定型の機構を用いてデコンプモードをも早閉じで行うようにすると、バルブリセスの拡大に起因する燃焼悪化の課題がより顕著となる。

１−２−３．実施の形態１の吸気バルブタイミング制御の概要
図５は、実施の形態１に係る早閉じミラーサイクル運転モードとデコンプモードとの関係を説明するための図である。

「作用角固定型」の電動ＶＶＴ３８を利用する本実施形態では、上述のように、エンジン運転中には早閉じモードが実行される。そのうえで、上述の課題に鑑み、エンジン始動時にデコンプを行うデコンプモードでは、図５に示すように、吸気弁３６をＢＤＣよりも遅く閉じるように電動ＶＶＴ３８が制御される。そして、詳細は図７を参照して後述するが、閉じ時期ＩＶＣは、デコンプモードの終了後に早閉じ側に制御される。

より詳細には、早閉じモードでは、図５に例示されるように、閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣよりも進角側の所定の可変範囲内でエンジン運転状態に応じて変更される。つまり、本実施形態では、閉じ時期ＩＶＣは、早閉じモードの実行中にはＢＤＣよりも遅角されることはなく、デコンプモード時に限ってＢＤＣよりも遅角される。このように、早閉じを利用するミラーサイクルエンジンである内燃機関１０では、デコンプモード時には、例外的に閉じ時期ＩＶＣの遅閉じが実行される。

図６は、実施の形態１の吸気バルブタイミング制御で用いられる閉じ時期ＩＶＣの設定及び制御範囲を表した図である。まず、図５、６には、早閉じ量が最も大きい時（最進角時）の閉じ時期ＩＶＣ１とデコンプモード時の閉じ時期ＩＶＣ２とが表されている。電動ＶＶＴ３８は、閉じ時期ＩＶＣ１から閉じ時期ＩＶＣ２までの範囲内で閉じ時期ＩＶＣを連続的に変更できる。

本実施形態においてデコンプモード時に用いられる閉じ時期ＩＶＣ２は、最進角時の閉じ時期ＩＶＣ１との比較において次のように特定される。すなわち、デコンプモード時の遅閉じ量Ｄ（＝ＩＶＣ２−ＢＤＣ＞０）は、最進角時の早閉じ量ＭＡＸ（＝ＩＶＣ１−ＢＤＣ＞０）よりも大きい。図６に示す一例では、閉じ時期ＩＶＣ１は下死点後−５０°（−５０°ＡＢＤＣ）であり、閉じ時期ＩＶＣ２は１００°ＡＢＤＣである。

また、図６中の閉じ時期ＩＶＣ３は、遅閉じ側の閉じ時期ＩＶＣ２と同等の減圧効果が得られるデコンプを早閉じによって実現するために必要な閉じ時期に相当する。「作用角固定型」の機構を利用して早閉じを行うミラーサイクルエンジンにおいてデコンプモードを含めて閉じ時期ＩＶＣの制御を早閉じ側で完結しようとすると（図２の比較例３）、閉じ時期ＩＶＣ３まで進角可能なエンジン構成が必要になる。すなわち、バルブリセスの拡大が必要になる。これに対し、上述のように特定される遅閉じ量Ｄでデコンプモードを行う本実施形態によれば、進角側の閉じ時期の限界値を閉じ時期ＩＶＣ１よりも進角させる必要なしに閉じ時期ＩＶＣ３と同等の減圧レベルでデコンプを実現できるようになる。

また、図５、６中の閉じ時期ＩＶＣ４は、デコンプモードの終了後に早閉じモードを開始する時に用いられる閉じ時期ＩＶＣの一例である。より詳細には、この閉じ時期ＩＶＣ４は、実圧縮比（有効圧縮比）の向上による始動性向上のためにＢＤＣの近くに設定されている。デコンプモードの終了後には、閉じ時期ＩＶＣは、ＩＶＣ２からＢＤＣを跨いでＩＶＣ４に変更される。

