JP4020543B2 - 筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射することで生じた混合気に点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関に用いられるバルブ特性制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の内部ＥＧＲ量やエキゾーストブレーキ力を制御するために、排気カムの主カム山の回転前方または回転後方に、補助カム山を設けた動弁装置が知られている。この排気カムにおいては、内燃機関の運転状態に適合した内部ＥＧＲ量を実現するために、補助カム山の高さを排気カムの回転軸方向にて次第に高く設計している。そして、内燃機関の運転状態に応じてカムシャフトを回転軸方向に移動させることで、適切な内部ＥＧＲ量やエキゾーストブレーキ力を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように単に補助カム山の高さを調整するものでは、内部ＥＧＲ量やエキゾーストブレーキ力については、内燃機関の運転状態に一応適合させることができる。しかし、内燃機関によっては、内部ＥＧＲ量等の調整幅をもっと拡大したい場合や、あるいは体積効率向上あるいはポンピングロス低減などの他の各種の性能要求にまで対応させたい場合が生じる。ところが、補助カム山の高さを調整するだけでは要求に対応する十分なバルブ特性を実現することはできない。
【０００４】
特に、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射することで生じた混合気に点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関においては、吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関に比較して、一層複雑な運転状態が実行される。この複雑な運転状態に応じた各種の性能要求、例えば内部ＥＧＲの制御幅の拡大、体積効率向上、ポンピングロス低減等といった要求に、吸気バルブや排気バルブのバルブ特性を応じさせる必要がある。しかし、従来のごとく補助カム山の高さを調整するだけでは十分にバルブ特性を、筒内噴射式内燃機関における性能要求に応じさせることはできない。
【０００５】
本発明は、筒内噴射式内燃機関において要求されるバルブ特性を実現できるバルブ特性制御装置の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
【００２１】
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置は、気筒毎に２つの吸気経路と該２つの吸気経路に対応して２つの吸気バルブが設けられ、一方の吸気経路に該吸気経路を開閉する気流制御弁が設けられるとともに、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射することで生じた混合気に点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置であって、前記２つの吸気バルブの駆動に用いられる２つのカムの内、気流制御弁が設けられていない吸気経路側の吸気バルブを駆動するカムは、メインリフトとサブリフトとが複合したリフト特性を有すると共にカムプロフィールが回転軸方向にて異なる２種のリフトパターンの間で連続的に変化している複合リフト３次元カムであり、気流制御弁が設けられている吸気経路側の吸気バルブを駆動するカムは、サブリフトが存在せずメインリフトが回転軸方向で異なる単純リフト３次元カムであって、これら３次元カムの回転軸方向の位置を調整することで各吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブリフト可変機構を備えたことを特徴とする。
【００２２】
２吸気バルブタイプの筒内噴射式内燃機関において、一方の吸気経路内に気流制御弁を設けて燃焼室内に旋回流や乱流を生じさせるようにした場合に、気流制御弁を設けた吸気経路の吸気バルブを駆動する３次元カムと気流制御弁を設けていない吸気経路の吸気バルブを駆動する３次元カムとのカムプロフィールを異なるようにしている。
【００２３】
このようにすることにより、気流制御弁の開閉状態と、異なるカムプロフィールの３次元カムによる個々の吸気バルブの特性との組み合わせにより、更に複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関の運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【００２５】
更に、気流制御弁が無い側の吸気バルブを駆動するカムは、メインリフトおよびサブリフトが存在する複合リフト３次元カムを用いる。そして、気流制御弁が有る側の吸気バルブを駆動するカムは、メインリフトのみが存在する単純リフト３次元カムを用いる。このことにより、例えば、内部ＥＧＲを行うと共に、燃焼室内に旋回流や乱流を生じさせて燃焼性を安定させたい場合などにも対応できるなど、複雑な吸気バルブ特性を実現できる。したがって、筒内噴射式内燃機関の運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【００２６】
請求項２記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置は、請求項１記載の構成において、前記複合リフト３次元カムにおける前記２種のリフトパターンの内の一方の第１リフトパターンは、サブリフトを有さずメインリフトのみのリフトパターンであり、他方の第２リフトパターンは、サブリフトとメインリフトとを有するリフトパターンであることを特徴とする。
【００２７】
このように、複合リフト３次元カムにおいて、第１リフトパターン側ではメインリフトのみとし、第２リフトパターンはサブリフトとメインリフトとを有するようにしても良い。このようにしても、複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関の運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【００２８】
請求項３記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置は、請求項１または２の構成に加えて、前記３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を連続的に調整することで、吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブタイミング可変機構を備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１または２の構成に、更に３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を連続的に調整するバルブタイミング可変機構を加えている。このことにより、バルブリフト可変機構によるリフトパターンを、クランクシャフトに対して進角させたり遅角させたりできる。
【００３０】
したがって、複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関の運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
請求項４記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置は、請求項１〜３のいずれか記載の構成において、前記バルブリフト可変機構は、３次元カムの回転軸方向の位置調整に連動して３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を変化させることを特徴とする。
【００３１】
このように、バルブリフト可変機構自体も、３次元カムの回転軸方向の位置調整に連動して３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を変化させるようにしても良い。このことにより、より筒内噴射式内燃機関の運転状態に適合させたバルブ特性を得られ易くなる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の前提技術を理解する上での参考例を示す。
［参考例１］
図１に、筒内噴射式内燃機関としての直列４気筒の車載用ガソリンエンジン１１における動弁系を中心とする概略構成を示す。このエンジン１１においては、バルブ特性制御装置１０が吸気側カムシャフト２２に設けられている。
【００３３】
エンジン１１は、往復移動するピストン１２が設けられたシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３の下側に設けられたオイルパン１３ａと、シリンダブロック１３の上側に設けられたシリンダヘッド１４とを備えている。
【００３４】
このエンジン１１の下部には出力軸であるクランクシャフト１５が回転可能に支持され、同クランクシャフト１５にはコンロッド１６を介してピストン１２が連結されている。そして、ピストン１２の往復移動は、コンロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。また、ピストン１２の上側には燃焼室１７が設けられ、この燃焼室１７には吸気ポート１８および排気ポート１９が接続されている。そして、吸気ポート１８と燃焼室１７とは吸気バルブ２０により連通・遮断され、排気ポート１９と燃焼室１７とは排気バルブ２１により連通・遮断されるようになっている。
【００３５】
一方、シリンダヘッド１４には、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２３が平行に設けられている。吸気側カムシャフト２２は回転可能かつ軸方向へ移動可能にシリンダヘッド１４上に支持されており、排気側カムシャフト２３は回転可能であるが軸方向には移動不可能にシリンダヘッド１４上に支持されている。
【００３６】
吸気側カムシャフト２２の一端部には、タイミングスプロケット２４ａを備えクランクシャフト１５と吸気側カムシャフト２２との回転位相差を変更するための回転位相差可変アクチュエータ２４（バルブタイミング可変機構に相当）が設けられている。また、吸気側カムシャフト２２の他端部には吸気側カムシャフト２２を回転軸方向へ移動させるためのリフト可変アクチュエータ２２ａ（バルブリフト可変機構に相当）が設けられている。また、排気側カムシャフト２３の一端部にはタイミングスプロケット２５が取り付けられている。このタイミングスプロケット２５および回転位相差可変アクチュエータ２４のタイミングスプロケット２４ａは、タイミングチェーン１５ｂを介して、クランクシャフト１５に取り付けられたタイミングスプロケット１５ａに連結されている。そして、駆動側回転軸としてのクランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン１５ｂを介して、従動側回転軸としての吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２３に伝達される。このことによって、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２３はクランクシャフト１５の回転に同期して回転する。なお、図１の例では、クランクシャフト１５、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２３は、タイミングスプロケット１５ａ，２４ａ，２５側から見て、右回り（時計回り）に回転する。
【００３７】
吸気側カムシャフト２２には、吸気バルブ２０の上端に取り付けられたバルブリフタ２０ａに当接する吸気カム２７が設けられ、排気側カムシャフト２３には、排気バルブ２１の上端に取り付けられたバルブリフタ２１ａに当接する排気カム２８が設けられている。そして、吸気側カムシャフト２２が回転すると、吸気カム２７により吸気バルブ２０が開閉駆動され、排気側カムシャフト２３が回転すると、排気カム２８により排気バルブ２１が開閉駆動される。なお、排気側カムシャフト２３には排気カム２８以外に、図示していないがポンプカムが取り付けられており、排気側カムシャフト２３の回転に伴って高圧燃料ポンプを駆動している。この高圧燃料ポンプは後述する燃料噴射弁１７ｂから燃焼室１７内に直接燃料を噴射するための燃料圧を形成するためである。
【００３８】
図２に表すシリンダヘッド１４の平面断面に示されているように、２つの吸気ポート１８は略直線状に延びるストレート型吸気ポートである。また、シリンダヘッド１４の内壁面の中央部には点火プラグ１７ａが配置されている。更に、吸気バルブ２０近傍のシリンダヘッド１４の内壁面周辺部には、燃焼室１７内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁１７ｂが配置されている。
【００３９】
なお、図３はピストン１２における頂面の平面図、図４は図２におけるＸ−Ｘ断面図、図５は図２におけるＹ−Ｙ断面図である。図示されるように略山形に形成されたピストン１２の頂面上には燃料噴射弁１７ｂの下方から点火プラグ１７ａの下方まで延びるドーム形の輪郭形状を有する凹部１２ａが形成されている。
【００４０】
図２に示したごとく、各気筒の２つの吸気ポート１８は吸気マニホールド内に形成された２つの吸気通路１８ａ，１８ｂを介してサージタンク１８ｃに接続されている。この内の一方の吸気通路１８ａ内にはそれぞれ気流制御弁１８ｄが配置されている。これらの気流制御弁１８ｄは、共通のシャフト１８ｅを介して接続されると共に、このシャフト１８ｅを介してアクチュエータ１８ｆによりエンジン１１の運転状態に応じて開閉作動される。なお、気流制御弁１８ｄが閉状態とされた場合には、一方の吸気ポート１８のみから吸入される吸気により燃焼室１７内には強い旋回流Ａが生じる。
【００４１】
ここで、排気カム２８のカムプロフィールは排気側カムシャフト２３の軸方向に対して一定となっているが、吸気カム２７のカムプロフィールは、後述するごとく吸気側カムシャフト２２の軸方向に連続的に変化している。すなわち、吸気カム２７は３次元カムとして構成されている。
【００４２】
次に、吸気側カムシャフト２２をその回転軸方向へ移動させるためのリフト可変アクチュエータ２２ａ、およびこのリフト可変アクチュエータ２２ａを油圧により駆動するための給油構造について図６に基づき説明する。
【００４３】
図６に示すように、リフト可変アクチュエータ２２ａは、筒状をなすシリンダチューブ３１と、シリンダチューブ３１内に設けられたピストン３２と、シリンダチューブ３１の両端開口部を塞ぐように設けられた一対のエンドカバー３３と、ピストン３２と図示右側のエンドカバー３３との間に配置された圧縮状態のコイルスプリング３２ａとから構成されている。このシリンダチューブ３１はシリンダヘッド１４に固定されている。
【００４４】
