JP4672220B2

JP4672220B2 - 圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JP4672220B2
Application number: JP2001277758A
Authority: JP
Inventors: 実飯田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2002129990A; US6640754B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気と燃料との混合気を圧縮して自己着火させる予混合気圧縮着火式エンジンにおける自己着火タイミング即ち燃焼開始時期を制御する燃焼制御装置に関し、更に具体的には、吸気口より上流側の吸気通路内の圧力と吸気口より下流側の燃焼室内の圧力と差を制御することにより上記燃焼開始時期を制御するようにしたものに関する。
【０００２】
なお、本明細書では、予混合気を圧縮することにより着火させることを自己着火と称し、点火プラグによる着火をスパーク点火と称し、さらに従来のディーゼルエンジンにおける空気を圧縮した状態で燃料を噴射することによる着火を燃料着火と称する。また本発明における予混合気とは、吸気通路内に燃料を噴射することによって形成される混合気だけでなく、燃焼室内に燃料を噴射し、しかる後に圧縮して自己着火させるようにした場合に燃焼室内で生成される混合気も含む。
【０００３】
【従来の技術】
予混合気を圧縮して自己着火させるようにしたエンジン（ＨＣＣＩエンジン）は、その高い熱効率とともにＮＯｘおよび粒子の放出が少ないので、従来のディーゼルエンジンあるいはスパーク点火エンジンに代わる魅力的な代替エンジンである。ＨＣＣＩエンジンにおいて、燃焼は、通常、実質的に均一な吸入空気と燃料との予混合気を圧縮して自己着火させることによって行われる。このような実質的に均一な予混合気の燃焼は、通常、概ね均一な低温、少燃料反応という特徴を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＣＣＩエンジンにおける主要な技術的課題として、上記自己着火の発生タイミング（燃焼開始時期）をどのようにして制御するかという点がある。スパーク点火エンジンやディーゼルエンジンにおいては燃焼の開始タイミングは直接制御可能である。例えば、スパーク点火エンジンにおいては、燃焼の開始タイミングは点火プラグのスパークタイミングで制御される。ディーゼルエンジンにおいては、燃料噴射時期を制御することによって燃焼の開始タイミングが制御される。しかしＨＣＣＩエンジンにおいては、混合気を自己着火させる方式であるから、燃焼開始を直接的に制御することはできないのである。代わりに、燃焼の開始は、混合気の圧縮行程における上死点（ＴＤＣ）付近での温度と圧力によって決まる。
【０００５】
ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼開始時期を制御する試みが幾つか提案されている。例えば、燃焼開始は燃料の特性や空燃比を変化させることによって制御できるということが提案されている。この方法は、混合気の反応度を調整することに依拠している。従って、燃焼開始は、混合気の反応度を高めると早くなり、反応度を下げると遅くなる。
【０００６】
また、燃焼開始は、吸入空気の温度を調整して制御することができるということも提案されている。吸入空気の温度を上げると、上死点付近での混合気の温度が上がる傾向があり、これによって燃焼開始が早まる傾向がある。同様に、吸入空気の温度を下げると燃焼開始が遅れる傾向がある。
【０００７】
しかし、現在まで、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼開始の制御方法は非常に不満足なものであった。従って本発明の課題は、燃焼開始時期をより精度よく制御できる圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室に開口する吸気口，排気口を吸気弁，排気弁により開閉するよう構成された動弁機構を備え、空気と燃料との混合気を圧縮することにより自己着火させるようにした圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置において、上記吸気弁の開タイミングを排気行程における上死点より遅延させるとともに、該開タイミングにおける上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御することにより上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御することにより上記吸気口より上流側と上記燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１において、上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１において、上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点より遅角させるとともに該遅角量を制御することにより実質的な圧縮比を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御し、さらに上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御し、また上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点より遅角させるとともに該遅角量を制御することにより実質的な圧縮比を