（閉じ時期ＩＶＣの変化量の具体例）
さらに、図６を参照して、本実施形態に係るデコンプモードの実行に伴う閉じ時期ＩＶＣの変化量の具体例について説明する。

本実施形態で用いられる「作用角固定型」の電動ＶＶＴ３８によれば、電動モータとカム軸とのギヤ比の選定により、任意の広い可変範囲で閉じ時期ＩＶＣを変更可能となる。図６に示す可変範囲（＝ＩＶＣ２−ＩＶＣ１）の例は１５０°である。本実施形態では、このような電動ＶＶＴ３８を利用して、デコンプモードのために、９０°以上１８０°未満の範囲内の大きな遅閉じ量Ｄ（図６に示す一例では１００°）が確保されている。

したがって、デコンプモードを行う場合には、早閉じモードに従う早閉じ側の閉じ時期ＩＶＣから閉じ時期ＩＶＣ２に向けて、９０°以上１８０°未満の範囲内の遅閉じ量Ｄが得られるように閉じ時期ＩＶＣが制御される。換言すると、図６の座標平面上の４つの象限の１つである第３象限（０°＜ＩＶＣ＜９０°ＡＢＤＣ）をスキップし、第４象限（９０°＜ＩＶＣ＜１８０°ＡＢＤＣ）内もしくは９０°ＡＢＤＣの閉じ時期ＩＶＣ２が得られるように閉じ時期ＩＶＣが制御される。付け加えると、デコンプモードを終了する場合にも、閉じ時期ＩＶＣ２から早閉じモードに従う早閉じ側の閉じ時期（図６に示す例では、ＩＶＣ４）に向けて、第３象限をスキップするように閉じ時期ＩＶＣが制御される。

（吸気弁の作用角及びリフト量の具体例）
作用角固定型の機構を利用して早閉じモードを実行しようとする場合に利用可能なバルブリフトカーブは１種類である。したがって、開き時期ＩＶＯが過度に進角されないようにしつつ所望の早閉じ量を実現可能な作用角を選定することが要求される。この要求を満たすためには、図２中の遅閉じの比較例１と早閉じの比較例３との間で吸気弁の作用角を比較すると分かるように、早閉じの例の作用角は、必然的に遅閉じの例のそれと比べて小さくなる。その一方で、作用角固定型の機構を利用する場合には、１つのバルブリフトカーブで低出力領域から高出力領域（多くの空気量を確保する要求の高い領域）までの広いエンジン運転領域を適切にカバーすることも要求される。後者の要求をも考慮すると、作用角を小さくすることにも制限がかかる。

作用角固定型の電動ＶＶＴ３８により制御される本実施形態の吸気弁３６の作用角として用いることができる値は、広く言えば特に限定されるものではない。そのうえで、上述の２つの要求を考慮した場合に好ましい吸気弁３６の作用角として本件発明者が考える数値は、クランク角で１７０〜２００°である。図５に示す一例では、この数値範囲内に含まれる１８０°が吸気弁３６の作用角として用いられている。

さらに付け加えると、吸気弁のバルブリフトカーブの形状は、主に、作用角とともにリフト量によって特定される。ここでいうリフト量は、より詳細には、バルブリフトカーブ上の最大リフト量を指している。吸気弁３６のリフト量として用いることができる値についても、広く言えば特に限定されるものではない。そのうえで、上述のように作用角が１７０〜２００°の範囲内で選定された場合には、リフト量を自由に選定できる訳ではない。すなわち、選択可能なリフト量は、吸気弁３６の異常挙動（バルブのジャンプ又はバウンス）の発生を回避する観点等の理由により、選定された作用角に応じて制限されることになる。そして、作用角が１７０〜２００°の範囲内で選定された場合においてリフト量の選定に関しても上記の後者の要求を考慮したときに好ましいリフト量として本件発明者が考える数値は、６〜１０ｍｍである。図５に示す一例では、この数値範囲内に含まれる８ｍｍが吸気弁３６のリフト量（最大リフト量）として用いられている。