ピストン３２には一方のエンドカバー３３を貫通した補助シャフト３３ａを介して吸気側カムシャフト２２が連結されている。なお補助シャフト３３ａと吸気側カムシャフト２２との間は転がり軸受３３ｂが介在し、リフト可変アクチュエータ２２ａは、回転する吸気側カムシャフト２２を補助シャフト３３ａと転がり軸受３３ｂとを介して回転軸方向に円滑に駆動できるようにしている。
【００４５】
シリンダチューブ３１内は、ピストン３２により第１圧力室３１ａおよび第２圧力室３１ｂに区画されている。 第１圧力室３１ａには、一方のエンドカバー３３に形成された第１給排通路３４が接続され、第２圧力室３１ｂには、他方のエンドカバー３３に形成された第２給排通路３５が接続されている。
【００４６】
第１給排通路３４または第２給排通路３５を介して、第１圧力室３１ａと第２圧力室３１ｂとに対し選択的に作動油を供給すると、ピストン３２は吸気側カムシャフト２２の回転軸方向に移動する。このピストン３２の移動に伴い、吸気側カムシャフト２２も回転軸方向へ移動する。
【００４７】
第１給排通路３４および第２給排通路３５は、第１オイルコントロールバルブ３６に接続されている。この第１オイルコントロールバルブ３６には供給通路３７および排出通路３８が接続されている。そして、供給通路３７はクランクシャフト１５の回転に伴って駆動されるオイルポンプＰを介してオイルパン１３ａに接続されており、排出通路３８はオイルパン１３ａに直接接続されている。
【００４８】
第１オイルコントロールバルブ３６はケーシング３９を備え、ケーシング３９には、第１給排ポート４０、第２給排ポート４１、第１排出ポート４２、第２排出ポート４３、および供給ポート４４が設けられている。第１給排ポート４０には第１給排通路３４が接続され、第２給排ポート４１には第２給排通路３５が接続されている。更に、供給ポート４４には供給通路３７が接続され、第１排出ポート４２および第２排出ポート４３には排出通路３８が接続されている。また、ケーシング３９内には、４つの弁部４５を有してコイルスプリング４６および電磁ソレノイド４７によりそれぞれ逆の方向に付勢されるスプール４８が設けられている。
【００４９】
電磁ソレノイド４７の消磁状態においては、スプール４８がコイルスプリング４６の弾性力によりケーシング３９の一端側（図６における右側）に配置されて、第１給排ポート４０と第１排出ポート４２とが連通し、第２給排ポート４１と供給ポート４４とが連通する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が供給通路３７、第１オイルコントロールバルブ３６および第２給排通路３５を介して、第２圧力室３１ｂへ供給される。また、第１圧力室３１ａ内にあった作動油が第１給排通路３４、第１オイルコントロールバルブ３６および排出通路３８を介してオイルパン１３ａ内へ戻される。その結果、ピストン３２が図示左側へ移動し、ピストン３２に連動して吸気側カムシャフト２２が矢印Ｓに示す方向の内、方向Ｆへ移動する。なお方向Ｆの移動では、後述するインナギヤ５４とベーンロータ６１との噛み合わせにより、吸気側カムシャフト２２全体がクランクシャフト１５に対して進角方向に回転位相がずれるようにされている。
【００５０】
一方、電磁ソレノイド４７が励磁されたときには、スプール４８がコイルスプリング４６の弾性力に抗してケーシング３９の他端側（図６において左側）に配置されて、第２給排ポート４１が第２排出ポート４３と連通し、第１給排ポート４０が供給ポート４４と連通する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が供給通路３７、第１オイルコントロールバルブ３６および第１給排通路３４を介して第１圧力室３１ａへ供給される。また、第２圧力室３１ｂ内にあった作動油が第２給排通路３５、第１オイルコントロールバルブ３６および排出通路３８を介してオイルパン１３ａ内に戻される。その結果、ピストン３２が図示右側へ移動し、ピストン３２に連動して吸気側カムシャフト２２が矢印Ｓに示す方向の内、方向Ｒへ移動する。なお方向Ｒの移動では、後述するインナギヤ５４とベーンロータ６１との噛み合わせにより、吸気側カムシャフト２２全体がクランクシャフト１５に対して遅角方向に回転位相がずれるようにされている。
【００５１】
更に、電磁ソレノイド４７への給電を制御し、スプール４８をケーシング３９の中間に位置させると、第１給排ポート４０および第２給排ポート４１が閉塞され、それら給排ポート４０，４１を通じての作動油の移動が禁止される。この状態では、第１圧力室３１ａおよび第２圧力室３１ｂに対して作動油の給排が行われず、第１圧力室３１ａおよび第２圧力室３１ｂ内に作動油が充填保持される。このことにより、ピストン３２および吸気側カムシャフト２２の回転軸方向での位置が固定される。図６に示す状態はこの位置固定の状態を表している。
【００５２】
また、電磁ソレノイド４７への給電をデューティ制御することで、第１給排ポート４０における開度あるいは第２給排ポート４１における開度を調整して、供給ポート４４から第１圧力室３１ａまたは第２圧力室３１ｂへの作動油の供給速度を制御できる。
【００５３】
次に、吸気側カムシャフト２２の回転位相差を調整するための回転位相差可変アクチュエータ２４について図７に基づき詳しく説明する。
図７に示すように、回転位相差可変アクチュエータ２４はタイミングスプロケット２４ａを備える。このタイミングスプロケット２４ａは吸気側カムシャフト２２が貫通する筒部５１と、筒部５１の外周面から突出する円板部５２と、円板部５２の外周面に設けられた複数の外歯５３とを備えている。タイミングスプロケット２４ａの筒部５１は、シリンダヘッド１４のジャーナル軸受１４ａとカムシャフトベアリングキャップ１４ｂとに挟持されて回転可能に支持されている。そして、吸気側カムシャフト２２は、筒部５１内を回転軸方向へ摺動して移動できるように筒部５１を貫通している。
【００５４】
更に、吸気側カムシャフト２２の先端部を覆うように設けられたインナギヤ５４が、ボルト５５により固定されている。このインナギヤ５４は図８に示すごとく、斜歯（ここでは左ネジ方向）の大径ギヤ部５４ａと、これとは逆方向の斜歯（ここでは右ネジ方向）の小径ギヤ部５４ｂとが２段に形成された構成をなしている。
【００５５】
更に、インナギヤ５４の小径ギヤ部５４ｂには、図８に示す斜歯（ここでは左ネジ方向）の外歯５６ａとこれとは逆方向の斜歯（ここでは右ネジ方向）の内歯５６ｂとを備えたサブギヤ５６が、その内歯５６ｂにて、図７に示すごとく噛み合わされている。この噛み合せの際には、インナギヤ５４とサブギヤ５６との間にリング状のスプリングワッシャ５７が配置され、サブギヤ５６をインナギヤ５４から離すように軸方向に付勢している。なお、インナギヤ５４とサブギヤ５６との外径は同一であり、大径ギヤ部５４ａとサブギヤ５６の外歯５６ａとは同じ傾き（左ネジ方向）の斜歯である。
【００５６】
タイミングスプロケット２４ａの円板部５２には、複数のボルト５８（ここでは４本のボルト）により、ハウジング５９と、ハウジング５９の内部の内、後述する第１圧力室７０および第２圧力室７１とを密閉するカバー６０とが取り付けられている。なお、カバー６０の中心には、後述する円筒状空間６１ｃを開放して吸気側カムシャフト２２の軸方向への摺動を円滑に行うための穴部６０ａが設けられている。
【００５７】
ボルト５８、カバー６０およびボルト５５を取り外してハウジング５９の内部を図７において左から見た状態を図９に示す。なお、図７の回転位相差可変アクチュエータ２４は、図９におけるＢ−Ｂ線での断面状態を示している。
【００５８】
ハウジング５９は、内周面５９ａから中心方向に向かって複数の壁部６２，６３，６４，６５（ここでは４つ）が突出している。そして、その壁部６２，６３，６４，６５の先端面に対して、外周面６１ａにて接して円盤状のベーンロータ６１が回動可能に配置されている。
【００５９】
円盤状のベーンロータ６１の中心部は円筒状空間６１ｃ（図７）が形成されて、その内周面は吸気側カムシャフト２２の回転軸方向に沿って左ネジ方向の螺旋状に延びるヘリカルスプライン部６１ｂを形成している。前述したインナギヤ５４の大径ギヤ部５４ａとサブギヤ５６の外歯５６ａとは共にこのヘリカルスプライン部６１ｂに噛み合わされている。
【００６０】
斜歯の内歯５６ｂと斜歯の小径ギヤ部５４ｂとの噛み合わせと、スプリングワッシャ５７との作用により、インナギヤ５４の大径ギヤ部５４ａとサブギヤ５６の外歯５６ａとは相対的に逆方向に回動する付勢力を生じている。このため、ヘリカルスプライン部６１ｂとギヤ５４，５６間のバックラッシュによる誤差を吸収することができ、ベーンロータ６１に対してインナギヤ５４は設定される回転位相位置に高精度に配置される。したがって、ベーンロータ６１と吸気側カムシャフト２２とを、高精度の回転位相関係にて取り付けることができる。なお、図７においては、見やすくするため、ヘリカルスプライン部６１ｂは一部のみ示し、他は図示を省略しているが、ヘリカルスプライン部６１ｂはベーンロータ６１の円筒状空間６１ｃの内周面全体に形成されている。
【００６１】
円盤状のベーンロータ６１の外周面６１ａには、壁部６２，６３，６４，６５の間の空間に突出して、先端をハウジング５９の内周面５９ａに接しているベーン６６，６７，６８，６９を備えている。これらのベーン６６，６７，６８，６９が壁部６２，６３，６４，６５間の空間を区画することにより、第１圧力室７０と第２圧力室７１とを形成している。
【００６２】
この内の１つのベーン６６は、他のベーン６７，６８，６９より回転方向に幅広に形成され、吸気側カムシャフト２２の軸方向に沿って延びる貫通孔７２を有する。貫通孔７２内において移動可能に収容されたロックピン７３は、その内部に収容孔７３ａを有する。この収容孔７３ａ内に設けられたスプリング７４は、ロックピン７３を円板部５２へ向かって付勢している。
【００６３】
また、ベーンロータ６１はその先端面に形成された油溝７２ａを有する。この油溝７２ａはカバー６０を貫通している円弧状の貫通開放口７２ｂ（図１）と貫通孔７２とを連通する。この貫通開放口７２ｂと油溝７２ａとは、貫通孔７２の内部においてロックピン７３よりもカバー６０側にある空気あるいは油をカバー６０より外部に排出する機能を有する。
【００６４】
図９のＣ−Ｃ線における断面である図１０および図１１に示すごとく、ロックピン７３が円板部５２に設けられた係止穴７５に対向していた場合（図１１）には、ロックピン７３がスプリング７４の付勢力により係止穴７５に係止し、円板部５２に対するベーンロータ６１の相対回動位置が固定される。また、図１０においては、ベーンロータ６１は最遅角位置にあり、ベーン６６に設けられたロックピン７３は係止穴７５に対向しておらず、ロックピン７３の先端部７３ｂが係止穴７５に挿入されていない状態を示している。図９の状態は、図１０と同じく、ロックピン７３の先端部７３ｂが係止穴７５に挿入されていない状態である。
【００６５】
エンジン１１が始動時などである場合、あるいは後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）１３０による油圧制御が開始されていない場合などでは、第１圧力室７０および第２圧力室７１の油圧がゼロあるいは十分に上昇していない。このような場合には、始動時のクランキング動作により、吸気側カムシャフト２２に逆トルクが生じて、ベーンロータ６１がハウジング５９に対して進角方向に相対回動する。このことで、図１０に示した状態から、ロックピン７３が係止穴７５に挿入できる相対回動位置に到達し、図１１に示すごとくロックピン７３が係止穴７５に挿入し係止する。このようにロックピン７３が係止穴７５に係止した場合には、ベーンロータ６１とハウジング５９との相対回動が禁止され、ベーンロータ６１とハウジング５９とは一体となって回転することができる。
【００６６】
なお、係止穴７５に係止されたロックピン７３の解除は、エンジン１１の始動後に、図１０および図１１に示す油路７６を介して第２圧力室７１から環状油空間７７に油圧が供給されることにより行われる。すなわち、環状油空間７７に供給される油圧が上昇することにより、スプリング７４の付勢力に抗してロックピン７３が係止穴７５から外れ、ロックピン７３の係止が解除される。また、油路７８を介して第１圧力室７０から係止穴７５に油圧が供給されて、ロックピン７３の解除状態が確実に保持される。このように、ロックピン７３の係止が解除された状態で、ハウジング５９およびベーンロータ６１間の相対回動が許容され、第１圧力室７０および第２圧力室７１に供給される油圧に対応して、ハウジング５９に対するベーンロータ６１の相対回動位相が調整可能となる。例えば、図１２に示すごとく、ベーンロータ６１をハウジング５９に対して更に進角させることができる。
【００６７】
上述した構成において、エンジン１１の駆動によりクランクシャフト１５が回転すると、その回転がタイミングチェーン１５ｂを介してタイミングスプロケット２４ａに伝達される。このとき、タイミングスプロケット２４ａおよび吸気側カムシャフト２２が、調整されている回転位相差状態で一体に回転する。この吸気側カムシャフト２２の回転に伴なって吸気バルブ２０（図１）が開閉駆動される。
【００６８】
そして、エンジン１１の駆動時に、第１圧力室７０および第２圧力室７１に対する油圧制御により、ハウジング５９に対してベーンロータ６１を回転方向に相対的に回動させる。すなわち吸気側カムシャフト２２をクランクシャフト１５に対し進角する側に回転位相差の調整制御を行うと、吸気バルブ２０の作用角全体が進角して吸気バルブ２０の開閉タイミングは早くなる。
【００６９】
逆に、ハウジング５９に対してベーンロータ６１を回転方向とは逆方向に相対的に回動させる。すなわち吸気側カムシャフト２２をクランクシャフト１５に対し遅角する側に回転位相差の調整制御を行うと、吸気バルブ２０の作用角全体が遅角して吸気バルブ２０の開閉タイミングは遅くなる。
【００７０】
次に、回転位相差可変アクチュエータ２４にあって、吸気側カムシャフト２２の回転位相差を調整するために、ハウジング５９とベーンロータ６１間の回転位相差を油圧制御する構成について説明する。
【００７１】
図７，９に示したごとく、ハウジング５９の内部に突出する各壁部６２〜６５の第１圧力室７０側には、それぞれ進角用油路開口部８０が開口し、各壁部６２〜６５の第２圧力室７１側には、それぞれ遅角用油路開口部８１が開口している。また、進角用油路開口部８０に接する各壁部６２〜６５の内で円板部５２側には、ベーン６６〜６９が進角用油路開口部８０を塞いでいても、ベーンロータ６１が進角方向に回動する油圧を与えることができるように、凹部６２ａ〜６５ａが設けられている。同様に、遅角用油路開口部８１に接する各壁部６２〜６５の内で円板部５２側には、ベーン６６〜６９が遅角用油路開口部８１を塞いでいても、ベーンロータ６１が遅角方向に回動する油圧を与えることができるように、凹部６２ｂ〜６５ｂが設けられている。
【００７２】
各進角用油路開口部８０は、円板部５２内の進角制御油路８４、筒部５１内の進角制御油路８６，８８により、筒部５１の一方の外周溝５１ａに接続されている。また、各遅角用油路開口部８１は、円板部５２内の遅角制御油路８５、筒部５１内の遅角制御油路８７，８９により、筒部５１の他方の外周溝５１ｂに接続されている。
【００７３】