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項２ないし６の何れかにおいて、冷却水温度，潤滑油温度等のエンジン温度を検出するセンサを備え、エンジン温度が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又はエンジン温度が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項２ないし６の何れかにおいて、吸気温度検出センサ又は吸気圧検出センサを備え、吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又は吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項２ないし６の何れかにおいて、トルク変動検出センサを備え、トルク変動が大きいときの吸気弁開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより遅延させ、又はトルク変動が大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項２ないし６の何れかにおいて、要求トルク検出センサを備え、要求トルクが大きいときの吸気弁開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより進角させ、又は要求トルクが大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より大きくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項２ないし６の何れかにおいて、エンジン回転数検出センサを備え、エンジン回転数が高いときの吸気弁開タイミングを低いときの吸気弁開タイミングより遅角させ、又はエンジン回転数が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項２ないし１１の何れかにおいて、吸気系に過給器及び吸気圧センサを備え、吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁開タイミングを低いときの吸気弁開タイミングより進角させるか、又は吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より大きくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴としている。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１ないし１２の何れかにおいて、上記燃焼室に点火プラグを備えており、負荷が大きい運転域では上記点火プラグによりスパーク点火し、負荷が小さい運転域では混合気の圧縮により自己着火させ、スパーク点火運転時には自己着火運転時よりも、吸気弁の閉タイミングを遅角する、吸気弁の開タイミングを進角する、又は吸気弁の最大リフト量を大きくする、の３つの内の少なくとも何れか１つを実行することを特徴としている。
【００２１】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、吸気弁の開タイミングを排気行程における上死点より遅延させることにより、吸気口より上流側（吸気通路）内の圧力と燃焼室内の圧力との差を制御するようにしたので、自己着火の発生する時期を制御することができる。即ち、例えば請求項２の発明によれば、吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させたので、吸気弁，排気弁の両方が閉じた状態でピストンが下降するに伴って燃焼室容積が大きくなり、これにより燃焼室内の圧力が上記吸気口上流側より大幅に低くなる。そして吸気弁が開くと、吸気通路内の混合気が燃焼室内に高速で流入し、これに伴って燃焼室内の圧力が急激に増加し、この急激な圧力増加によって燃焼室内気体のもつエンタルピーと運動エネルギの和が増大する。これにより吸気行程において燃焼室内の温度が上昇する。そして圧縮行程に移行すると燃焼室内の気体は圧縮されて温度が上昇するのであるが、圧縮開始時の温度が高いほど圧縮行程の上死点付近での温度も上昇し、この温度が高いほど上記自己着火の発生タイミングが早くなる。
【００２２】
このようにして吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を調整することにより吸気行程下死点付近での燃焼室内温度ひいては圧縮行程上死点付近での燃焼室内温度を制御でき、その結果自己着火タイミング、つまり燃焼開始時期を制御できる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、吸気弁の最大リフト量を制御するようにしたので、吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御でき、もって自己着火の発生する時期を制御することができる。
【００２４】
即ち、例えば吸気弁の最大リフト量を通常よりも小さくすると、吸気弁が開き始めても当初は弁部の開口面積は僅かであり混合気が燃焼室内に流入しにくく、ピストン下降に伴う燃焼室容積増大による圧力低下効果が相対的に大きいために、燃焼室内の圧力は吸気通路に比較して大幅に低下する。そして吸気弁が最大リフト付近まで開くと、上述の圧力差が大きいとともに開口面積が増加することから吸気の流入量が短時間で増大して燃焼室内の圧力が急激に増加する。この急激な圧力増加により燃焼室内の気体の持つエンタルピと運動エネルギの和が増大し、圧縮行程開始時の燃焼室内温度が上昇し、この上昇に伴って圧縮行程の上死点付近における燃焼室内温度も上昇する。