１−２−４．エンジン始動時の吸気バルブタイミング制御の動作例
図７は、デコンプモードが実行されるエンジン始動時の吸気バルブタイミング制御を説明するためのタイムチャートである。図７中の時点ｔ１は、エンジン始動要求を受けてクランキングが開始された時点に相当する。なお、デコンプモード用の閉じ時期ＩＶＣ２への切り替えは、一例として、今回のエンジン始動前のエンジン停止過程（燃料カット後にエンジン回転速度ＮＥが低下している期間）において実行されているものとする。ただし、内燃機関１０のように、エンジン停止中であっても閉じ時期ＩＶＣの調整が可能な電動ＶＶＴ３８を備える内燃機関においては、閉じ時期ＩＶＣ２への切り替えは、エンジン停止中に行われてもよい。

図７に示す例では、クランキングはＭＧ１２のトルクを用いて行われている。クランキングの開始とともに、エンジン回転速度ＮＥが上昇していく。また、スロットル弁２４が閉じているので、吸気圧（吸気管圧）は、エンジン停止中の大気圧から低下していく。

図７中の筒内圧の波形において繰り返される筒内圧の上昇及び低下の各ピークは、所定の爆発順序に従って順に到来する各気筒の圧縮行程及び膨張行程中の筒内圧のピークを概念的に表したものである（図７中に表わされた筒内圧のピークの数は、実際のサイクル数とは異なる）。クランキングの開始時には、吸気圧が高い（大気圧と等しい）ため、図７に示すように筒内圧のピーク値も高くなる。その後、吸気圧の低下に伴い、筒内圧のピーク値も低下していく。

エンジン回転速度ＮＥが共振周波数帯を超えると、燃料噴射及び点火が開始される。共振周波数帯は、各気筒のコンプレッション（加振力）に起因するパワートレーンの共振が発生する回転速度域である。時点ｔ２は、燃料噴射及び点火の開始に伴い、ある気筒で初爆が生じた時点に相当する。エンジン回転速度ＮＥは、燃焼の開始に伴い、時点ｔ２以降においても上昇を続け、所定回転速度（図示省略）において完爆判定がなされる（エンジン始動完了）。その後、エンジン回転速度ＮＥはアイドリング領域に至る。なお、図７に示す例では、デコンプの実行により、クランキング中の筒内圧が所定のＮＶ（振動騒音）クライテリアを超えずに済んでいる。このＮＶクライテリアとは、車両のフロア振動の許容上限に関連する筒内圧値である。

時点ｔ２よりも後の時点ｔ３は、エンジン始動完了（完爆判定）後に吸気圧が初めて所定の閾値Ｐｔｈにまで低下した時点に相当する。本実施形態では、一例として、このような時点ｔ３において、デコンプモード用の閉じ時期ＩＶＣ２から早閉じモード用の閉じ時期ＩＶＣ４への切り替えが開始される。なお、閾値Ｐｔｈは、本発明に係る「閾値」の一例に相当する。

より詳細には、閉じ時期ＩＶＣ２から閉じ時期ＩＶＣ４への切り替えを行う時期は、エンジン回転速度ＮＥが共振周波数帯を超えた後であれば、任意に設定されてよく、例えば、燃料噴射の開始前でもよい。そのうえで、本実施形態では、以下に説明する観点により、当該切り替えは、エンジン回転速度ＮＥが共振周波数帯を超えた時に直ちに行うのではなく、吸気圧が閾値Ｐｔｈに低下した時に行われる。内燃機関１０の実圧縮比は、閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣを通過する時に最大となり、その結果、図７中においても記号「Ａ」を付しつつ概念的に表されているように、筒内圧のピーク値が高くなる。吸気圧が高いためにＢＤＣ通過時の当該ピーク値が高くなると、ノックが発生し易くなる。そこで、吸気圧の閾値Ｐｔｈは、上記切り替えの過程で閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣを通過する時にノックを抑制できる（より詳細には、ノックの強度及び頻度をそれぞれ所定レベル以下に抑制できる）ために必要な値として決定されている。付け加えると、エンジン始動直後における上記ノックの発生は、ミラーサイクルエンジンの高膨張比化のために機械的な圧縮比（気筒の最小容積と最大容積との関係で定まる圧縮比）が高められた場合により顕著となる。

閉じ時期ＩＶＣ４への切り替えの完了後のエンジン運転中の閉じ時期ＩＶＣは、エンジン運転状態に応じた早閉じ量で制御される（早閉じモード）。

１−２−５．制御装置の処理
図８は、実施の形態１に係る吸気バルブタイミング制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンの処理は、内燃機関１０を備えるハイブリッド車両のシステム起動中に繰り返し実行される。