また、筒部５１内の遅角制御油路８７から分岐した潤滑油路９０は筒部５１の内周面５１ｃに設けられた幅広の内周溝９１に接続している。このことにより、遅角制御油路８７内を流れる作動油を、筒部５１の内周面５１ｃと吸気側カムシャフト２２の端部外周面２２ｂに潤滑油として導く。
【００７４】
筒部５１の一方の外周溝５１ａは、シリンダヘッド１４内の進角制御油路９２を介して第２オイルコントロールバルブ９４に接続され、筒部５１の他方の外周溝５１ｂはシリンダヘッド１４内の遅角制御油路９３を介して第２オイルコントロールバルブ９４に接続されている。
【００７５】
第２オイルコントロールバルブ９４には、供給通路９５および排出通路９６が接続されている。そして、供給通路９５は第１オイルコントロールバルブ３６にて用いたと同一のオイルポンプＰを介してオイルパン１３ａに接続しており、排出通路９６はオイルパン１３ａに直接接続している。したがって、オイルポンプＰは、オイルパン１３ａから二つの供給通路３７，９５へ作動油を送り出すようになっている。
【００７６】
第２オイルコントロールバルブ９４は第１オイルコントロールバルブ３６と同様に構成されている。すなわち、第２オイルコントロールバルブ９４は、ケーシング１０２、第１給排ポート１０４、第２給排ポート１０６、弁部１０７、第１排出ポート１０８、第２排出ポート１１０、供給ポート１１２、コイルスプリング１１４、電磁ソレノイド１１６、およびスプール１１８を備えている。そして、第１給排ポート１０４にはシリンダヘッド１４内の進角制御油路９２が接続され、第２給排ポート１０６にはシリンダヘッド１４内の遅角制御油路９３が接続されている。また、供給ポート１１２には供給通路９５が接続され、第１排出ポート１０８および第２排出ポート１１０には排出通路９６が接続されている。
【００７７】
したがって、電磁ソレノイド１１６の消磁状態においては、スプール１１８がコイルスプリング１１４の弾性力によりケーシング１０２の一端側（図７において右側）に配置される。このことにより、第１給排ポート１０４と第１排出ポート１０８とが連通し、第２給排ポート１０６が供給ポート１１２と連通する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が、供給通路９５、第２オイルコントロールバルブ９４、遅角制御油路９３、外周溝５１ｂ、遅角制御油路８９、遅角制御油路８７、遅角制御油路８５、遅角用油路開口部８１、および凹部６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂを介して回転位相差可変アクチュエータ２４の第２圧力室７１へ供給される。また、回転位相差可変アクチュエータ２４の第１圧力室７０内にあった作動油は、凹部６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ、進角用油路開口部８０、進角制御油路８４、進角制御油路８６、進角制御油路８８、外周溝５１ａ、進角制御油路９２、第２オイルコントロールバルブ９４、および排出通路９６を介してオイルパン１３ａ内へ戻される。その結果、ベーンロータ６１がハウジング５９に対して遅角方向へ相対回動し、前述したように吸気側カムシャフト２２はクランクシャフト１５に対し遅角する方向に相対回転する。
【００７８】
一方、電磁ソレノイド１１６が励磁されたときには、スプール１１８がコイルスプリング１１４の弾性力に抗してケーシング１０２の他端側（図７において左側）に配置される。このことにより、第２給排ポート１０６が第２排出ポート１１０と連通し、第１給排ポート１０４が供給ポート１１２と連通する。この状態では、オイルパン１３ａ内の作動油が、供給通路９５、第２オイルコントロールバルブ９４、進角制御油路９２、外周溝５１ａ、進角制御油路８８、進角制御油路８６、進角制御油路８４、進角用油路開口部８０、および凹部６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａを介して、回転位相差可変アクチュエータ２４の第１圧力室７０へ供給される。また、回転位相差可変アクチュエータ２４の第２圧力室７１内にあった作動油は、凹部６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂ、遅角用油路開口部８１、遅角制御油路８５、遅角制御油路８７、遅角制御油路８９、外周溝５１ｂ、遅角制御油路９３、第２オイルコントロールバルブ９４、および排出通路９６を介してオイルパン１３ａ内へ戻される。その結果、ベーンロータ６１がハウジング５９に対して進角方向へ相対回動し、前述したように吸気側カムシャフト２２はクランクシャフト１５に対し進角する方向に相対回転する。
【００７９】
更に、電磁ソレノイド１１６への給電を制御し、スプール１１８をケーシング１０２の中間に位置させると、第１給排ポート１０４および第２給排ポート１０６が閉塞され、それら給排ポート１０４，１０６を通じての作動油の移動が禁止される。この状態では、回転位相差可変アクチュエータ２４の第１圧力室７０および第２圧力室７１に対して作動油の給排が行われない。この結果、第１圧力室７０および第２圧力室７１内には作動油が充填保持されて、ベーンロータ６１はハウジング５９に対する相対回動は停止する。したがって、吸気側カムシャフト２２とクランクシャフト１５との回転位相差は、ベーンロータ６１が固定されたときの状態に保持される。
【００８０】
また、電磁ソレノイド１１６への給電をデューティ制御することで、第１給排ポート１０４における開度あるいは第２給排ポート１０６における開度を調整して、供給ポート１１２から第１圧力室７０あるいは第２圧力室７１への作動油の供給速度を制御できる。
【００８１】
ここで、吸気カム２７のカムプロフィールについて説明する。
吸気カム２７は、図１３の斜視図に示すごとく吸気側カムシャフト２２の矢印Ｓで示す回転軸方向において、カム面２７ａのプロフィールが変化している３次元カムとして構成されている。ここで、矢印Ｓ方向の内で方向Ｆ側の前方端面２７ｂ側（第２リフトパターン側に相当）でのカムノーズ２７ｄの高さは、方向Ｒ側の後方端面２７ｃ側（第１リフトパターン側に相当）でのカムノーズ２７ｄの高さよりも高くされている。そして、後方端面２７ｃ側から前方端面２７ｂ側に移行するにしたがって、吸気バルブ２０に対する作用角も、図１４に示すごとく、後方端面２７ｃ（実線で示す）側の最小作用角ｄθｍｉｎから、前方端面２７ｂ（一点鎖線で示す）側の最大作用角ｄθｍａｘへと次第に大きくなっている。
【００８２】
図１５に吸気カム２７における回転角度に対するリフト量のグラフを表す。図示するごとく、吸気カム２７のリフトパターンには、通常のリフト（以下、メインリフトと称する）以外にサブリフトが存在する。ただし、前方端面２７ｂ側ではサブリフトが十分に現れているが、後方端面２７ｃ側ではサブリフトは存在しない。このため図１４に示したごとく、バルブ閉じ側よりもバルブ開き側において作用角の増減が特に大きくなる。
【００８３】
そして、前方端面２７ｂと後方端面２７ｃとの間は、カムプロフィールが連続的に変化している。このように、吸気カム２７はメインリフトとサブリフトとが複合したリフト特性を有すると共に、回転軸方向にてメインリフトとサブリフトとが連続的に変化している複合リフト３次元カムとして構成されている。
【００８４】
したがって、リフト可変アクチュエータ２２ａにより吸気側カムシャフト２２を方向Ｒへ移動すると吸気バルブ２０用のバルブリフタ２０ａに対する当接位置が前方端面２７ｂ側へ移動して吸気バルブ２０の作用角を大きくできる。逆に吸気側カムシャフト２２を方向Ｆへ移動すると吸気バルブ２０用のバルブリフタ２０ａに対する当接位置が後方端面２７ｃ側へ移動して吸気バルブ２０の作用角を小さくできる。しかも、当接位置が前方端面２７ｂ側へ近づくほど、サブリフトの作用により急速に吸気バルブ２０の開タイミングが進角する。
【００８５】
なお、前述したごとく、リフト可変アクチュエータ２２ａによる吸気側カムシャフト２２の方向Ｒへの移動に連動して、吸気側カムシャフト２２の回転位相はクランクシャフト１５に対して遅角する。本参考例１では、図１６に示すごとく、前方端面２７ｂ側をバルブリフタ２０ａに当接させた場合と、後方端面２７ｃ側をバルブリフタ２０ａに当接させた場合とでは、吸気カム２７の位相に２１°ＣＡ（ＣＡはクランク角度を示す）の位相差が生じる。図１６では、リフト可変アクチュエータ２２ａにより吸気側カムシャフト２２を方向Ｒへの移動量が、０ｍｍ（後方端面２７ｃ側）、２ｍｍ、５．２ｍｍ、９ｍｍ（前方端面２７ｂ側）の状態を表している。
【００８６】
また本参考例１では、吸気側カムシャフト２２は回転位相差可変アクチュエータ２４により、最遅角位置から進角方向に５７°ＣＡ進角される。図１６に実線で示す状態は最遅角位置を示し、二点鎖線で示す状態は進角方向に５７°ＣＡ進角した場合を示している。
【００８７】
したがって、リフト可変アクチュエータ２２ａと回転位相差可変アクチュエータ２４とにより、図１６に実線と二点鎖線で示すごとくの広い範囲にて、作用角と開閉タイミングの調整を吸気バルブ２０に実現することができる。
【００８８】
図１７にエンジン制御系の概略構成を表す。ＥＣＵ１３０は、デジタルコンピュータからなり、ＣＰＵ１３０ａ、ＲＡＭ１３０ｂ、ＲＯＭ１３０ｃ、入力ポート１３０ｄ、出力ポート１３０ｅおよびこれらを相互に接続する双方向性バス１３０ｆを備えている。
【００８９】
スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ１４６ａはスロットル弁１４６の開度に比例した出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。燃料分配管１５０に設けられた燃圧センサ１５０ａは燃料分配管１５０内の燃料圧力に比例した出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。アクセルペダル１７４にはアクセル開度センサ１７６が取り付けられ、アクセルペダル１７４の踏み込み量に比例した出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。クランク角センサ１８２は、クランクシャフト１５が３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート１３０ｄに入力される。ＣＰＵ１３０ａではクランク角センサ１８２の出力パルスの頻度からエンジン回転数ＮＥを計算する。
【００９０】
また、カム角センサ１８３ａは吸気側カムシャフト２２の回転に応じて出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート１３０ｄに入力される。ＣＰＵ１３０ａは、カム角センサ１８３ａの出力パルスの状態から気筒を判別すると共に、この気筒判別データとクランク角センサ１８２の出力パルスとから現在のクランク角を計算する。更に、ＣＰＵ１３０ａでは上述のごとく得られたクランク角と、カム角センサ１８３ａの出力パルスから得られたカム角とに基づいてクランクシャフト１５と吸気側カムシャフト２２との回転位相差を検出している。また、シャフト位置センサ１８３ｂは吸気側カムシャフト２２の回転軸方向（矢印Ｓの方向）の移動位置に比例した出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。
【００９１】
サージタンク１８ｃには、吸気圧センサ１８４が設けられ、サージタンク１８ｃ内の吸気圧ＰＭ（吸入空気の圧力：絶対圧）に対応した出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。エンジン１１のシリンダブロック１３には水温センサ１８６が設けられ、エンジン１１の冷却水温度ＴＨＷを検出し冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。排気マニホルド１４８には空燃比センサ１８８が設けられ、空燃比に応じた出力電圧をＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１３０ｄに入力している。
【００９２】
出力ポート１３０ｅは、対応する駆動回路１９０を介して各燃料噴射弁１７ｂ、気流制御弁１８ｄの駆動用アクチュエータ１８ｆ、第１オイルコントロールバルブ３６、第２オイルコントロールバルブ９４、スロットル弁１４６の駆動用モータ１４４、補助燃料噴射弁１５２、高圧燃料ポンプ１５４の電磁スピル弁１５４ａ、およびイグナイタ１９２に接続されて、各装置１７ｂ，１８ｆ，３６，９４，１４４，１５２，１５４ａ，１９２を必要に応じて駆動制御している。
【００９３】
次に筒内噴射式内燃機関であることを特徴とするエンジン１１において、燃料噴射制御および関連する処理について説明する。
図１８に燃料噴射制御に必要な運転領域を設定する処理のフローチャートを示す。本運転領域設定処理は、エンジン暖機後に、予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。なおフローチャート中の個々の処理ステップを「Ｓ〜」で表す。
【００９４】
まず、クランク角センサ１８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥと、アクセル開度センサ１７６の信号から得られているアクセルペダル１７４の踏み込み量（以下、アクセル開度と称する）ＡＣＣＰとがＲＡＭ１３０ｂの作業領域に読み込まれる（Ｓ１００）。
【００９５】
次に、これらエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰとに基づいて、リーン燃料噴射量ＱＬを算出する（Ｓ１１０）。このリーン燃料噴射量ＱＬは、成層燃焼を行う際に要求トルクを実現するのに最適な燃料噴射量を表している。リーン燃料噴射量ＱＬは予め実験により求められて、図１９に示すごとく、アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップとしてＲＯＭ１３０ｃ内に記憶されている。ステップＳ１１０ではこのマップに基づいてリーン燃料噴射量ＱＬが算出される。
【００９６】
次に、こうして求められたリーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとに基づいて、図２０に示されるような４つの運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が定められる（Ｓ１１５）。こうして一旦処理を終了する。このように運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が定められると、各運転領域Ｒｌ〜Ｒ４に応じて後述するごとく燃料噴射形態が制御される。
【００９７】
上述した運転領域設定処理により設定された運転領域を参照して実行される燃料噴射量制御処理のフローチャートを図２１に示す。なお、図２１の処理は暖機後に実行される処理であり、これ以外の状態、例えばエンジン１１の始動時や暖機前アイドルの状態では、図２１の燃料噴射量制御処理とは別個の処理にて燃料噴射量が設定される。
【００９８】