【００２５】
このように吸気弁の最大リフト量を制御することにより、吸気口上流側と燃焼室内との圧力差を制御でき、吸気行程下死点付近での燃焼室内温度ひいては圧縮行程上死点付近での燃焼室内温度を制御でき、その結果自己着火タイミング、つまり燃焼開始時期を制御できる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、上述の吸気口上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点より遅角させるとともに該遅角量を制御することにより実質的な圧縮比を制御したので、上記自己着火の発生する時期を制御することができる。
【００２７】
即ち、圧縮比は吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点に設定したとき最大となり、該閉タイミングを下死点から遅らせるほど小さくなる。圧縮比が小さくなると圧縮行程の上死点付近での燃焼室内温度が上昇しにくくなり、混合気の自己着火タイミングが遅くなる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御し、さらに上記吸気弁の最大リフト量を制御するようにしたので、上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差をより細かく自由に制御でき、その結果上記自己着火の発生する時期をより自由に制御することができる。
【００２９】
請求項６の発明によれば、上記吸気弁の開タイミングの制御及び上記吸気弁の最大リフト量の制御により上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングの制御により実質的な圧縮比を制御したので、上記自己着火の発生時期をより一層細かく自由に制御できる。
【００３０】
請求項７の発明によれば、エンジン温度が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又はエンジン温度が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、エンジン温度が低いことにより自己着火の発生タイミングが影響を受けるのを抑制できる。
【００３１】
即ち、エンジン温度が低い場合には圧縮上死点付近での燃焼室内温度も低くなり、自己着火タイミングが過剰に遅くなり易い。本発明では、エンジン温度が低い場合には吸気弁の開タイミングを遅らせるか最大リフト量を小さくして、上記吸気口より上流側の圧力より燃焼室内の圧力を大幅に低くして吸気弁開後の流入速度を速くし、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度を上昇させるようにしたので、最適な自己着火タイミングに対するエンジン温度の影響を抑制できる。
【００３２】
請求項８の発明によれば、吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又は吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、吸気温度や吸気圧が低いことにより自己着火の発生タイミングが影響を受けるのを抑制できる。
【００３３】
即ち、吸気温度，吸気圧が低い場合には圧縮上死点付近での燃焼室内温度が低くなり、自己着火タイミングが過剰に遅くなり易い。本発明では、吸気温度等が低い場合には吸気弁の開タイミングを遅らせるか又は最大リフト量を小さくし、上記吸気口より上流側の圧力より燃焼室内の圧力を大幅に低くして吸気弁開後の流入速度を速くし、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度を上昇させるようにしたので、最適な自己着火タイミングに対する吸気温度等の影響を抑制できる。
【００３４】
請求項９の発明によれば、トルク変動が大きいときの吸気弁の開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより遅延させ、又はトルク変動が大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、自己着火の発生タイミングの変動によるトルク変動を抑制できる。
【００３５】
即ち、トルク変動が大きい場合には自己着火タイミングが大きく変動している可能性がある。本発明では、トルク変動が大きい場合には吸気弁の開タイミングを遅らせ、上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を大きくし、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度を上昇させるようにしたので、自己着火タイミングの変動によるトルク変動を抑制できる。
【００３６】
請求項１０の発明は、要求トルクが大きいときの吸気弁の開タイミングを小さいときの吸気弁の開タイミングより進角させ、又は要求トルクが大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より大きくしたので、要求トルクが大きいことから自己着火タイミングが過剰に早くなるのを抑制できる。
【００３７】
即ち、要求トルクが大きい場合には供給される燃料が増大しており、自己着火タイミングが早くなり易い。本発明では、要求トルクが大きい場合には吸気弁の開タイミングを進めたので、上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差が小さくなり、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度の上昇を抑制でき、要求トルクの増大により自己着火タイミングが早まるのを抑制できる。