図８に示すルーチンでは、制御装置５０は、まず、エンジン始動要求が出されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。具体的には、ハイブリッド車両では、制御装置５０から内燃機関１０に出される始動指令の有無が判定される。

ステップＳ１００の判定結果が否定的である場合には、制御装置５０は、次いで、エンジン停止要求が出されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御装置５０から内燃機関１０に出される運転停止指令の有無が判定される。この運転停止指令は、車両システムの起動中に内燃機関１０を間欠的に停止させる指令を含む。その結果、エンジン停止要求がない場合には、制御装置５０は、エンジン停止中（エンジン回転速度ＮＥ＝ゼロ）であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合、つまり、エンジン始動要求及びエンジン停止要求の何れもなく、かつ、エンジン停止中でもない場合（エンジン始動後の通常運転中である場合）には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、制御装置５０は、エンジン運転状態に応じた早閉じ量の閉じ時期ＩＶＣが得られるように電動ＶＶＴ３８を制御する（早閉じモード）。なお、このような閉じ時期ＩＶＣの制御は、例えば、クランク角センサ５２及びカム角センサ４０の信号に基づいてクランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変更することにより行われる。

一方、ステップＳ１０２の判定結果が肯定的である場合には、処理はステップＳ１０８に進む。エンジン停止要求が出されると、制御装置５０からの指令に基づき、エンジン停止のための燃料カット（Ｆ／Ｃ）が実施されることになる。本ステップＳ１０８では、制御装置５０は、この燃料カットの実施の有無を判定する。

Ｆ／Ｃが開始されるまではステップＳ１０８の判定が繰り返し実行される。一方、Ｆ／Ｃの実施が認められると、処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、制御装置５０は、デコンプモード用の閉じ時期ＩＶＣ２となるように電動ＶＶＴ３８を用いて遅閉じを実行する（デコンプモード）。このような処理によれば、その後のエンジン再始動時のために、閉じ時期ＩＶＣをデコンプモード用の閉じ時期ＩＶＣ２に事前に制御しておくことができる。なお、閉じ時期ＩＶＣ２は、一例として固定値であるが、任意のエンジン運転条件に応じて変更されてもよい。

一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合には、処理はステップＳ１１２に進む。エンジン始動要求が出されると、制御装置５０からの指令に基づき、エンジン始動のためのクランキング、燃料噴射及び点火が実施されることになる。本ステップＳ１１２では、制御装置５０は、エンジン始動完了後に吸気圧が初めて上述の閾値Ｐｔｈ以下になったか否かを判定する。

吸気圧が閾値Ｐｔｈ以下にまで低下していない間はステップＳ１１２の判定が繰り返し実行される。一方、閾値Ｐｔｈ以下への吸気圧の低下が認められると、処理はステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、制御装置５０は、電動ＶＶＴ３８を用いてＩＶＣ２からＩＶＣ４への閉じ時期ＩＶＣの切り替え（進角）を実行する。その結果、早閉じモードが開始される。

１−３．効果
以上説明した実施の形態１によれば、「作用角固定型」の電動ＶＶＴ３８を用いて早閉じモードを行うミラーサイクルエンジン（内燃機関１０）において、デコンプモードを行う場合には吸気弁３６の遅閉じが例外的に実行される。このデコンプモード用の遅閉じ量Ｄは、図６に示すように、最進角時の早閉じ量ＭＡＸよりも大きい。このため、本実施形態によれば、バルブリセスの拡大を必要とせずに（デコンプモードのために早閉じ量ＭＡＸを増やす必要なしに）、早閉じ量ＭＡＸの使用時と比べて高い減圧効果が得られるデコンプを行えるようになる。その結果、作用角可変型の機構を備えなくても、バルブリセスの拡大に起因する筒内ガスの乱れ低下及びそれに伴う燃焼悪化を回避しつつ、早閉じミラーサイクル運転モードとデコンプモードとを両立させることができる。