燃料噴射量制御処理が開始されると、まず、クランク角センサ１８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥ、吸気圧センサ１８４の信号から得られている吸気圧ＰＭ、および空燃比センサ１８８の信号から得られている酸素濃度検出値ＶｏｘをＲＡＭ１３０ｂの作業領域に読み込む（Ｓ１２０）。
【００９９】
次に、現在、運転領域Ｒ４が設定されているか否かが判定される（Ｓ１２２）。現在の運転状態が運転領域Ｒ４として設定されていると判定された場合には（Ｓ１２２で「ＹＥＳ」）、予めＲＯＭ１３０ｃに設定されている図２２のマップを用いて、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳが算出される（Ｓ１３０）。
【０１００】
次に、高負荷増量ＯＴＰ算出処理（Ｓ１４０）が行われる。この高負荷増量ＯＴＰ算出処理では、図２３のフローチャートに示すごとく、まず、アクセル開度ＡＣＣＰが高負荷増量判定値ＫＯＴＰＡＣを越えているか否かが判定される（Ｓ１４１）。
【０１０１】
ＡＣＣＰ≦ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＮＯ」）、高負荷増量ＯＴＰには値「０」が設定される（Ｓ１４２）。すなわち燃料の増量補正は行われない。こうして、高負荷増量ＯＴＰ算出処理を一旦出る。
【０１０２】
ＡＣＣＰ＞ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＹＥＳ」）、高負荷増量ＯＴＰには値Ｍ（例えば、１＞Ｍ＞０）が設定される（Ｓ１４４）。すなわち燃料の増量補正が行われる。この増量補正は、高負荷時に触媒コンバータ１４９（図１７）が過熱するのを防止するためになされる。
【０１０３】
図２１に戻り、ステップＳ１４０にて高負荷増量ＯＴＰが算出された後に、次に、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１５０）。空燃比フィードバック条件としては、例えば、「（１）始動時でない。（２）燃料カット中でない。（３）暖機完了している。（例えば冷却水温度ＴＨＷ≧４０°）（４）空燃比センサ１８８は活性完了している。（５）高負荷増量ＯＴＰの値が０である。」という条件が挙げられる。ステップＳ１５０ではこれらの条件がすべて成立しているか否かが判定される。
【０１０４】
空燃比フィードバック条件が成立していれば（Ｓ１５０で「ＹＥＳ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦとその学習値ＫＧの算出が行われる（Ｓ１６０）。空燃比フィードバック係数ＦＡＦは空燃比センサ１８８の出力に基づいて算出され、学習値ＫＧは空燃比フィードバック係数ＦＡＦが中心値である１．０からのずれ量を記憶するものであり、このような値を用いた空燃比制御技術は特開平６−１０７３６号公報などに示されているごとく種々の手法が知られている。
【０１０５】
一方、空燃比フィードバック条件が成立していなければ（Ｓ１５０で「ＮＯ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦには１．０が設定される（Ｓ１７０）。
ステップＳ１６０またはＳ１７０の次に、燃料噴射量Ｑが次式１のごとく求められる（Ｓ１８０）。
【０１０６】
【数１】

ここで、α，βはエンジン１１の種類や制御の内容に応じて適宜設定される係数である。
【０１０７】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
ステップＳ１２２にて、運転領域Ｒ４以外の領域、すなわち運転領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のいずれかの場合は（Ｓ１２２で「ＮＯ」）、燃料噴射量Ｑには、運転領域設定処理のステップＳ１１０にて求められているリーン燃料噴射量ＱＬが設定される（Ｓ１９０）。こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【０１０８】
燃料噴射時期制御処理を図２４のフローチャートに示す。本処理は燃料噴射量制御処理と同周期で実行される。なお、本処理はエンジン１１が暖機後に実行される処理であり、これ以外の状態、例えば始動時や暖機前アイドル状態では燃料噴射時期が別途定められる。
【０１０９】
燃料噴射時期制御処理が開始されると、まず、現在、運転領域Ｒ１か否かが判定される（Ｓ２１０）。運転領域Ｒ１であれば（Ｓ２１０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は圧縮行程末期に設定される（Ｓ２２０）。この運転領域Ｒ１では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を圧縮行程末期に噴射する。この圧縮行程末期での噴射による噴射燃料は、図３，４に示したピストン１２の凹部１２ａ内に進行した後、凹部１２ａの周壁面１２ｂに衝突する。周壁面１２ｂに衝突した燃料は気化せしめられつつ移動して点火プラグ１７ａ近傍の凹部１２ａ内に可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ１７ａによって点火がなされることにより、成層燃焼が行われる。
【０１１０】
運転領域Ｒ１でなければ（Ｓ２１０で「ＮＯ」）、次に運転領域Ｒ２か否かが判定される（Ｓ２３０）。運転領域Ｒ２であれば（Ｓ２３０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は吸気行程と圧縮行程末期との２回のタイミングに設定される（Ｓ２４０）。この運転領域Ｒ２では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を吸気行程と圧縮行程末期とに２回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程に第１回目の燃料噴射が行われ、次いで圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射が行われる。第１回目の噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１７内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１７内全体に均質な稀薄混合気が形成される。また、圧縮行程末期に燃料噴射が行われる結果、前述したごとく点火プラグ１７ａ近傍の凹部１２ａ内には可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ１７ａによって点火がなされ、またこの点火火炎によって燃焼室１７内全体を占める稀薄混合気が燃焼される。すなわち、運転領域Ｒ２では前述した運転領域Ｒ１よりも成層度の弱い成層燃焼が行われる。
【０１１１】
運転領域Ｒ２でなければ（Ｓ２３０で「ＮＯ」）、次に運転領域Ｒ３か否かが判定される（Ｓ２５０）。運転領域Ｒ３であれば（Ｓ２５０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は吸気行程に設定される（Ｓ２６０）。この運転領域Ｒ３では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を吸気行程に噴射する。噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１７内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１７内全体に均質な混合気が形成される。この混合気は稀薄であるが可燃性である。この結果、リーンでの均質燃焼が行われる。
【０１１２】
運転領域Ｒ３でなければ（Ｓ２５０で「ＮＯ」）、運転領域Ｒ４であることから、燃料噴射は吸気行程に設定される（Ｓ２７０）。この運転領域Ｒ４では、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳに応じた量の燃料を吸気行程に噴射する。この噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１７内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１７内全体に均質な理論空燃比あるいは増量補正により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比の均質混合気が形成され、この結果、ストイキあるいはリッチでの均質燃焼が行われる。
【０１１３】
ステップＳ２２０，Ｓ２４０，Ｓ２６０，Ｓ２７０の処理が終了すれば、一旦本処理を終了する。このようにして、暖機後の燃料噴射時期が制御される。
なお、エンジン１１の運転状態が始動時あるいは暖機前アイドルでは、図２４の処理とは別の処理にて、必要な燃料量を吸気行程に噴射するように設定され、均質燃焼がなされる。
【０１１４】
次に、吸気側カムシャフト２２のシャフト位置およびクランクシャフト１５に対する回転位相差を調整することで、吸気バルブ２０のバルブ特性をエンジン１１の運転状態に応じて調整するバルブ特性目標値設定処理について説明する。本処理の内容を図２５のフローチャートに示す。この処理は予め定められた制御周期（時間毎あるいはクランク角回転毎）で繰り返し実行される。
【０１１５】
なお、フローチャートでは示していないが、シャフト位置センサ１８３ｂにて実シャフト位置が検出されることにより、リフト可変アクチュエータ２２ａによる吸気側カムシャフト２２の回転軸方向での移動位置フィードバック制御が行われる。この移動位置フィードバック制御は、後述する目標シャフト位置Ｌｔに対して実シャフト位置が一致するようにリフト可変アクチュエータ２２ａを制御するものである。
【０１１６】
また、フローチャートでは示していないが、クランク角センサ１８２およびカム角センサ１８３ａからの検出値に基づいて、クランクシャフト１５に対する吸気側カムシャフト２２の実進角値が計算される。そして、この実進角値に基づいて、回転位相差可変アクチュエータ２４による吸気側カムシャフト２２の進角値フィードバック制御が行われる。この進角値フィードバック制御は、後述する目標進角値θｔに対して実進角値が一致するように回転位相差可変アクチュエータ２４を制御するものである。
【０１１７】
まず、バルブ特性目標値設定処理（図２５）が開始されると、前述した各種センサ類の検出値や、別に実行している燃料噴射制御等に用いている各種制御量に基づいて、エンジン１１の運転状態のデータを読み込む（Ｓ３１０）。ここでは、例えば、エンジン負荷として前述したリーン燃料噴射量ＱＬを読み込み、クランク角センサ１８２から検出したエンジン回転数ＮＥを読み込む。
【０１１８】
次に、マップｉに基づいて進角値フィードバック制御用の目標進角値θｔを設定する（Ｓ３２０）。ここで、マップｉは図２６（Ａ）に示すごとく、リーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする目標進角値θｔのマップであり、運転領域Ｒ１〜Ｒ４、始動時（均質燃焼）、暖機前アイドル（均質燃焼）等の運転状態毎に設定されている。
【０１１９】
次に、マップＬに基づいて移動位置フィードバック制御用の目標シャフト位置Ｌｔを設定する（Ｓ３３０）。ここで、マップＬは図２６（Ｂ）に示すごとく、リーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする目標シャフト位置Ｌｔのマップであり、運転領域Ｒ１〜Ｒ４、始動時（均質燃焼）、暖機前アイドル（均質燃焼）等の運転状態毎に設定されている。
【０１２０】
これらマップｉ，Ｌは、特にエンジン１１に対して要求されている性能に対応して、バルブオーバラップや吸気バルブ２０の開閉タイミングを設定するためのものである。
【０１２１】
こうして一旦本処理を終了する。
上述した構成におけるバルブ特性制御装置１０による具体的な制御例を説明する。
【０１２２】
図２７に５つの運転状態Ｐ１〜Ｐ５の例を示す。ここで各運転状態Ｐ１〜Ｐ５は次のような運転状態にある。
運転状態Ｐ１：暖機前のアイドル状態。
【０１２３】
運転状態Ｐ２：アイドル以外の暖機後の低回転高負荷状態。
運転状態Ｐ３：アイドル以外の暖機後の低回転低負荷状態。
運転状態Ｐ４：アイドル以外の暖機後の中回転中負荷状態。
【０１２４】
運転状態Ｐ５：アイドル以外の暖機後の高回転高負荷状態。
ここで燃料噴射時期は、運転状態Ｐ１では暖機前のアイドル状態であることから図２７のマップの位置に関わらず均質燃焼させるために吸気行程に設定される。運転状態Ｐ２〜Ｐ５は図２７のマップに従う。すなわち、図２４の燃料噴射時期制御処理により、運転状態Ｐ２は均質燃焼させるために吸気行程時に、運転状態Ｐ３は成層燃焼させるために圧縮行程末期に、運転状態Ｐ４は均質燃焼させるために吸気行程時に、運転状態Ｐ５は均質燃焼させるために吸気行程時に燃料噴射時期が設定される。
【０１２５】
更に、吸気バルブ２０のバルブ特性は、図２６に示した２種のマップｉ，Ｌから該当する運転状態に対応するマップｉ，Ｌに基づいて回転位相差可変アクチュエータ２４の目標進角値θｔ（進角値°ＣＡ）とリフト可変アクチュエータ２２ａの目標シャフト位置Ｌｔ（ｍｍ）が求められる。各運転状態Ｐ１〜Ｐ５の目標シャフト位置Ｌｔと目標進角値θｔとを図２８の（Ａ），（Ｂ）に示す。
【０１２６】
このようにして求められた目標シャフト位置Ｌｔと目標進角値θｔとに基づいて回転位相差可変アクチュエータ２４とリフト可変アクチュエータ２２ａとが駆動される。その結果、図２８（Ｃ）の全進角値に示すごとく吸気カム２７の回転位相が進角（マイナスは遅角）する。そして、図２８（Ｄ），（Ｅ）の開弁タイミングおよび閉弁タイミングの値に示すごとく吸気バルブ２０の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが調整され、（Ｆ）に示すごとく吸気バルブ２０の作用角が調整される。
【０１２７】
ここで、運転状態Ｐ１では、暖機中での均質燃焼下にてエンジン１１の回転安定性を高めるために、吸気バルブ２０のバルブ特性を、小作用角でかつ排気バルブ２１とは小さいオーバラップ状態あるいはオーバラップしない状態にする。したがって、図２９のリフトパターンＬＰ１に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして作用角を最小にし、目標進角値θｔを０°ＣＡとして最小にしている。小作用角にすることにより、吸気バルブ２０の閉タイミングを遅らせないようにして運転状態Ｐ１での燃焼室内のコンプレッションを上げ、かつバルブオーバラップをほぼ０として、エンジン回転の不安定化を防止することができる。なお、破線で示すリフトパターンＥｘが排気バルブ２１のリフトパターンである。
【０１２８】
運転状態Ｐ２では、アイドル以外の暖機後の低回転高負荷状態において、均質燃焼下にエンジン１１に十分なトルクを発生させるために、吸気バルブ２０のバルブ特性を、小作用角でかつ早期の閉弁タイミングにする。したがって、図２９のリフトパターンＬＰ２に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして作用角を最小とし、目標進角値θｔは３４°ＣＡとしている。このように吸気バルブ２０を早期に閉じることにより、運転状態Ｐ２での吸気の脈動を利用してエンジン１１の体積効率を高めることができ、十分な出力トルクを得ることができる。