【００３８】
請求項１１の発明によれば、エンジン回転数が高いときの吸気弁の開タイミングを低いときの吸気弁の開タイミングより遅角させ、又はエンジン回転数が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、エンジン回転数が高い場合にも適正な自己着火タイミングを得ることができる。
【００３９】
ＨＣＣＩエンジンの自己着火時期は圧縮上死点付近の燃焼室内ガス温度に大きく依存するが、その依存性はエンジン回転数により異なる。例えばエンジン回転数が高い場合にはガス温度が高温に保たれる時間が短くなるので安定した自己着火にはより高温が必要となる。
【００４０】
本発明では、エンジン回転数が高い場合には吸気弁開タイミングを遅角し、又は最大リフト量を小さくしたので、吸気下死点付近の燃焼室内温度を上昇でき、それに伴って圧縮上死点付近の燃焼室内温度も上昇でき、その結果安定した自己着火を実現できる。
【００４１】
請求項１２の発明によれば、吸気系に過給器及び吸気圧センサを備え、吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁開タイミングを低いときの吸気弁開タイミングより進角させるか、又は吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より大きくしたので、過給器を備えて高負荷に対応しつつ、自己着火タイミングが過剰に早くなるのを防止できる。
【００４２】
即ち、ＨＣＣＩエンジンを高負荷で運転すると、熱発生率，シリンダ内圧力上昇率が大きくなり、騒音等の問題を生じるが、本発明では、過給器を備えたことによりこの問題を回避できる。しかし過給により高負荷運転を行うと燃焼室温度が高くなり、自己着火タイミングが過剰に早くなる恐れが有る。本発明では、この場合には吸気弁の開タイミングを進め、あるいは最大リフト量を大きくすることにより、吸気行程での燃焼室内温度の上昇を抑制したので、上述の自己着火タイミングが過剰に早くなるといった問題を抑制できる。
【００４３】
請求項１３の発明によれば、高負荷運転域では点火プラグによりスパーク点火を行なうとともに、吸気弁の閉タイミングを遅角するか、吸気弁の開タイミングを進角するか又は最大リフト量大きくするかの少なくとも何れかを採用したので、高負荷運転に対応しつつノッキングの発生を防止できる。
【００４４】
即ち、ＨＣＣＩエンジンを高負荷で運転すると、熱発生率，シリンダ内圧力上昇率が大きくなり、騒音等の問題を生じるが、本発明では、高負荷運転域ではスパーク点火をしたことによりこの問題を回避できる。しかしＨＣＣＩエンジンは通常のスパーク点火エンジンに比べて圧縮比が大きく設定されているので、このような場合にスパーク点火を行なうとノッキングを発生するおそれがある。本発明では、この場合には、吸気弁の閉タイミングを遅角させることにより実質的な圧縮比を下げたので、又は吸気弁の開タイミングを進め、あるいは最大リフト量を大きくすることにより吸気行程での燃焼室内温度の上昇を抑制したので、上述のノッキングの問題を抑制できる。
【００４５】
【実施の形態】
以下本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図３は本発明の第１実施形態を説明するための図であり、図１は予混合圧縮着火式エンジン（ＨＣＣＩ）の１つの構成を模式的に表した図、図２はその吸気弁揚程曲線、図３は燃焼室内温度曲線を示す。
【００４６】
参照符号１０は、予混合圧縮着火式エンジンであり、これはシリンダ・ブロック１２を含んでいる。このシリンダ・ブロックには１つまたはそれ以上のシリンダ・ボア１４が画成されているが、これらはどのような所望のパターン（例えば、Ｖ字型、対向など）に配置しても構わない。対応する数のピストン１６がシリンダ・ボア１４の中で往復する。シリンダ・ヘッド１８がシリンダ・ブロック１２に公知の方法で取り付けられている。燃焼室２０は、ピストン１６の頂面２２と、シリンダ・ボア１４と、そしてシリンダ・ヘッド１８に設けられた対応する凹みとで画成されている。出力軸２４（例えばクランク軸）は、コネクティング・ロッド２６によってピストン１６に接続されていて、シリンダ・ボア１４の中でピストン１６が往復運動をすると回転する。図示している実施形態では、ピストン１６の頂面２２は実質的に平坦である。しかし、この頂面２２は、例えば凹んでいたり鉢底などの形をしていてもよい。
【００４７】
上記エンジン１０は、また、少なくとも１本の吸気通路２８を備えている。この吸気通路２８の一部はシリンダ・ヘッド１８内に形成されている。この吸気通路２８は、燃焼室２０の一部をなす凹みに開口する吸気口３０を通って燃焼室２０に連通している。
【００４８】
動弁機構３４が上記吸気弁３２を進退駆動して、上記吸気口３０を開閉する。
上記動弁機構３４は、弁開閉タイミング及び弁リフト量可変機構（ＶＶＴ）３６を備えており、吸気弁３２の開放および閉鎖のタイミング（即ち、弁タイミング）を調整し、また吸気弁３２の最大リフト量を調整する。このＶＶＴ機構３６は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３８によって制御するのが好ましい。ＥＣＵ３８とＶＶＴ機構３６はエンジン制御システム３９の一部を構成している。ＥＣＵ３８を含めてエンジン制御システム３９を以下に更に詳述する。
【００４９】
動弁機構３４とＶＶＴ機構３６は公知のどのようなタイプのものであってもよい。例えば、動弁機構３４は、吸気弁３２を直接あるいは間接に開閉する電子駆動ソレノイド弁で構成することもできるし、また吸気弁３２を空気圧あるいは油圧の機構で開閉するように構成することもできる。これらの構成において、ＶＶＴ機構３６は、ＥＣＵ３８が生成した制御信号によって制御することもできる。別の構成では、動弁機構３４は、カム軸と従動子機構によって構成することもできる。