また、本実施形態によれば、デコンプモードから早閉じモードへの切り替え（ＩＶＣ２からＩＶＣ４への切り替え）は、エンジン始動完了後に吸気圧が初めて閾値Ｐｔｈ以下に下がった後に実行される。このような処理によれば、当該切り替えの過程において閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣを通過する際の吸気圧を下げることができる。これにより、閉じ時期ＩＶＣがＢＤＣを通過する際の実圧縮比の上昇に伴うノックの発生を抑制できる。

また、本実施形態によれば、デコンプモードを行う場合には、広い可変範囲で閉じ時期ＩＶＣを変更可能な電動ＶＶＴ３８を利用して、９０°以上１８０°未満の大きな遅閉じ量Ｄで閉じ時期ＩＶＣが制御される。これにより、基本的には早閉じモードを行うミラーサイクルエンジンにおいて、バルブリセスの拡大に関する課題を解決しつつ優れた減圧効果が得られるデコンプを行えるようになる。

２．実施の形態２
図９〜図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２に係るシステムのハードウェア構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

２−１．実施の形態２の吸気バルブタイミング制御の概要
図９は、実施の形態２の吸気バルブタイミング制御で用いられる閉じ時期ＩＶＣの設定及び制御範囲を表した図である。本実施形態では、エンジン運転中には、基本的には実施の形態１と同様に「早閉じモード」が実行される。ただし、高負荷高回転側に位置する所定の高出力領域では、「早閉じモード」に代え、以下の「高吸入効率モード」が実行される。

図１０は、同一エンジン回転速度ＮＥの下での内燃機関１０の吸入効率（吸気の充填効率）と閉じ時期ＩＶＣとの関係を表した図である。図１０に示すように、同一エンジン回転速度ＮＥの下で吸入効率が最も高くなる閉じ時期ＩＶＣ（以下、「ＩＶＣ５」と称する）は、吸気の慣性効果の影響でＢＤＣよりも遅角側となる。より詳細には、閉じ時期ＩＶＣ５は、エンジン回転速度ＮＥが高いほど遅角される。なお、閉じ時期ＩＶＣ５は、本発明に係る「特定閉じ時期」の一例に相当する。

高吸入効率モードでは、内燃機関１０の高出力領域において求められる高いエンジン出力要求を満たすために、ＢＤＣよりも早閉じされた閉じ時期ＩＶＣに代え、閉じ時期ＩＶＣ５が用いられる。図９には、そのような高出力領域において用いられる閉じ時期ＩＶＣ５の可変範囲（例えば、４０〜６０°ＡＢＤＣ）が示されている。より詳細には、図９に示す例における閉じ時期ＩＶＣ５は、エンジン回転速度ＮＥが上記高出力領域内の最小値の時には４０°ＡＢＤＣとされ、エンジン回転速度ＮＥが当該高出力領域内の最大値の時には６０°ＡＢＤＣとされる。

以上のように、本実施形態では、エンジン運転中に、「早閉じモード」及び「デコンプモード」とともに、上述の「高吸入効率モード」が利用される。つまり、エンジン運転中には、実施の形態１とは異なり、「デコンプモード」だけでなく「高吸入効率モード」においても、吸気弁３６の遅閉じが実行されることになる。したがって、本実施形態では、閉じ時期ＩＶＣは、デコンプモードを行う場合に限って、閉じ時期ＩＶＣ５よりも遅角されることになる。

２−２．制御装置の処理
図１１は、実施の形態２に係る吸気バルブタイミング制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１１４の処理については、実施の形態１において既述した通りである。

図１１に示すルーチンでは、ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合（通常運転中）には、処理はステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、制御装置５０は、エンジン負荷とエンジン回転速度ＮＥとにより特定される現在の運転領域が所定の高出力領域であるか否かを判定する。なお、エンジン負荷（筒内充填空気量）は、例えば、エンジン回転速度ＮＥとエアフローセンサ５４により検出される吸入空気流量とを含むパラメータを公知の吸気系の物理モデルに入力することにより取得可能である。