【０１２９】
運転状態Ｐ３では、アイドル以外の暖機後の低回転低負荷状態において、成層燃焼下にバルブオーバラップを大きくして十分な内部ＥＧＲを行うために、吸気バルブ２０のバルブ特性を、大作用角でかつ早期の開弁タイミングにする。したがって、図２９のリフトパターンＬＰ３に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは９ｍｍとして作用角を最大とし、目標進角値θｔは５７°ＣＡと最進角にしている。本参考例１の吸気カム２７は複合リフト３次元カムであり、前方端面２７ｂ側にメインリフト以外にサブリフト部分が台地状に存在する。このため、わずかなシャフト位置の変化でも、吸気バルブ２０の開弁タイミングを急激に早めることができる。このように吸気バルブ２０と排気バルブ２１とのバルブオーバラップが極めて大きくなることにより、十分な内部ＥＧＲ量が得られ成層燃焼での燃焼改善が図れる。
【０１３０】
しかも、サブリフト部分は低リフト量で進角側に延びてバルブオーバラップを大きくしている。このため、図３〜５に示したごとく筒内噴射により濃い混合気を成層させるために、ピストン１２の頂面にある凹部１２ａの周りには堤状の部分が存在するが、この堤状の部分に対する干渉、いわゆるバルブスタンプを避けて十分なバルブオーバラップを実現することができる。
【０１３１】
こうして、スロットル弁１４６の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、しかも低燃費で安定した燃焼が可能となる。
運転状態Ｐ４では、アイドル以外の暖機後の中回転中負荷状態において、均質燃焼状態下に燃費を向上させるために、吸気バルブ２０のバルブ特性を、大作用角にしてかつ十分に遅い閉弁タイミングにしている。したがって、図２９のリフトパターンＬＰ４に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは５．２ｍｍとして作用角を大きくし、目標進角値θｔは０°ＣＡと最小にしている。このようにして吸気バルブ２０を極めて遅く閉じることにより、一旦燃焼室１７内に吸い込んだ吸気の一部を吸気バルブ２０から吸気ポート１８側へ戻している。この場合もバルブスタンプを避け得ることは前述したごとくである。このことにより、均質燃焼においても、スロットル弁１４６の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、低燃費を実現することができる。
【０１３２】
運転状態Ｐ５では、アイドル以外の暖機後の高回転高負荷状態において、均質燃焼状態下にエンジン１１に十分なトルクを発生させるために、吸気バルブ２０のバルブ特性を、中作用角でかつ遅めの閉弁タイミングにしている。したがって、図２９のリフトパターンＬＰ５に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは２ｍｍとして作用角を中程度とし、目標進角値θｔは１４°ＣＡとしている。このように吸気バルブ２０を遅めに閉じることにより、運転状態Ｐ５での吸気の脈動を利用してエンジン１１の体積効率を高めることができ、大きい出力トルクを得ることができる。
【０１３３】
なお、上述した運転状態Ｐ１〜Ｐ５以外の運転状態、例えば運転領域Ｒ２，Ｒ３に含まれる運転状態に対してもマップｉ，Ｌに基づいて、図１６に示した広いバルブ特性の範囲の内から、好適なバルブ特性を実現することができる。
【０１３４】
以上説明した本参考例１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．エンジン１１のバルブ特性制御装置１０に備えられているリフト可変アクチュエータ２２ａは、吸気カム２７にカムプロフィールが回転軸方向にて異なる２種のリフトパターンの間でメインリフトおよびサブリフトが連続的に変化している複合リフト３次元カムを用いている。このようにサブリフトのみでなく、メインリフトも２種のリフトパターンの間で連続的に変化している。したがって、吸気カム２７の回転軸方向の位置を調整することでメインリフトを変更することができ、吸気バルブ２０の開閉弁タイミング、作用角あるいはリフト量を広い範囲で無段階に任意に設定することができる。更に、複合リフト３次元カムである吸気カム２７の回転軸方向の位置を調整することで、サブリフトも同時に変更することができ、メインリフトに複合させることで、吸気バルブ２０の開閉弁タイミング、作用角あるいはリフト量に対して更に変化に富んだ調整が可能となる。
【０１３５】
したがって、この無段階に変化するメインリフト特性とサブリフト特性とが組み合わさることにより生じる複雑なリフト特性により、前記運転状態Ｐ１〜Ｐ５にて示したごとく、筒内噴射式内燃機関であるエンジン１１の運転状態に応じた広い範囲の各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０１３６】
（ロ）．吸気カム２７の後方端面２７ｃ側では、前方端面２７ｂ側に比較してサブリフトを無くし、かつメインリフトも低くするようにしている。そして、後方端面２７ｃと前方端面２７ｂとの間を連続的にカムプロフィールを変化させている。このような吸気カム２７のカム面２７ａを設定することにより、複合したリフトパターンを、サブリフトが無くメインリフトが低い状態、すなわち作用角の極めて小さい状態から、サブリフトが有りメインリフトが高い状態、すなわち作用角の極めて大きい状態までを無段階に調整することができる。したがって、前述したごとく筒内噴射式内燃機関であるエンジン１１の運転状態に応じた広い範囲の各種の性能要求に対して、吸気バルブ２０のバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０１３７】
（ハ）．更に本参考例１では、吸気カム２７の回転位相とクランクシャフト１５の回転位相との間の位相差を連続的に調整する回転位相差可変アクチュエータ２４を加えている。このことにより、リフト可変アクチュエータ２２ａによるメインリフトおよびサブリフトのパターンを、クランクシャフト１５に対して進角させたり遅角させたりでき、更に複雑なバルブ特性を実現できる。
【０１３８】
したがって、前述したごとくエンジン１１の運転状態に応じた広い範囲の各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
（ニ）．リフト可変アクチュエータ２２ａ自体も、吸気カム２７の回転軸方向の位置調整に連動して吸気カム２７の回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を変化させるようにしている。特に、本参考例１では、吸気側カムシャフト２２の移動により、吸気カム２７へのバルブリフタ２０ａの当接位置が、後方端面２７ｃ側から前方端面２７ｂに移動することに連動して、吸気カム２７がクランクシャフト１５に対して遅角するようにリフト可変アクチュエータ２２ａが設計されている。このことにより、前述したごとく、筒内噴射式内燃機関であるエンジン１１の運転状態に、より一層適合させたバルブ特性を得ることができる。
【０１３９】
（ホ）．サブリフト部分は台地状に低リフト量で進角側に延びるように形成されている。このため大作用角になっても、排気行程側に低リフト量でバルブオーバラップされるので、図３〜５に示したごとく筒内噴射独特のピストン１２の形状にしても、ピストン１２頂面にある堤状の部分へのバルブスタンプを避けて十分なバルブオーバラップを実現することができる。このことから、成層燃焼のためのピストン１２の形状自由度が高まり、効果的な成層燃焼を実現できる。
【０１４０】
［参考例２］
図３０に、筒内噴射式内燃機関としての直列４気筒の車載用ガソリンエンジン２１１における動弁系を中心とする概略構成を示す。このエンジン２１１においては、バルブ特性制御装置２１０は吸気側カムシャフト２２２に設けられている。
【０１４１】
本参考例２では、バルブ特性制御装置２１０には、前記参考例１に用いられている回転位相差可変アクチュエータは存在せず、リフト可変アクチュエータ２２２ａのみである。したがって、吸気側カムシャフト２２２は回転軸方向への移動位置は調整可能であるが、クランクシャフト２１５との回転位相差は吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向への移動に連動して行われるのみであり、シャフト位置と独立して回転位相差が調整されることはない。
【０１４２】
このためリフト可変アクチュエータ２２２ａはタイミングスプロケット２２４ａに一体化されている。更に、リフト可変アクチュエータ２２２ａのみであることにより、バルブ特性目標値設定処理も異なる。
【０１４３】
これ以外の構成は、基本的には前記参考例１と同じである。なお、特に説明のない限り、本参考例２内において参考例１と同一の機能を有する構成については、該当する参考例１の構成に付した符号に「２００」を加えた符号で示している。
【０１４４】
次に、リフト可変アクチュエータ２２２ａについて図３１に基づき詳しく説明する。
リフト可変アクチュエータ２２２ａと一体化しているタイミングスプロケット２２４ａは、吸気側カムシャフト２２２が貫通する筒部２５１と、筒部２５１の外周面から突出する円板部２５２と、円板部２５２の外周面に設けられた複数の外歯２５３とから構成されている。タイミングスプロケット２２４ａの筒部２５１は、シリンダヘッド２１４のジャーナル軸受２１４ａとカムシャフトベアリングキャップ２１４ｂに回転可能に支持されている。そして、吸気側カムシャフト２２２は、その軸方向へ移動できるように筒部２５１を貫通している。
【０１４５】
また、タイミングスプロケット２２４ａには吸気側カムシャフト２２２の端部を覆うように設けられたカバー２５４が、ボルト２５５により固定されている。カバー２５４の内周面において吸気側カムシャフト２２２の端部に対応する位置には、吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向に、右ネジ方向の螺旋状に延びる内歯２５７が、周方向に沿って複数配列されて設けられている。
【０１４６】
一方、吸気側カムシャフト２２２の先端には、中空ボルト２５８およびピン２５９により、筒状に形成されたリングギヤ２６２が固定されている。リングギヤ２６２の外周面には、カバー２５４の内歯２５７と噛み合う右ネジ方向の斜歯２６３が、吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向へ螺旋状に延びている。こうして、リングギヤ２６２は吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向へ、吸気側カムシャフト２２２と共に回転しつつ移動可能となっている。
【０１４７】
このように構成されたリフト可変アクチュエータ２２２ａにおいて、エンジン２１１の駆動によりクランクシャフト２１５が回転し、その回転がタイミングチェーン２１５ｂを介してタイミングスプロケット２２４ａに伝達されると、リフト可変アクチュエータ２２２ａを介して吸気側カムシャフト２２２が回転される。この吸気側カムシャフト２２２の回転に伴なって吸気バルブ２２０が開閉駆動される。
【０１４８】
そして、リングギヤ２６２が、後述するごとくの機構により、タイミングスプロケット２２４ａ側（矢印方向Ｒ）へ移動すると、吸気側カムシャフト２２２も一体となって方向Ｒへ移動する。このことにより、バルブリフタ２２０ａ上に設けられたカムフォロア２２０ｂの当接位置は、吸気カム２２７のカム面２２７ａにおいて後方端面２２７ｃ側から前方端面２２７ｂ側へ移動させることができる。この移動に連動して、カバー２５４の内歯２５７とリングギヤ２６２の斜歯２６３との右ネジでの噛み合いにより、吸気側カムシャフト２２２とともに吸気カム２２７はクランクシャフト２１５に対して進角する。
【０１４９】
また、リングギヤ２６２がカバー２５４側（矢印方向Ｆ）へ移動すると、吸気側カムシャフト２２２も一体となって方向Ｆへ移動する。このことにより、カムフォロア２２０ｂの当接位置は、吸気カム２２７のカム面２２７ａにおいて前方端面２２７ｂ側から後方端面２２７ｃ側へ移動させることができる。この移動に連動して、カバー２５４の内歯２５７とリングギヤ２６２の斜歯２６３との右ネジでの噛み合いにより、吸気側カムシャフト２２２とともに吸気カム２２７はクランクシャフト２１５に対して遅角する。
【０１５０】
次に、リフト可変アクチュエータ２２２ａにあって、上述したリングギヤ２６２の移動を油圧制御するための構造について説明する。
リングギヤ２６２の円盤状リング部２６２ａの外周面がカバー２５４の内周面に軸方向へ摺動可能に密着されていることにより、カバー２５４の内部は、第２リフトパターン側油圧室２６５と第１リフトパターン側油圧室２６６とに区画されている。そして、吸気側カムシャフト２２２の内部には、これら第２リフトパターン側油圧室２６５および第１リフトパターン側油圧室２６６にそれぞれ接続される第２リフトパターン制御油路２６７および第１リフトパターン制御油路２６８が通っている。
【０１５１】
第２リフトパターン制御油路２６７は、中空ボルト２５８の内部を通って第２リフトパターン側油圧室２６５に連通するとともに、カムシャフトベアリングキャップ２１４ｂおよびシリンダヘッド２１４の内部を通ってオイルコントロールバルブ２３６に接続している。また、第１リフトパターン制御油路２６８は、タイミングスプロケット２２４ａの筒部２５１内の油路２７２を通って第１リフトパターン側油圧室２６６に連通するとともに、カムシャフトベアリングキャップ２１４ｂおよびシリンダヘッド２１４の内部を通ってオイルコントロールバルブ２３６に接続している。
【０１５２】
一方、オイルコントロールバルブ２３６には、供給通路２３７および排出通路２３８が接続されている。そして、供給通路２３７はオイルポンプＰを介してオイルパン２１３ａに接続しており、排出通路２３８は直接オイルパン２１３ａに接続している。
【０１５３】
オイルコントロールバルブ２３６は、前記参考例１に述べたごとくの構成である。したがって、オイルコントロールバルブ２３６の電磁ソレノイド２４７の消磁状態においては、内部のポートの連通状態により、オイルパン２１３ａ内の作動油が、図示矢印のごとく供給通路２３７、オイルコントロールバルブ２３６および第１リフトパターン制御油路２６８を介して、リフト可変アクチュエータ２２２ａの第１リフトパターン側油圧室２６６へ供給される。この時、リフト可変アクチュエータ２２２ａの第２リフトパターン側油圧室２６５内にあったオイルは、図示矢印のごとく第２リフトパターン制御油路２６７、オイルコントロールバルブ２３６および排出通路２３８介してオイルパン２１３ａ内へ戻される。その結果、カバー２５４内部においてリングギヤ２６２は第２リフトパターン側油圧室２６５へ向かって移動され、吸気側カムシャフト２２２を方向Ｆへ移動させる。このことにより、カム面２２７ａに対するカムフォロア２２０ｂの当接位置が、図３１に示されているごとく吸気カム２２７の後方端面２２７ｃ側となる。これと同時に吸気カム２２７はクランクシャフト２１５に対して遅角される。