【００５０】
上記エンジン１０は、その一部が概略的に示されている吸気系統４０を備えており、該吸気系統４０は空気（吸入チャージ）を吸気経路２８に供給する。なお、吸気系統４０はどのような公知のものであってもよい。吸気系統４０は、この吸気系統４０を通る吸入空気の流れを制御するために、どのような公知のものでもよいがスロットル弁４１を含んでいるのが好ましい。
【００５１】
また、上記エンジン１０は、その一部が概略的に示されている燃料系統４２も備えている。この燃料系統４２は、燃料を上記吸気経路２８に供給するよう構成されており、この燃料系統４２と上記吸気系統４０とで実質的に均一な燃料と空気との混合気を燃焼室２０へ供給するようになっている。
【００５２】
なお本発明に含まれる方法で、かつ実質的に均一な混合気を燃焼室２０へ供給する方法は幾つかある。図示している構成においては、燃料系統４２は、吸気経路２８の上流部分に燃料を噴射する燃料噴射弁４４を含んでいる。
【００５３】
なお、燃料噴射弁４４は、燃焼室２０へ実質的に均一な混合気を供給するという目的をより確実に達成するために吸気通路２８に配置されている。しかし燃料噴射弁４４は、実質的に均一な混合気が圧縮行程の上死点付近において得られるように構成されてさえおれば、燃料を直接燃焼室へ導くように構成することもできる。この場合は、燃料を燃焼室の中に早期に噴射して、燃料が吸入空気と混じり合う時間を持たせることによって達成できる。
【００５４】
また、燃料系統４２は複数の燃料噴射弁４４を備えていてもよい。さらに燃料噴射弁４４は空気を燃料に混合した状態で噴射する空気／燃料噴射弁であってもよい。また勿論、当業者であれば、実質的に均一な混合気を燃焼室へ供給する、本発明と矛盾もしないその他の方法を認識されるであろう。
【００５５】
燃料噴射弁４４は、燃料供給源４６から燃料を受け取る。上流の燃料供給源４６は、適切なものであればどのようなものでもよいが、通常、低圧および高圧燃料ポンプと、蒸気及び水の分離器と、そして燃料供給タンクとを含んでいる。また上記吸気系統４０の中に噴射する燃料の量を制御するために、例えばソレノイド弁などのアクチュエータ（図示していない）がＥＣＵ３８で生成された制御信号に応じて上記燃料噴射弁４４を開閉する。
【００５６】
空気／燃料チャージ（混合気）が自己着火すると、これは燃焼して膨張しピストン１６を下方へ動かす。排気ガスは、図１に示しているように、シリンダ・ヘッド１８に形成されている少なくとも１本の排気通路４８を通って燃焼室か２０から排出される。該排気通路４８は、燃焼室２０の部分を構成しているシリンダ・ヘッド１８の凹みに開口している排気口５０から外方に延びている。この排気口５０は排気弁５２により開閉される。なおこの排気弁５２は、排気弁駆動機構によって進退駆動される。この駆動機構はどのような公知のタイプのものでもよく、限定するものではないが、例えばカム軸と従動子、あるいは電子的に駆動されるソレノイド弁などで構成される。排気マニフォールド５６が排気経路４８からの排気ガスを集め、これを最終的に大気中に排出する排気系統（図示していない）へ放出する。
【００５７】
次にエンジン制御システム３９を説明する。このエンジン制御システム３９は、ＥＣＵ３８と、このＥＣＵ３８に有効に接続されているセンサおよびアクチュエータとを含んでいる。ＥＣＵ３８は、ハード配線の帰還制御回路の形にしてもよい。また、ＥＣＵ３８は、専用プロセッサとコンピュータ・プログラムを記憶するためのメモリーとから作ることもできる。更に別の構成においては、ＥＣＵ３８は、汎用プロセッサとコンピュータ・プログラムを記憶するためのメモリーを持つ汎用コンピュータであってもよい。なお、本実施形態では、点火タイミング・システムをエンジン制御システムの一部として説明しているが、この点火タイミング・システムは、エンジン制御システム３９から完全にあるいは部分的に切り離して構成することもできる。
【００５８】
エンジン制御システム３９は様々なエンジンの動作を制御する。このエンジン動作の１つとして、エンジン１０の着火タイミング（即ち、特定のサイクルの燃焼開始のタイミング）があることが好ましい。従って、エンジン制御システム３９は、エンジン１０の着火タイミングを制御するサブシステム（即ち、着火制御システム）を含んでいるのが好ましい。この着火タイミング制御システムは、ＥＣＵ３８と上記のＶＶＴ機構３６とを含んでいる。なおこの着火タイミング制御システムはエンジン制御システムのサブシステムであるのが好ましいが、エンジン制御システム３９から全部があるいは部分的に分離されている制御システムであってもよい。
【００５９】
上記着火タイミング制御システムは各種のエンジン・センサを含んでいることが好ましい。以下に更に詳述するが、これらのセンサは、各種の周囲状況及びエンジン動作の状況に応じてエンジン１０の着火タイミングを更に正確に制御するために上記着火タイミング制御システムによって使用される。
【００６０】
上記着火タイミング制御システムにとってより重要なセンサのいくつかを説明する。なお、この着火タイミング制御システムは、必ずしも下記に説明するセンサ総てを含んでいる必要はない。さらにまた、この着火タイミング制御システムのセンサは、以下に説明するセンサに限定される必要もない。
【００６１】
引き続き図１を参照すると、出力軸２４に関連して、出力軸角度位置センサ６０が設けられている。この出力軸角度位置センサ６０は、出力軸２４が回転するとパルスを生成するパルス発生器を備えている。これらのパルスは、次に、ＥＣＵ３８，あるいは別の独立した変換器（図示していない）の中で時間当たりの出力軸角度を測定してエンジン回転速度に変換する。