ステップＳ２００の判定結果が否定的である場合（現在の運転領域が高出力領域ではない場合）には、処理はステップＳ１０６に進み、早閉じモードが実行される。

一方、上記判定結果が肯定的である場合（現在の運転領域が高出力領域である場合）には、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、高吸入効率モードの実行のために、制御装置５０は、閉じ時期ＩＶＣが閉じ時期ＩＶＣ５となるように電動ＶＶＴ３８を制御する。吸入効率が最も高くなる閉じ時期ＩＶＣ５は、上述のようにエンジン回転速度ＮＥ（ピストン速度）に依存する。このため、現在のエンジン回転速度ＮＥに応じた閉じ時期ＩＶＣ５は、例えば、閉じ時期ＩＶＣ５とエンジン回転速度ＮＥとの関係を事前に設定しておくことで取得できる。

２−３．効果
以上説明した実施の形態２によれば、高出力要求を十分に満たすために高吸入効率モードが利用されるミラーサイクルエンジンにおいて、バルブリセスの拡大を必要とせずに、早閉じ量ＭＡＸの使用時と比べて高い減圧効果が得られるデコンプを行えるようになる。その他、実施の形態１と同様の効果を奏する。

２−４．高吸入効率モードの他の例
上述した実施の形態２における高吸入効率モードの例では、吸気弁３６は、高出力領域内の個々のエンジン回転速度ＮＥの下で吸入効率が最も高くなる閉じ時期ＩＶＣ５（特定閉じ時期）で閉じられる。しかしながら、高吸入効率モードの他の例における吸気弁３６は、ＢＤＣよりも遅くかつ閉じ時期ＩＶＣ５（特定閉じ時期）よりも早い任意の閉じ時期ＩＶＣで閉じられてもよい。つまり、高吸入効率モードで用いられる吸気弁３６の遅閉じ量は、特定閉じ時期での遅閉じ量と同じかそれ未満であってもよい。

３．他の実施の形態
３−１．閉じ時期ＩＶＣの変化量の他の例
上述した実施の形態１及び２においては、デコンプモードを行う場合には、９０°以上１８０°未満の範囲内の遅閉じ量Ｄが得られるように閉じ時期ＩＶＣが制御される。しかしながら、本発明の対象となるデコンプモード時の「遅閉じ量」は、「可変動弁機構によって吸気弁の閉じ時期を最も早めた時の吸気下死点に対する吸気弁の早閉じ量よりも大きい」という条件を満たしていれば、必ずしも上記の例に限られず、９０°未満であってもよい。

３−２．可変動弁機構の他の例
本発明の対象となる「可変動弁機構」は、「作用角固定型」、すなわち、「吸気弁の作用角を固定としつつ当該吸気弁の開閉時期を可変とする」ように構成されていれば、電動ＶＶＴ３８のような電動式に代え、油圧式であってもよい。より詳細には、典型的な油圧式の機構は、カム軸の一端において等角度間隔で径方向に突出するように形成された複数（少なくとも３つ）のベーンと、これらをそれぞれ収容する複数の油圧室を有するカムプーリとを備える。そして、各油圧室に付与される油圧を利用して、クランク軸（カムプーリ）の回転位相に対するカム軸（ベーン）の回転位相が変更される。このような油圧式の機構では、カム軸の周方向において上記複数の油圧室を区画して形成する必要がある。このため、閉じ時期ＩＶＣの可変範囲は構造上制限され、その限界値はクランク角で７０〜８０°程度となる。このような油圧式の機構による閉じ時期ＩＶＣの可変範囲内で上記３−１．で説明した条件を満たす「遅閉じ量」を実現可能な場合には、油圧式の機構が用いられても良い。換言すると、閉じ時期ＩＶＣの可変範囲の自由度の高い電動ＶＶＴ３８の利用により、上記「遅閉じ量Ｄ」のような９０°以上の大きな遅閉じ量でデコンプモードを行えるようになる。

３−３．吸気バルブタイミング制御の他の例
実施の形態１における吸気弁３６は、デコンプモードを行う場合に限ってＢＤＣよりも遅く閉じられる。また、実施の形態２における吸気弁３６は、デコンプモードを行う場合に限って「ＩＶＣ５（特定閉じ時期）」よりも遅く閉じられる。しかしながら、本発明に係る「吸気バルブタイミング制御」は、上記３−１．で説明した条件を満たす「遅閉じ量」を用いてデコンプモードが行われるようになっていれば、必ずしも上記の例に限られない。すなわち、吸気弁は、デコンプモード以外の他の例外的な条件において、「吸気下死点」又は「特定閉じ時期」よりも遅く閉じられてもよい。