【０１５４】
一方、電磁ソレノイド２４７が励磁されたときには、オイルコントロールバルブ２３６内部のポートの連通状態により、オイルパン２１３ａ内の作動油が、図示矢印とは逆に供給通路２３７、オイルコントロールバルブ２３６および第２リフトパターン制御油路２６７を介してリフト可変アクチュエータ２２２ａの第２リフトパターン側油圧室２６５へ供給される。この時、リフト可変アクチュエータ２２２ａの第１リフトパターン側油圧室２６６内にあった作動油は、図示矢印とは逆に第１リフトパターン制御油路２６８、オイルコントロールバルブ２３６および排出通路２３８を介してオイルパン２１３ａ内へ戻される。その結果、リングギヤ２６２が第１リフトパターン側油圧室２６６へ向かって移動され、カム面２２７ａに対するカムフォロア２２０ｂの当接位置が、吸気カム２２７の前方端面２２７ｂ側へと変化する。これと同時に吸気カム２２７はクランクシャフト２１５に対して進角される。
【０１５５】
更に、電磁ソレノイド２４７への給電を制御し、オイルコントロールバルブ２３６内部のポート間の作動油の移動を禁止すると、第２リフトパターン側油圧室２６５および第１リフトパターン側油圧室２６６に対して作動油の給排が行われなくなる。このため、第２リフトパターン側油圧室２６５および第１リフトパターン側油圧室２６６内に作動油が充填保持されて、リングギヤ２６２は固定される。その結果、カム面２２７ａに対するカムフォロア２２０ｂの当接位置が維持されるので、吸気バルブ２２０のリフトパターンはリングギヤ２６２が固定されたときの状態に保持される。
【０１５６】
吸気カム２２７のプロフィールは、前記参考例１の図１３〜１５に示したごとく、参考例１の吸気カムと同じである。ただし、前述したごとく、カバー２５４の内歯２５７とカバー２５４の内面の斜歯２６３とが右ネジ方向である。したがって、リフト可変アクチュエータ２２２ａが吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向に移動した場合に、吸気側カムシャフト２２２とクランクシャフト２１５との間の回転位相のずれは、参考例１とは逆方向となる。
【０１５７】
すなわち、図３２に示すごとく、カムフォロア２２０ｂの当接位置が吸気カム２２７の後方端面２２７ｃから前方端面２２７ｂに移動するに従い、リフト量および作用角が大きくなるとともに、全体の回転位相がクランクシャフト２１５に対して進角する。本参考例２の例では、最小作用角（シャフト位置：０ｍｍ）から最大作用角（シャフト位置：９ｍｍ）に移行すると、吸気カム２２７の回転位相はクランクシャフト２１５に対して２２°ＣＡ進角する。
【０１５８】
このような構成において、図３３に示すバルブ特性目標値設定処理が実行される。この処理は前記参考例１の図２５に示したステップＳ３２０の処理が行われないだけであり、ステップＳ１３１０は前記ステップＳ３１０に相当し、ステップＳ１３３０は前記ステップＳ３３０に相当する。
【０１５９】
また、バルブ特性目標値設定処理の実行タイミングやリフト可変アクチュエータ２２２ａによる吸気側カムシャフト２２２の回転軸方向での移動位置フィードバック制御については同じである。
【０１６０】
ステップＳ１３３０にて用いられるマップＬについては、リーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする目標シャフト位置Ｌｔのマップである。そして、エンジン２１１およびバルブ特性制御装置２１０に適合させて、運転領域Ｒ１〜Ｒ４、始動時（均質燃焼）、暖機前アイドル（均質燃焼）等の運転状態毎に設定されている。
【０１６１】
このマップＬを用いた具体的な制御例を次に説明する。
図３４に３つの運転状態Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の例を示す。ここで各運転状態Ｐ１１〜Ｐ１３は次のような運転状態である。
【０１６２】
運転状態Ｐ１１：暖機前のアイドル状態（図２７のＰ１と同一あるいは近似の状態）。
運転状態Ｐ１２：アイドル以外の暖機後の低回転低負荷状態（図２７のＰ３と同一あるいは近似の状態）。
【０１６３】
運転状態Ｐ１３：アイドル以外の暖機後の高回転高負荷状態（図２７のＰ５と同一あるいは近似の状態）。
ここで燃料噴射時期は、運転状態Ｐ１１では暖機前のアイドル状態であることから図２７のマップの位置に関わらず均質燃焼させるために吸気行程に設定される。運転状態Ｐ１２，Ｐ１３は図２７のマップに従う。すなわち、運転状態Ｐ１２は成層燃焼させるために圧縮行程末期に、運転状態Ｐ１３は均質燃焼させるために吸気行程に燃料噴射時期が設定される。
【０１６４】
該当する運転状態Ｐ１１〜Ｐ１３に対応するマップＬに基づいて得られたリフト可変アクチュエータ２２２ａの目標シャフト位置Ｌｔ（ｍｍ）を図３４の（Ａ）に示す。
【０１６５】
このようにして求められた目標シャフト位置Ｌｔに基づいてリフト可変アクチュエータ２２２ａとが駆動される。その結果、図３４（Ａ）の括弧内に示す進角値に示すごとく吸気カム２２７の回転位相がクランクシャフト２１５に対して進角する。そして、図２８（Ｂ），（Ｃ）の開弁タイミングおよび閉弁タイミングのごとく吸気バルブ２２０の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが調整され、（Ｄ）に示すごとく吸気バルブ２２０の作用角が調整される。
【０１６６】
ここで、運転状態Ｐ１１では、暖機中での均質燃焼下にてエンジン２１１の回転安定性を高めるために、吸気バルブ２２０のバルブ特性を、小作用角でかつ排気バルブ２２１とは小さいオーバラップ状態あるいはオーバラップしない状態にする。したがって、図３２のリフトパターンＬＰ１１に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして作用角と進角値とを最小にしている。このことにより、吸気バルブ２２０の閉タイミングを遅らせないようにして、運転状態Ｐ１１での燃焼室内のコンプレッションを上げ、かつバルブオーバラップをほぼ０として、エンジン回転の不安定化を防止することができる。なお、破線で示すリフトパターンＥｘが排気バルブ２１のリフトパターンである。
【０１６７】
運転状態Ｐ１２では、アイドル以外の暖機後の低回転低負荷状態において、成層燃焼下にバルブオーバラップを大きくして十分な内部ＥＧＲを行うために、吸気バルブ２２０のバルブ特性を、大作用角でかつ早期の開弁タイミングにする。
したがって、図３２のリフトパターンＬＰ１２に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは９ｍｍとして作用角と進角値とを最大にしている。本参考例２の吸気カム２２７は複合リフト３次元カムであり、前方端面２２７ｂ側にメインリフト以外にサブリフト部分が台地状に存在する。このため、わずかなシャフト位置の変化でも、吸気バルブ２２０の開弁タイミングを急激に早めることができる。このように吸気バルブ２２０と排気バルブ２２１とのバルブオーバラップが極めて大きくなることにより、十分な内部ＥＧＲ量が得られ成層燃焼での燃焼改善が図れる。このことにより、スロットル弁の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、しかも低燃費で安定した燃焼が可能となる。
【０１６８】
運転状態Ｐ１３は、アイドル以外の暖機後の高回転高負荷状態において、均質燃焼状態下にエンジン２１１に十分なトルクを発生させるために、吸気バルブ２２０のバルブ特性を、中作用角でかつ遅めの閉弁タイミングにしている。したがって、図３２のリフトパターンＬＰ１３に示すごとく、目標シャフト位置Ｌｔは２ｍｍとして作用角と進角値とを中程度としている。このように吸気バルブ２２０を遅めに閉じることにより、運転状態Ｐ１３での吸気の脈動を利用してエンジン２１１の体積効率を高めることができ、大きい出力トルクを得ることができる。
【０１６９】
以上説明した本参考例２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．前記参考例１の（イ）、（ロ）、（ホ）と同じ効果を生じる。
（ロ）．リフト可変アクチュエータ２２２ａ自体が、吸気カム２２７の回転軸方向の位置調整に連動して吸気カム２２７の回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を変化させるようにしている。具体的には、吸気側カムシャフト２２２の移動に連動して吸気カム２２７はクランクシャフト２１５に対して進角するようにリフト可変アクチュエータ２２２ａが設計されている。このことにより、リフト可変アクチュエータ２２２ａを単独で用いた場合に、筒内噴射式内燃機関であるエンジン２１１の運転状態に適合させた吸気バルブ２２０のバルブ特性を得ることができる。
【０１７０】
［実施の形態１］
本実施の形態１は、図３５に１気筒分の斜視図に示すごとく、各気筒に設けられた２つの吸気カム４２６，４２７およびこれに関連した機構および制御が前記参考例１とは異なる。これ以外の構成は、基本的には参考例１と同じである。なお、特に説明のない限り、本実施の形態１内において参考例１と同一の機能を有する構成については、該当する参考例１の構成に付した符号に「４００」を加えた符号で示している。
【０１７１】
２つの吸気カム４２６，４２７の内で第１吸気カム４２６は、第１吸気バルブ４２０ｘの駆動用であり、吸気側カムシャフト４２２の矢印Ｓで示す回転軸方向において、カム面４２６ａのプロフィールが変化している。ただし、矢印Ｓ方向の内で方向Ｆ側の前方端面４２６ｂ側（第２リフトパターン側に相当）でのカムノーズ４２６ｄの高さと、方向Ｒ側の後方端面４２６ｃ側（第１リフトパターン側に相当）でのカムノーズ４２６ｄの高さは同じであり、メインリフトは変化しない。
【０１７２】
しかし、図３６に示すごとく、前方端面４２６ｂ（一点鎖線で示す）側にはサブリフトがメインリフトのバルブ開き側に存在する。このことにより、図３７のグラフに示すごとく、メインピークＭＰを有するメインリフトＭＬ以外に、バルブ開き側にはサブピークＳＰの有るサブリフトＳＬが存在している。一方、後方端面４２６ｃ（図３６で実線で示す）にはサブリフトＳＬが存在せずメインリフトＭＬのみである。そして、このように前方端面４２６ｂと後方端面４２６ｃとの間で連続的にプロフィールが変化している。本実施の形態では特にサブリフトＳＬのみが変化している。
【０１７３】
このため、第１吸気カム４２６は、回転軸方向ではメインピークＭＰは一定のリフト量を維持しているが、サブピークＳＰは無段階に変化する。図３７の例では、サブリフトＳＬ部分について、方向Ｒへの吸気側カムシャフト４２２の最大移動量が９ｍｍとして、シャフト位置０ｍｍ［ＳＬ（０ｍｍ）］ではサブリフトＳＬが存在せず、シャフト位置９ｍｍ［ＳＬ（９ｍｍ）］ではサブリフトＳＬは最大のサブピークＳＰと最大の作用角とを示している。そして、中間位置の、例えばシャフト位置６ｍｍ［ＳＬ（６ｍｍ）］ではサブリフトＳＬが中程度のサブピークＳＰと中程度の作用角とを示している。このように、第１吸気カム４２６は、メインリフトＭＬとサブリフトＳＬとが存在し、回転軸方向にてサブリフトＳＬが連続的に変化している複合リフト３次元カムとして構成されている。
【０１７４】
メインリフトＭＬの作用角ｄθ１は、前方端面４２６ｂと後方端面４２６ｃとで変化はない。サブリフトＳＬの作用角ｄθｓ１のみが０〜最大作用角まで変化する。したがって、吸気側カムシャフト４２２が方向Ｒへと移動するに従い、次第に第１吸気カム４２６による全作用角は大きくなる。しかも、第１吸気カム４２６はメインリフトＭＬのバルブ開き側にサブリフトＳＬが存在するため、吸気側カムシャフト４２２の回転軸方向への移動により、メインリフトＭＬのバルブ開き側において作用角が大きく増減する。
【０１７５】
したがって、吸気側カムシャフト４２２を方向Ｒへ移動すると第１吸気バルブ４２０ｘ用のバルブリフタ４２０ａに対する当接位置が前方端面４２６ｂ側へ移動して第１吸気バルブ４２０ｘの作用角をバルブ開き側において急速に拡大できる。逆に、リフト可変アクチュエータにより吸気側カムシャフト４２２を方向Ｆへ移動すると第１吸気バルブ４２０ｘ用のバルブリフタ４２０ａに対する当接位置が後方端面４２６ｃ側へ移動して第１吸気バルブ４２０ｘの作用角をメインリフトＭＬのバルブ開き側において急速に縮小できる。
【０１７６】
なお、本実施の形態１においては、前記参考例１とは異なり、回転位相差可変アクチュエータ内部に形成されたベーンロータと、吸気側カムシャフト４２２先端のインナギヤとは、ストレートスプラインにて噛み合わされている。このため、リフト可変アクチュエータによる吸気側カムシャフト４２２の回転軸方向への移動では、吸気側カムシャフト４２２の回転位相はクランクシャフトに対して一定であり進角も遅角もしない。したがって、図３７にて示したリフトパターンの進角あるいは遅角への移動は、回転位相差可変アクチュエータにより調整される。なお、ここでは、回転位相差可変アクチュエータによる吸気側カムシャフト４２２の回転位相差調整は、例えば進角側に４０°ＣＡの幅で行われるものとする。
【０１７７】
第２吸気カム４２７は、図３５の斜視図に示したごとく、第２吸気バルブ４２０ｙの駆動用であり、吸気側カムシャフト４２２の矢印Ｓで示す回転軸方向において、カム面４２７ａのプロフィールが変化している。すなわち、矢印Ｓ方向の内で方向Ｆ側の前方端面４２７ｂ側でのカムノーズ４２７ｄの高さは、方向Ｒ側の後方端面４２７ｃ側でのカムノーズ４２７ｄの高さより低くされている。そして前方端面４２７ｂ側と後方端面４２７ｃ側との間で連続的にカムノーズ４２７ｄの高さは変化している。
【０１７８】
ただし、第１吸気カム４２６と異なり、図３８に示すごとく、後方端面４２７ｃ（実線で示す）側にも前方端面４２７ｂ（一点鎖線で示す）側にもサブリフトは存在しない。従って図３９に示すごとくメインリフトＭＬのみによりピークＭＰのバルブ開き側とバルブ閉じ側とが対称なリフトパターンを呈している。図３９の例では、方向Ｒへの吸気側カムシャフト４２２を、シャフト位置０ｍｍ［ＭＬ（０ｍｍ）］から、シャフト位置６ｍｍ［ＭＬ（６ｍｍ）］、シャフト位置９ｍｍ［ＭＬ（９ｍｍ）］へと移動させるに従ってピークＭＰは次第に低くなり、作用角も次第に小さくなっていることを示している。このように、第２吸気カム４２７は単純リフト３次元カムとして構成されている。
【０１７９】
したがって、第２吸気カム４２７のリフトパターンは、リフト可変アクチュエータにより最大作用角ｄθ２ｍａｘと最小作用角ｄθ２ｍｉｎとの間で、メインリフトＭＬのバルブ開き側もバルブ閉じ側も同じ程度の作用角の増減が行われる。
【０１８０】
なお、前述したごとく、リフト可変アクチュエータにより吸気側カムシャフト４２２が回転軸方向に移動しても、吸気側カムシャフト４２２の回転位相はクランクシャフトに対して一定であり進角も遅角もしない。したがって、図３９にて示したリフトパターンの進角あるいは遅角への移動は、回転位相差可変アクチュエータにより調整される。
【０１８１】