【００６２】
水温センサ６２は、エンジン１０のシリンダ・ブロック１２の中に配置されている水冷ジャケット６４とつながっている。水冷ジャケット６４は冷却系統（図示していない）に接続されており、従来公知のように、エンジン１０の各部を冷却する。水温センサ６２は、水冷ジャケット６４を通って流れる水の温度を検出し、水温信号をＥＣＵ３８に供給する。
【００６３】
潤滑油温度センサ６６は、エンジン１０のシリンダ・ブロック１２の中にある潤滑油孔６８とつながっている。この潤滑油孔６８は潤滑系統（図示していない）に接続されていて、従来公知のように、エンジン１０の各部に潤滑油を供給している。潤滑油温度センサ６６は、この潤滑油孔６８を流れていく潤滑油の温度を検出し、ＥＣＵ３８に潤滑油温度信号を供給している。
【００６４】
吸気圧センサ７０は吸気系統４０とつながっている。この吸気圧センサ７０は、吸気系統４０の中のスロットル弁下流側の吸気の圧力を検出し、ＥＣＵ３８に吸気圧信号を出力する。吸気温度センサ７２も吸気系統４０とつながっていて、吸気系統４０の中のスロットル弁下流側の吸気の温度を検出している。変更した構成においては、これらの吸気圧センサ７０又は吸気温度センサ７２の何れか一方又は両方は吸気通路２８のシリンダヘッド内部分とつながっていてもよい。
【００６５】
上記着火タイミング制御システムは、また、スロットル弁４１の開度を検出するように構成されているスロットル開度センサ７４を含んでいることが好ましい。スロットル弁４１の開度を表している信号をスロットル開度センサ７４がＥＣＵ３８に送る。スロットル弁４１の開度をエンジン速度と一緒に使って、従来公知のように、エンジン負荷を決定することができる。
【００６６】
本実施形態の着火タイミング制御システムをさらに詳述する。上記のように、本実施形態の特徴は、吸気通路２８が吸気口３０を介して燃焼室２０と連通開始した時点（即ち、吸気弁３２が吸気口３０を開き始めた時点）における吸気口３０より上流側の吸気通路２８内の圧力と燃焼室２０内の圧力との差を調整することによって着火タイミングを制御するという点にある。
【００６７】
吸気弁３２を排気行程の上死点ＥＴＤＣを過ぎた後も開かずにいると吸気弁３２及び排気弁５２の両方が閉じた状態でピストン１６が下降し、燃焼室内容積が増加するため燃焼室２０内の圧力は吸気通路２８内の圧力以下となり、吸気弁３２の開タイミングを遅延するほどその圧力差は大きくなる。
【００６８】
そして吸気弁３２を開くと、新気（混合気）が高速で燃焼室２０内に流入し、該燃焼室２０内の圧力は新気（混合気）の流入により急激に増大する。この圧力増大により燃焼室内の気体のもつエンタルピーと運動エネルギの和は増加する。このエンタルピーと運動エネルギの和の増加と、上記燃焼室内の圧力の増加との関係は下記の式１で表される。
【００６９】
【式１】

【００７０】
ここでＤ／Ｄｔ＝オイラー導関数
ｈ＝エンタルピー
ｕ＝流体の速度
ｑ＝流入する熱量
ｐ＝燃焼室２０内の流体の圧力
である。なお、上記圧力増大の過程は極短時間でなされるため外部からの熱量ｑは無視できるものとした
上記エンタルピーと運動エネルギの和の増大量は燃焼室内の混合気の温度を上昇させる。このように吸気弁３２の開タイミングを制御することにより、即ち吸気通路２８内の圧力と燃焼室２０内の圧力との差を制御することにより吸気行程における燃焼室内の混合気の温度を制御できる。
【００７１】
そして吸気行程から圧縮行程に移行すると燃焼室内の混合気は圧縮されて温度上昇し上死点付近で最高となる。この場合圧縮開始時の温度が高いほど上死点付近での温度も高くなり、その結果自己着火タイミング、即ち燃焼開始タイミングが早くなる。
【００７２】
このように吸気口３０より上流側の吸気通路２８内と燃焼室２０内との圧力差を大きくすると自己着火タイミングを早くでき、即ち自己着火タイミングを上記圧力差で制御することができるのである。
【００７３】
そして本実施形態における着火タイミング制御システムによれば、上述の圧力差は、吸気弁３２の開タイミングを排気行程における上死点（ＥＴＤＣ）以降とすることにより、より具体的には排気弁５２の閉タイミングより遅延させることにより制御される。ここで吸気弁３２を開けることをＩＶＯ（ＩｎｔａｋｅＶａｌｖｅＯｐｅｎｉｎｇ：吸気弁開放）と称し、また閉じることをＩＶＣ（吸気弁閉鎖）と称する。
【００７４】
図２に６本の例示的な吸気弁揚程曲線（即ち、クランク角度に対する吸気弁のリフト量）が示されている。これらの曲線にはＡ〜Ｆの記号が付されている。揚程曲線Ａ〜ＦのＩＶＯに対するクランク角度は、それぞれおよそ３４５度（即ち、ＥＴＤＣから１５度進角）、３７５度（即ち、ＥＴＤＣから１５度遅角）、３９０度、４０５度、４３５度および４５０度である。図示している構成では、それぞれの揚程曲線Ａ〜Ｆは同じクランク角度で閉じており（即ち、ＩＶＣが同じ）、最大の揚程が同じ（即ち、６ｍｍ）である。
【００７５】
従って、吸気弁３２が開くとき、クランク角度に対応した揚程曲線の導関数は、揚程曲線Ａに比べて揚程曲線Ｆの方が概ね大きい。更に、吸気弁３２が閉じるとき、クランク角度に対応した揚程曲線の導関数は、揚程曲線Ａに比べて揚程曲線Ｆの方が概ね大きい（絶対値で）。
【００７６】
図３に、図２に示している各揚程曲線に対するクランク角度の関数として燃焼室２０の中の温度を示している。なお、同じ記号の曲線は互いに対応している。これらの曲線は、燃焼による効果を除いた圧縮行程中の燃焼室内の温度を数値計算して表している。
【００７７】
図３に示しているように、ＩＶＯが遅れる（揚程曲線Ａから揚程曲線Ｆに移動する）と、圧縮行程のＴＤＣ（即ち、０度）での温度は高くなる。例えば、揚程曲線ＦのＴＤＣでの温度は揚程曲線Ｅよりも高くなっている。上述したように、上記温度の上昇は、主として、吸気通路２８が燃焼室２０と連通開始したときの吸気口３０より上流側即ち吸気通路２８内の圧力と燃焼室２０内の圧力との差が大きいほど大きくなる。