また、本発明に係る「早閉じミラーサイクル運転モード」において用いられる閉じ時期ＩＶＣの可変範囲は、ＢＤＣを含まない実施の形態１、２の例に代え、ＢＤＣを含んでもよい。つまり、早閉じミラーサイクル運転モードは、吸気は吸気下死点以前に閉じるように制御されるものであればよい。

３−４．システム構成の他の例
本発明に係る「ミラーサイクルエンジン」は、実施の形態１及び２において説明したハイブリッド車両に代え、ミラーサイクルエンジンのみを動力源として利用する車両に適用されてもよい。また、本発明に係る「ミラーサイクルエンジン」は、必ずしも火花点火式に限られず、圧縮着火式であってもよく、また、ターボ過給機２０等の過給機を備えない自然吸気エンジンであってもよい。

以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０ 内燃機関（ミラーサイクルエンジン）
１４ 気筒
１６ ピストン
１８ 吸気通路
３０ 吸気圧センサ
３２ 燃料噴射弁
３４ 点火装置
３６ 吸気弁
３８ 可変動弁機構（電動ＶＶＴ）
４０ カム角センサ
５０ 制御装置
５２ クランク角センサ
５４ エアフローセンサ

Claims (7)

1. 吸気弁の作用角を固定としつつ前記吸気弁の開閉時期を可変とする可変動弁機構と、
   前記吸気弁が吸気下死点以前に閉じるように前記可変動弁機構を制御する早閉じミラーサイクル運転モードを実行する制御装置と、
   を備えるミラーサイクルエンジンであって、
   前記制御装置は、
   エンジン始動時に、前記吸気弁が前記吸気下死点よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御するデコンプモードを実行し、かつ、
   前記デコンプモードの終了後に前記早閉じミラーサイクル運転モードを実行し、
   前記デコンプモードにおいて用いられる前記吸気下死点に対する前記吸気弁の遅閉じ量は、前記可変動弁機構によって前記吸気弁の閉じ時期を最も早めた時の前記吸気下死点に対する前記吸気弁の早閉じ量よりも大きい
   ことを特徴とするミラーサイクルエンジン。
2. 前記制御装置は、前記デコンプモードを行う場合に限って、前記吸気弁が前記吸気下死点よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のミラーサイクルエンジン。
3. 前記制御装置は、前記ミラーサイクルエンジンの高出力領域において、前記早閉じミラーサイクル運転モードに代え、高吸入効率モードを実行し、
   前記高吸入効率モードは、前記吸気下死点よりも遅角側であって同一エンジン回転速度の下で吸気の吸入効率が最も高くなる特定閉じ時期、又は前記吸気下死点よりも遅くかつ前記特定閉じ時期よりも早い閉じ時期で前記吸気弁を閉じるものであり、
   前記制御装置は、前記デコンプモードを行う場合に限って、前記吸気弁が前記特定閉じ時期よりも遅く閉じるように前記可変動弁機構を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のミラーサイクルエンジン。
4. 前記ミラーサイクルエンジンは、吸気通路に配置されたスロットル弁を含み、
   前記制御装置は、
   エンジン始動完了後に前記スロットル弁の下流における前記吸気通路内の圧力が初めて閾値以下に下がった後に、前記デコンプモードから前記早閉じミラーサイクル運転モードへの切り替えを実行する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のミラーサイクルエンジン。
5. 前記可変動弁機構は、クランク軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変化させる電動モータを備える電動可変バルブタイミング機構であり、
   前記デコンプモードにおいて用いられる前記遅閉じ量は、クランク角度で９０°以上１８０°未満である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載のミラーサイクルエンジン。
6. 前記吸気弁の作用角は、クランク角で１７０〜２００°である
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のミラーサイクルエンジン。
7. 前記吸気弁のリフト量は、６〜１０ｍｍである
   ことを特徴とする請求項６に記載のミラーサイクルエンジン。

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