これら第１吸気カム４２６と第２吸気カム４２７とのリフトパターンの違いは、吸気通路４１８ａ，４１８ｂの違いに対応している。すなわち、図４０（Ａ）に示すごとく、第１吸気バルブ４２０ｘへ吸気を供給している吸気通路４１８ｂには気流制御弁は設けられていないが、第２吸気バルブ４２０ｙへ吸気を供給している吸気通路４１８ａには気流制御弁４１８ｄが設けられている。したがって、第１吸気カム４２６は気流制御弁４１８ｄが存在しない吸気通路４１８ｂの第１吸気バルブ４２０ｘの開閉を調整し、第２吸気カム４２７は気流制御弁４１８ｄが存在する吸気通路４１８ａの第２吸気バルブ４２０ｙの開閉を調整する。
【０１８２】
なお、ここで、気流制御弁４１８ｄは、図４１のフローチャートに示す気流制御弁目標開度設定処理により、目標開度が設定される。この処理は予め定められた制御周期（時間毎あるいはクランク角回転毎）で繰り返し実行される。そして設定された目標開度に基づいてＥＣＵ５３０がアクチュエータ４１８ｆを介して、全気筒の気流制御弁４１８ｄの開閉状態をシャフト４１８ｅの回転により調整する。
【０１８３】
気流制御弁目標開度設定処理（図４１）が開始されると、各種センサ類の検出値や、別に実行している燃料噴射制御等に用いている各種制御量に基づいて、エンジンの運転状態のデータを読み込む（Ｓ６１０）。ここでは、エンジン負荷として前記参考例１で述べたリーン燃料噴射量ＱＬを読み込み、クランク角センサから検出したエンジン回転数ＮＥを読み込む。
【０１８４】
次に、マップＶから気流制御弁４１８ｄの目標開度θｖを設定する（Ｓ６２０）。ここで、マップＶは図４２に示すごとく、リーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする目標開度θｖのマップであり、運転領域Ｒ１〜Ｒ４、始動時（均質燃焼）、暖機前アイドル（均質燃焼）等の運転状態毎に設定されている。
【０１８５】
このマップＶは、エンジンに対して要求されている性能に対応して、例えば、図４０（Ａ）に示す気流制御弁４１８ｄが全開、（Ｂ）に示す全閉、（Ｃ）に示す半開の３つの状態に調整される。この内、図４０（Ａ）に示すごとく、気流制御弁４１８ｄが全開であると吸気によっては燃焼室４１７の内部に旋回流Ａがほとんど生じないが、図４０（Ｂ）に示すごとく全閉では吸気により強い旋回流Ａが生じる。この中間の半開では、図４０（Ｃ）に示すごとく、吸気により中程度の旋回流Ａが生じる。
【０１８６】
こうして気流制御弁目標開度設定処理を一旦終了する。
上述した構成において、運転状態に応じて、本実施の形態１におけるマップｉ、マップＬおよびマップＶに基づく制御例を図４３〜図４８のリフト曲線および図４９の制御量説明図に示す。ここで、図４３〜図４８は６つの運転状態Ｐ２１〜Ｐ２６の第１吸気バルブ４２０ｘと第２吸気バルブ４２０ｙとのリフトパターンＬｘ，Ｌｙを表している。なお、排気バルブ４２１のリフトパターンＥｘを破線で示す。
【０１８７】
運転状態Ｐ２１〜Ｐ２６は、次に示す運転状態および燃焼制御に該当する。
Ｐ２１：暖機中のアイドル／均質燃焼。
Ｐ２２：暖機後のアイドル／成層燃焼。
【０１８８】
Ｐ２３：アイドル以外の暖機後／成層燃焼。
Ｐ２４：アイドル以外の暖機後／リーンの均質燃焼。
Ｐ２５：アイドル以外の暖機後／ストイキでの均質燃焼であって４０００ｒｐｍ以上の高速回転域。
【０１８９】
Ｐ２６：アイドル以外の暖機後／スロットルバルブの全開による均質燃焼域。
ここで、図４３に示す運転状態Ｐ２１では、暖機中のアイドル時において、冷間時の燃焼を安定させ、排気中への炭化水素の排出量を低減させるようにする。このために、図４０（Ｂ）のごとく気流制御弁４１８ｄを閉じて、吸気により燃焼室４１７内に強い旋回流Ａを発生させている。しかも、気流制御弁４１８ｄにて閉じられていない吸気通路４１８ｂ側の第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性は、小作用角でかつ排気バルブ４２１とはほとんどオーバラップしない状態にする。
【０１９０】
したがって、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして第１吸気バルブ４２０ｘの作用角を最小にし、目標進角値θｔを０°ＣＡとして最遅角にしている。バルブオーバラップをほぼ０にし、燃焼室４１７への内部ＥＧＲ量を減らすとともに、気流制御弁４１８ｄの閉駆動により生じる強い旋回流Ａでの空気と燃料との混合促進と気流の乱れにより、燃焼安定性を高めることができる。このことにより炭化水素の排出も低減する。
【０１９１】
図４４に示す運転状態Ｐ２２では、暖機後のアイドル時において、成層燃焼下に排気バルブ４２１とのバルブオーバラップを大きくしアイドル時において必要な内部ＥＧＲを行うようにする。このため、第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性を、小〜中作用角にしている。したがって、目標シャフト位置Ｌｔは３〜６ｍｍとして作用角を必要に応じた大きさとする。本実施の形態１の第１吸気カム４２６は複合リフト３次元カムであり、前方端面４２６ｂ側にはメインリフトＭＬ以外にサブリフトＳＬがピーク状に存在するため、シャフトを移動させることで、第１吸気バルブ４２０ｘの開弁タイミングを急速に早めることができる。したがって、第１吸気バルブ４２０ｘと排気バルブ４２１とのバルブオーバラップを大きくさせることができ、必要な内部ＥＧＲ量下での成層燃焼が可能となる。
【０１９２】
しかも、第１吸気カム４２６のサブリフトＳＬ部分はメインリフトＭＬ側とはリフト量０の部分を挟んで離れている。このため、前記参考例１の図３〜５にて示したごとく筒内噴射により混合気を成層化させるために、ピストンの頂面にある凹部の周りには堤状の部分が存在するが、この堤状の部分に対する干渉、いわゆるバルブスタンプを避けて十分なバルブオーバラップを実現することができる。
【０１９３】
このことにより、スロットル弁の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、しかも低燃費で安定した燃焼が可能となる。
また、気流制御弁４１８ｄは開状態としているので、旋回流を発生させず、筒内混合気を成層化し、安定した燃焼が可能となり、更に吸気の流動抵抗を少なくしているのでポンピング損失をより少なくして一層燃費を向上させている。
【０１９４】
更に、目標進角値θｔは０°〜２０°ＣＡとして第１吸気バルブ４２０ｘおよび第２吸気バルブ４２０ｙを適切な閉タイミングとし、燃焼を安定させる。
図４５に示す運転状態Ｐ２３では、アイドル以外でかつ暖機後での成層燃焼時に、排気バルブ４２１とのバルブオーバラップを大きくし十分な内部ＥＧＲを行い、燃費向上と炭化水素の排出抑制を効果的に行うようにする。このため、目標シャフト位置Ｌｔは７〜９ｍｍとして第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性をほぼ最大の作用角にしている。更に回転位相差可変アクチュエータにより２０〜４０°ＣＡの進角を行っている。気流制御弁４１８ｄは開としている。
【０１９５】
このように第１吸気バルブ４２０ｘと排気バルブ４２１とのバルブオーバラップが回転位相差可変アクチュエータの機能により、運転状態Ｐ２２よりも大きくされることにより、運転状態Ｐ２３において十分な内部ＥＧＲ量を燃焼室４１７に供給することが可能となる。この場合もバルブスタンプを避け得ることは前述したごとくである。このことにより、スロットル弁の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、しかも低燃費で安定した燃焼が可能となり、炭化水素の排出も低減する。
【０１９６】
また、気流制御弁４１８ｄは開状態としているので、旋回流を発生させず、筒内混合気を成層化し、安定した燃焼が可能となり、更に吸気の流動抵抗を少なくしているのでポンピング損失をより少なくして一層燃費を向上させている。
【０１９７】
図４６に示す運転状態Ｐ２４では、アイドル以外でかつ暖機後でのリーンの均質燃焼時に、排気バルブ４２１と第１吸気バルブ４２０ｘとのバルブオーバラップを大きくし必要な内部ＥＧＲを行い燃費向上を行うようにする。
【０１９８】
このため、目標シャフト位置Ｌｔは３〜６ｍｍとして第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性を小〜中程度の作用角にしている。更に回転位相差可変アクチュエータにより３０°ＣＡの進角を行っている。気流制御弁４１８ｄは半開〜閉にしている。
【０１９９】
このように第１吸気バルブ４２０ｘと排気バルブ４２１とのバルブオーバラップが回転位相差可変アクチュエータの機能により、必要な内部ＥＧＲ量を燃焼室４１７に供給することが可能となる。この場合もバルブスタンプを避け得ることは前述したごとくである。このことにより、スロットル弁の開度を大きくしてポンピング損失を少なくでき、しかも低燃費で安定した燃焼が可能となる。
【０２００】
更に気流制御弁４１８ｄを半開〜閉に制御することにより、図４０（Ｂ），（Ｃ）に示すごとく燃焼室４１７内に旋回流Ａを発生させて、リーンの均質燃焼下における燃焼性を良好に維持する。
【０２０１】
なお、作用角が比較的大きくなっているので、回転位相差可変アクチュエータにより３０°ＣＡの進角を行っているが、第１吸気バルブ４２０ｘのおよび第２吸気バルブ４２０ｙの閉タイミングは体積効率上は遅くなる。この遅い閉弁タイミングにより、スロットル弁を過大に開けても必要以上の吸気は吸気ポート４１８側へ戻され、必要な吸気量のみ燃焼室４１７内に残るので、スロットル弁の絞りによるポンピング損失が少なくなり、更に燃費を向上させることができる。
【０２０２】
また、気流制御弁４１８ｄが閉状態で第１吸気バルブ４２０ｘの作用角が大きいこと、あるいは、気流制御弁４１８ｄが半開状態でかつ第１吸気バルブ４２０ｘの作用角が第２吸気バルブ４２０ｙの作用角よりも大きいことによるバルブタイミング位相差で、燃焼室４１７内に十分な旋回流が生じ、十分に安定した燃焼が行われる。
【０２０３】
図４７に示す運転状態Ｐ２５では、アイドル以外でかつ暖機後でのストイキの均質燃焼であって４０００ｒｐｍ以上の高速回転域にある際に、燃焼を安定させ、かつ燃焼室４１７への吸気抵抗を少なくするようにする。
【０２０４】
このため、気流制御弁４１８ｄは半開とし、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性を最小の作用角にしている。更に適切な体積効率にするため回転位相差可変アクチュエータはエンジンの運転状態に応じて１０〜２５°ＣＡの進角を行っている。
【０２０５】
このように気流制御弁４１８ｄを半開にすることにより、図４０（Ｃ）に示すごとく燃焼室４１７内に第１吸気バルブ４２０ｘの方が第２吸気バルブ４２０ｙに比較して吸気吹き込み量が多くなるので旋回流Ａが生じる。このことにより、燃焼安定性が確保される。
【０２０６】
また、気流制御弁４１８ｄを全閉とせずに半開にすることにより、第２吸気バルブ４２０ｙからも吸気が燃焼室４１７内に供給されて全閉状態よりも吸気抵抗が少なくなる。このことにより、ポンピング損失が緩和されて、燃費悪化が抑制される。
【０２０７】
更に、第２吸気バルブ４２０ｙの閉弁タイミングは第１吸気バルブ４２０ｘよりも遅いので、吸気行程の最後に、前記旋回流Ａが第２吸気バルブ４２０ｙのみから燃焼室４１７内に導入される吸気により乱される。この乱流により燃焼安定性を一層良好にすることができる。
【０２０８】
図４８に示す運転状態Ｐ２６では、アイドル以外でかつ暖機後でのスロットルバルブの全開による均質燃焼域にある際に、燃焼を安定させ、かつ体積効率を高めるようにする。このため、気流制御弁４１８ｄは開とし、目標シャフト位置Ｌｔは０ｍｍとして第１吸気バルブ４２０ｘのバルブ特性を最小作用角にしている。更に運転状態Ｐ２６での適切な体積効率にするため回転位相差可変アクチュエータはエンジンの運転状態に応じて１０〜４０°ＣＡの進角を行っている。
【０２０９】
このように気流制御弁４１８ｄを開にすることにより、図４０（Ａ）に示すごとく燃焼室４１７内に第１吸気バルブ４２０ｘおよび第２吸気バルブ４２０ｙの両方から吸気が吹き込み、吸気抵抗を低減して大量の吸気を燃焼室４１７に導入できる。更に、エンジンの運転状態に応じて１０〜４０°ＣＡの進角を行っているため十分に体積効率が向上する。
【０２１０】
また、図４８に示すごとく、第１吸気バルブ４２０ｘおよび第２吸気バルブ４２０ｙの閉弁タイミングに差が存在する。すなわち、第２吸気バルブ４２０ｙの閉弁タイミングは第１吸気バルブ４２０ｘよりも遅いので、吸気行程の最後に第２吸気バルブ４２０ｙのみから燃焼室４１７内に導入される吸気により、旋回流や乱流が燃焼室４１７内に生じる。このため、気流制御弁４１８ｄの閉弁動作によらずに燃焼性を一層安定化できる。
【０２１１】
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．２吸気バルブタイプのエンジンにおいて、一方の吸気通路４１８ａ内に気流制御弁４１８ｄを設けて燃焼室４１７内に旋回流を生じさせるようにした場合には、気流制御弁４１８ｄを設けた吸気通路４１８ａ側の第２吸気バルブ４２０ｙを駆動する第２吸気カム４２７と気流制御弁を設けていない吸気通路４１８ｂの第１吸気バルブ４２０ｘを駆動する第１吸気カム４２６とのリフトパターンを異なるようにしている。
【０２１２】
このようにすることにより、気流制御弁４１８ｄの開閉状態と、異なるカムプロフィールの３次元カム４２６，４２７による異なる吸気バルブ特性との組み合わせにより、複雑な吸気バルブ特性を実現できる。したがって、筒内噴射式内燃機関であるエンジンの運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０２１３】
（ロ）．気流制御弁４１８ｄが無い側の第１吸気バルブ４２０ｘを駆動する第１吸気カム４２６は、メインリフトおよびサブリフトが存在する複合リフト３次元カムを用いている。そして気流制御弁４１８ｄが有る側の第２吸気バルブ４２０ｙを駆動する第２吸気カム４２７は、メインリフトのみが存在する単純リフト３次元カムを用いている。第１吸気カム４２６に複合リフト３次元カムが用いられていることにより、例えば、内部ＥＧＲを行うと共に、燃焼室４１７内に旋回流を生じさせて燃焼性を安定させたい場合などにも対応できる。このように複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関であるエンジンの運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０２１４】
（ハ）．第１吸気カム４２６においては、後方端面４２６ｃ側のリフトパターンはサブリフトを有さずメインリフトのみのリフトパターンであり、前方端面４２６ｂ側のリフトパターンはサブリフトとメインリフトとを有するリフトパターンである。このように、一方のリフトパターン側ではメインリフトのみとし、他方のリフトパターンはサブリフトとメインリフトとを有するようにしているため、複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関であるエンジンの運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０２１５】