【００７８】
具体的には、排気弁５２は通常排気行程のＥＴＤＣのすぐ後に排気口５０を閉じ、またこのとき吸気弁３２は吸気口３０を閉じている。そしてピストン１６が下降すると、燃焼室２０内の圧力は、燃焼室２０の体積が大きくなるために低下していき、上記吸気通路２８内の圧力よりも低くなる。燃焼室２０と吸気通路２８との間の圧力差はＩＶＯを遅らせるほど大きくなる。従って、吸気弁３２での圧力差はＩＶＯを遅延させることによって制御できるのである。そして吸気弁３２での圧力差を大きくすると、圧縮行程開始時の燃焼室内温度が高くなり、その分だけＴＤＣ付近での燃焼室内温度も高くなる。この燃焼室内の混合気温度が高くなると着火タイミング（燃焼開始）が早くなる。従って、ＩＶＯを遅延させることによって燃焼開始を早くし、ＩＶＯを早めることによって燃焼開始を遅くすることができるのである。
【００７９】
次に本発明の第２実施形態を図１，図４，図５に基づいて説明する。
本第２実施形態の着火タイミング制御システムでは、吸気通路２８と燃焼室２０との圧力差を、吸気弁３２の最大リフト量（揚程）を調節することによって制御している。
【００８０】
吸気弁３２のリフト量を通常より低く設定すると、吸気弁３２が開き始めても当初は弁部の開口面積は僅かであり混合気が燃焼室内に流入しにくく、ピストン下降に伴う燃焼室容積増大による圧力低下効果が相対的に大きいために、燃焼室内の圧力は吸気通路２８に比較して大幅に低下する。そして吸気弁３２が最大リフト付近まで開くと、上述の圧力差が大きいとともに開口面積が増加することから吸気流量が増大して燃焼室内の圧力が急激に増加する。この急激な圧力増加により燃焼室内の気体の持つエンタルピと運動エネルギの和が増大し、圧縮行程開始時の燃焼室内温度が上昇し、この上昇に伴って圧縮行程のＴＤＣ付近における燃焼室内温度も上昇する。上記エンタルピーと運動エネルギの和の増加と、上記燃焼室内圧力の増加との関係は上記第１実施形態の場合と同様に上記式１で表される。
【００８１】
ここで吸気弁３２の最大リフト量をＭＡＸＩＶＬ（ＭａｘｉｍｕｍＩｎｔａｋｅＶａｌｖｅＬｉｆｔ：最大吸気弁揚程）と称する。図４に４本の例示的な吸気弁揚程曲線が示されており、それぞれ１〜４の記号が付けてある。揚程曲線１〜４のＭＡＸＩＶＬは、それぞれ、およそ６．０、４．５、３．０および１．５ｍｍである。示している構成においては、ＩＶＯとＩＶＣに対するクランク角度は全ての曲線において同じである。
【００８２】
図５には燃焼室２０内の温度がクランク角度の関数として示されている。図４および図５の同じ記号の付いた曲線は相互に対応している。各揚程曲線は、燃焼室２０の中で固有の時間−温度履歴を生み出す。特に、小さなＭＡＸＩＶＬの揚程曲線ほど、圧縮行程のＴＤＣにおいて温度がより高くなっている。
【００８３】
このように吸気行程ＭＡＸＩＶＬが小さいと、吸気行程前半における混合気の燃焼室２０内への流入が少ないことから燃焼室内の圧力減少が大きくなり、上記吸気通路２８と燃焼室２０との圧力差が大きくなる。そして吸気行程半ばからの混合気高速流入により燃焼室内圧力の増加が急激となり、圧縮行程開始時の燃焼室内温度が上昇し、その分圧縮行程のＴＤＣ付近における燃焼室２０内の温度は高くなる。その結果、ＭＡＸＩＶＬを調整することによって圧縮着火タイミング（燃焼開始時期）を制御できるのである。
【００８４】
本発明の第３実施形態を図６〜図７に基づいて説明する。
本第３実施形態は、上述の圧力差を、ＩＶＯを調節することによって、さらにＭＡＸＩＶＬを調節することによって制御するようにした例である。即ち上記第１実施形態と第２実施形態における圧力差に対するＩＶＯとＭＡＸＩＶＬの効果を組み合わせたものであり、これにより上記圧力差をより細かく自由に調節することができる。
【００８５】
図６に６本の例示的な吸気弁揚程曲線（即ち、クランク角度に対する吸気弁のリフト量）が示されている。これらの曲線にはＡ′〜Ｆ′の記号が付されている。揚程曲線Ａ′〜Ｆ′のＩＶＯに対するクランク角度は、およそ３４５度〜４５０度である。図示している構成では、それぞれの揚程曲線Ａ′〜Ｆ′は同じクランク角度で閉じており（即ち、ＩＶＣが同じ）、また最大リフト量は６．０〜１．５ｍｍである。即ち、本実施例では、吸気弁の開タイミングを排気行程の上死点から遅角させているものほど吸気弁最大リフト量を小さくしており、逆に言えば、開タイミングを上記上死点側に進角させているものほど最大リフト量を大きくしている。
【００８６】
図７に、自己着火タイミング制御システムのＥＣＵ３８により実行され、エンジン１０の自己着火タイミングを制御するサブルーチン１００が示されている。まず着火タイミング制御システムが初期化される（ステップＳ１）。このサブルーチン１００は、着火開始装置（例えば、キー起動スイッチ）を起動したときに初期化するのが好ましい。
【００８７】
そしてこの着火タイミング制御システムは、一旦動作を始めると、目標着火タイミング（即ち、燃焼行程の中での燃焼開始の目標時点）を決定する（ステップＳ２）。これは、ＥＣＵ３８に記憶されている制御マップおよび／または指標を参照することによって行われる。
【００８８】
なお、上記燃焼開始は、各種のセンサからデータを集め、ＥＣＵ３８のメモリーに記憶されている制御マップおよび／または指標に対してそのデータを比較して決定してもよい。例えば、エンジンの回転速度が高くなるにつれて、吸入混合気の温度を高く保持する期間が短くなるので、着火タイミングを早くすることが望ましい。従って、他のエンジン・パラメータに加えて出力軸センサ６０を使ってエンジン速度を決定し、このエンジン速度と制御マップを使って、エンジンＲＰＭが増加するのにつれて着火タイミングを早めるべきであると判断するのである。同様に、着火タイミングは、エンジン負荷の増大に合わせて早めるのが望ましいが、この増大は、出力軸センサ６０と上記のスロットル開度センサ７４から判断することができる。