（ニ）．更に、本実施の形態１では、リフト可変アクチュエータに加えて回転位相差可変アクチュエータを備えている。したがって、第１吸気カム４２６および第２吸気カム４２７の回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を無段階に変更して、バルブタイミングを進角させたり遅角させたりすることができる。
【０２１６】
したがって、一層複雑な吸気バルブ特性を実現でき、筒内噴射式内燃機関であるエンジンの運転状態に応じた各種の性能要求にバルブ特性を十分に応じさせることができる。
【０２１７】
（ホ）．第１吸気カム４２６のサブリフトＳＬ部分はメインリフトＭＬ側とはリフト量０の部分を挟んで形成されている。このため大作用角にしてバルブオーバラップさせる場合も、排気行程時にピストンの頂面と干渉し易い時期にはリフト量を０あるいは非常に小さくできる。このため、前記参考例１の図３〜５に示したごとく筒内噴射独特のピストンの形状にしても、ピストン頂面にある堤状の部分へのバルブスタンプを避けて十分なバルブオーバラップを実現することができる。このことから、成層燃焼のためのピストンの形状自由度が高まり、効果的な成層燃焼を実現できる。
【０２１８】
［その他の実施の形態］
【０２１９】
・前記実施の形態１では、リフト可変アクチュエータは吸気側カムシャフトのシャフト位置を回転軸方向に移動させても、クランクシャフトとの位相差は変更させていないが、前記参考例１と同様に、リフト可変アクチュエータは、吸気側カムシャフトの回転軸方向への移動に連動して、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフトの位相差を遅角あるいは進角側へ変更する構成であっても良い。
【０２２０】
・前記参考例１では、サブリフトはピークの存在しない台地状であったが、前記実施の形態１に示したごとくピークの存在するサブリフトであっても良い。また、前記実施の形態１では、サブリフトはピークの存在する山形状であったが、前記参考例１に示したごとくピークの存在しない台地状のサブリフトであっても良い。
【０２２１】
・前記参考例１，２及び実施の形態１では、エンジン負荷としてリーン燃料噴射量ＱＬを用いたが、これ以外のエンジン負荷を表すパラメータでも良い。例えば、アクセル開度ＡＣＣＰを用いても良い。
【０２２２】
・図２および図４０で示した気流制御弁１８ｄ，４１８ｄが設けられていない方の吸気ポート１８，４１８はストレート型吸気ポートであったが、ヘリカル型の吸気ポートであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１のエンジンにおける動弁系を中心とする概略構成図。
【図２】 参考例１におけるシリンダヘッドの平面断面とその関連構成の説明図。
【図３】 参考例１におけるピストン頂面の平面図。
【図４】 図２におけるＸ−Ｘ断面図。
【図５】 図２におけるＹ−Ｙ断面図。
【図６】 参考例１におけるリフト可変アクチュエータの構成説明図。
【図７】 参考例１における回転位相差可変アクチュエータの構成説明図。
【図８】 参考例１の回転位相差可変アクチュエータに用いられるインナギヤおよびサブギヤの形状を示す斜視図。
【図９】 参考例１における回転位相差可変アクチュエータの内部構成説明図。
【図１０】 参考例１の回転位相差可変アクチュエータにおけるロックピン周辺の構成説明図。
【図１１】 参考例１の回転位相差可変アクチュエータにおけるロックピン周辺の構成説明図。
【図１２】 参考例１の回転位相差可変アクチュエータにおけるベーンロータの回転状態説明図。
【図１３】 参考例１における吸気カムの斜視図。
【図１４】 参考例１の吸気カムのプロフィール説明図。
【図１５】 参考例１の吸気カムのリフトパターン説明図。
【図１６】 参考例１の吸気バルブのリフト調整範囲説明図。
【図１７】 参考例１におけるエンジン制御系の概略構成図。
【図１８】 参考例１にて行われる運転領域設定処理のフローチャート。
【図１９】 参考例１にてアクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとからリーン燃料噴射量ＱＬを求めるためのマップの説明図。
【図２０】 参考例１にて用いられる運転領域設定のためのマップの説明図。
【図２１】 参考例１にて行われる燃料噴射量制御処理のフローチャート。
【図２２】 参考例１にてアクセル開度ＡＣＣＰと吸気圧ＰＭとから理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳを求めるためのマップの説明図。
【図２３】 参考例１にて行われる高負荷増量算出処理のフローチャート。
【図２４】 参考例１にて行われる燃料噴射時期制御処理のフローチャート。
【図２５】 参考例１にて行われるバルブ特性目標値設定処理のフローチャート。
【図２６】 参考例１にて用いられる目標進角値および目標シャフト位置を設定するためのマップの説明図。
【図２７】 参考例１の制御例を説明するための運転領域を示す説明図。
【図２８】 参考例１の各制御例における制御量の説明図。
【図２９】 参考例１の各制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図３０】 参考例２のエンジンにおける動弁系を中心とする概略構成図。
【図３１】 参考例２におけるリフト可変アクチュエータの構成説明図。
【図３２】 参考例２の吸気バルブのリフト調整範囲および各制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図３３】 参考例２にて行われるバルブ特性目標値設定処理のフローチャート。
【図３４】 参考例２の各制御例における制御量の説明図。
【図３５】 実施の形態１のエンジンにおける１気筒分の動弁系の斜視図。
【図３６】 実施の形態１の第１吸気カムのプロフィール説明図。
【図３７】 実施の形態１の第１吸気カムのリフトパターン説明図。
【図３８】 実施の形態１の第２吸気カムのプロフィール説明図。
【図３９】 実施の形態１の第２吸気カムのリフトパターン説明図。
【図４０】 実施の形態１における気流制御弁の駆動説明図。
【図４１】 実施の形態１にて行われる気流制御弁目標開度設定処理のフローチャート。
【図４２】 実施の形態１にて用いられる気流制御弁目標開度設定のためのマップの説明図。
【図４３】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４４】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４５】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４６】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４７】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４８】 実施の形態１の制御例におけるバルブ特性の説明図。
【図４９】 実施の形態１の各制御例における制御量の説明図。
【符号の説明】
１０…バルブ特性制御装置、１１…エンジン、１２…ピストン、１２ａ…凹部、１２ｂ…周壁面、１３…シリンダブロック、１３ａ…オイルパン、１４…シリンダヘッド、１４ａ…ジャーナル軸受、１４ｂ…カムシャフトベアリングキャップ、１５…クランクシャフト、１５ａ…タイミングスプロケット、１５ｂ… タイミングチェーン、１６…コンロッド、１７…燃焼室、１７ａ…点火プラグ、１７ｂ…燃料噴射弁、１８…吸気ポート、１８ａ，１８ｂ…吸気通路、１８ｃ…サージタンク、１８ｄ…気流制御弁、１８ｅ…シャフト、１８ｆ… アクチュエータ、１９…排気ポート、２０…吸気バルブ、２０ａ…バルブリフタ、２１…排気バルブ、２１ａ…バルブリフタ、２２…吸気側カムシャフト、２２ａ…リフト可変アクチュエータ、２２ｂ…端部外周面、２３…排気側カムシャフト、２４…回転位相差可変アクチュエータ、２４ａ…タイミングスプロケット、２５…タイミングスプロケット、２７…吸気カム、２７ａ…カム面、２７ｂ…前方端面、２７ｃ…後方端面、２７ｄ…カムノーズ、２８…排気カム、３１…シリンダチューブ、３１ａ…第１圧力室、３１ｂ…第２圧力室、３２…ピストン、３２ａ…コイルスプリング、３３…エンドカバー、３３ａ…補助シャフト、３３ｂ…転がり軸受、３４…第１給排通路、３５…第２給排通路、３６…第１オイルコントロールバルブ、３７…供給通路、３８…排出通路、３９…ケーシング、４０…第１給排ポート、４１…第２給排ポート、４２…第１排出ポート、４３…第２排出ポート、４４…供給ポート、４５…弁部、４６…コイルスプリング、４７…電磁ソレノイド、４８…スプール、５１…筒部、５１ａ，５１ｂ…外周溝、５１ｃ…内周面、５２…円板部、５３…外歯、５４…インナギヤ、５４ａ…大径ギヤ部、５４ｂ…小径ギヤ部、５５…ボルト、５６… サブギヤ、５６ａ…外歯、５６ｂ…内歯、５７…スプリングワッシャ、５８…ボルト、５９…ハウジング、５９ａ…内周面、６０…カバー、６０ａ…穴部、６１…ベーンロータ、６１ａ…外周面、６１ｂ…ヘリカルスプライン部、６１ｃ…円筒状空間、６２，６３，６４，６５…壁部、６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂ…凹部、６６，６７，６８，６９…ベーン、７０…第１圧力室、７１…第２圧力室、７２…貫通孔、７２ａ…油溝、７２ｂ…貫通開放口、７３…ロックピン、７３ａ…収容孔、７３ｂ…先端部、７４…スプリング、７５…係止穴、７６…油路、７７…環状油空間、７８…油路、８０…進角用油路開口部、８１…遅角用油路開口部、８４…進角制御油路、８５…遅角制御油路、８６…進角制御油路、８７… 遅角制御油路、８８…進角制御油路、８９…遅角制御油路、９０…潤滑油路、９１…内周溝、９２…進角制御油路、９３…遅角制御油路、９４…第２オイルコントロールバルブ、９５…供給通路、９６…排出通路、１０２…ケーシング、１０４…第１給排ポート、１０６…第２給排ポート、１０７…弁部、１０８…第１排出ポート、１１０…第２排出ポート、１１２…供給ポート、１１４…コイルスプリング、１１６…電磁ソレノイド、１１８…スプール、１３０…ＥＣＵ、１３０ａ…ＣＰＵ、１３０ｂ…ＲＡＭ、１３０ｃ…ＲＯＭ、１３０ｄ…入力ポート、１３０ｅ… 出力ポート、１３０ｆ…双方向性バス、１４４…駆動用モータ、１４６…スロットル弁、１４６ａ…スロットル開度センサ、１４８…排気マニホルド、１４９…触媒コンバータ、１５０…燃料分配管、１５０ａ…燃圧センサ、１５２…補助燃料噴射弁、１５４…高圧燃料ポンプ、１５４ａ…電磁スピル弁、１７３…ＡＤ変換器、１７４…アクセルペダル、１７６…アクセル開度センサ、１８２…クランク角センサ、１８３ａ…カム角センサ、１８３ｂ…シャフト位置センサ、１８４…吸気圧センサ、１８６…水温センサ、１８８…空燃比センサ、１９０…駆動回路、１９２…イグナイタ、２１０…バルブ特性制御装置、２１１…エンジン、２１３ａ…オイルパン、２１４…シリンダヘッド、２１４ａ…ジャーナル軸受、２１４ｂ…カムシャフトベアリングキャップ、２１５…クランクシャフト、２１５ｂ…タイミングチェーン、２２０…吸気バルブ、２２０ａ…バルブリフタ、２２０ｂ…カムフォロア、２２１…排気バルブ、２２２…吸気側カムシャフト、２２２ａ…リフト可変アクチュエータ、２２４ａ…タイミングスプロケット、２２７…吸気カム、２２７ａ…カム面、２２７ｂ…前方端面、２２７ｃ…後方端面、２３６…オイルコントロールバルブ、２３７…供給通路、２３８…排出通路、２４７…電磁ソレノイド、２５１…筒部、２５２…円板部、２５３…外歯、２５４…カバー、２５５…ボルト、２５７…内歯、２５８…中空ボルト、２５９…ピン、２６２…リングギヤ、２６２ａ…円盤状リング部、２６３… 斜歯、２６５…第２リフトパターン側油圧室、２６６…第１リフトパターン側油圧室、２６７…第２リフトパターン制御油路、２６８…第１リフトパターン制御油路、２７２…油路、４１７…燃焼室、４１８…吸気ポート、４１８ａ，４１８ｂ…吸気通路、４１８ｄ…気流制御弁、４１８ｅ…シャフト、４１８ｆ…アクチュエータ、４２０ａ…バルブリフタ、４２０ｘ…第１吸気バルブ、４２０ｙ…第２吸気バルブ、４２１…排気バルブ、４２２…吸気側カムシャフト、４２６…第１吸気カム、４２６ａ…カム面、４２６ｂ…前方端面、４２６ｃ…後方端面、４２６ｄ…カムノーズ、４２７…第２吸気カム、４２７ａ…カム面、４２７ｂ…前方端面、４２７ｃ…後方端面、４２７ｄ…カムノーズ、５３０…ＥＣＵ、Ｐ… オイルポンプ。

Claims (4)

1. 気筒毎に２つの吸気経路と該２つの吸気経路に対応して２つの吸気バルブが設けられ、一方の吸気経路に該吸気経路を開閉する気流制御弁が設けられるとともに、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射することで生じた混合気に点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置であって、
   前記２つの吸気バルブの駆動に用いられる２つのカムの内、気流制御弁が設けられていない吸気経路側の吸気バルブを駆動するカムは、メインリフトとサブリフトとが複合したリフト特性を有すると共にカムプロフィールが回転軸方向にて異なる２種のリフトパターンの間で連続的に変化している複合リフト３次元カムであり、気流制御弁が設けられている吸気経路側の吸気バルブを駆動するカムは、サブリフトが存在せずメインリフトが回転軸方向で異なる単純リフト３次元カムであって、これら３次元カムの回転軸方向の位置を調整することで各吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブリフト可変機構を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置。
2. 前記複合リフト３次元カムにおける前記２種のリフトパターンの内の一方の第１リフトパターンは、サブリフトを有さずメインリフトのみのリフトパターンであり、他方の第２リフトパターンは、サブリフトとメインリフトとを有するリフトパターンであることを特徴とする請求項２記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置。
3. 請求項１または２の構成に加えて、
   前記３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を連続的に調整することで、吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブタイミング可変機構を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置。
4. 前記バルブリフト可変機構は、３次元カムの回転軸方向の位置調整に連動して３次元カムの回転位相とクランクシャフトの回転位相との間の位相差を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の筒内噴射式内燃機関のバルブ特性制御装置。

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