【００８９】
着火タイミングが決まると、この着火タイミング制御システムは、ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬに対して行うべき調整目標を決定し、目標着火タイミングを得る（ステップＳ３）。これは、目標着火タイミングを実現するための目標ＩＶＯおよび／または目標ＭＡＸＩＶＬを示しており、ＥＣＵ３８の中に記憶されている制御マップおよび／または指標を参照することによって行うことができる。ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬに対する調整目標も、また、各種のセンサからデータを集め、ＥＣＵ３８の中に記憶されている制御マップに対してそのデータを比較して決定してもよい。
【００９０】
着火タイミング制御システムがＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬに対する調節目標を決定すると、この着火タイミング制御システムは、ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬを調節する（ステップＳ４）。ステップＳ５に示しているように、本着火タイミング制御システムは、エンジンが運転している間中、上述のステップＳ２−Ｓ４を繰り返す。エンジン１０が運転を止めると、本着火タイミング制御システムはステップＳ６で示しているように動作を停止する。
【００９１】
なお、上記のサブルーチンは総ての燃焼サイクル、あるいは所定の数のサイクル総てにおいて行われる。また、このサブルーチンは、動作および／または判断ブロックのいくつかが他の動作および／または判断ブロックよりもより頻繁に行われるように変更しても構わない。
【００９２】
ここで、上記着火タイミングは、ＴＤＣ付近での燃焼室２０内の温度に強く影響される。上記のように、燃焼室２０内の温度は、吸入弁３２での圧力差を調節することによって調整できる。しかし、燃焼室２０内の温度は、また、冷却水温度、潤滑油温度、吸気温度、吸気圧力および／またはエンジン負荷によっても、少なくとも部分的に影響を受ける。
【００９３】
従って、以下（１）〜（５）に詳述するように、水温センサ６２、潤滑油温度センサ６６、吸気温センサ７２、吸気圧センサ７０、出力軸センサ６０および／またはスロットル開度センサ７４から集めたデータを制御マップに対して使用して、ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬに対する調節目標を決定することもできる。
【００９４】
（１）冷却水温度センサ６２又は潤滑油温度センサ６６等のエンジン温度を検出するセンサを備え、エンジン温度が低いときの吸気弁３２の開タイミングを高いときの吸気弁３２の開タイミングより遅延させるか、又はエンジン温度が低いときの吸気弁３２の最大リフト量を高いときの吸気弁３２の最大リフト量より小さくするかの少なくとも何れか一方を実行することにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御する。
【００９５】
このようにエンジン温度が低いときの吸気弁３２の開タイミングを高いときの吸気弁３２の開タイミングより遅延させるか、又はエンジン温度が低いときの吸気弁３２の最大リフト量を高いときの吸気弁３２の最大リフト量より小さくしたので、エンジン温度が低いことにより自己着火の発生タイミングが影響を受けるのを抑制できる。
【００９６】
即ち、エンジン温度が低い場合には圧縮上死点付近での燃焼室２０内温度も低くなり、自己着火タイミングが過剰に遅くなり易い。本実施形態では、エンジン温度が低い場合には吸気弁３２の開タイミングを遅らせるか又は最大リフト量の小さくして、上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を大きくし、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度を上昇させるようにしたので、最適な自己着火タイミングに対するエンジン温度の影響を抑制できる。
【００９７】
（２）吸気温度検出センサ７２又は吸気圧検出センサ７０を備え、吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁３２の開タイミングを高いときの吸気弁３２の開タイミングより遅延させるか、又は吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁３２の最大リフト量を高いときの吸気弁３２の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御する。
【００９８】
このように、吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又は吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、吸気温度や吸気圧が低いことにより自己着火の発生タイミングが影響を受けるのを抑制できる。
【００９９】
即ち、吸気温度，吸気圧が低い場合には圧縮上死点付近での燃焼室２０内温度も低くなり、自己着火タイミングが過剰に遅くなり易い。本実施形態では、吸気温度等が低い場合には吸気弁３２の開タイミングを遅らせ、上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を大きくし、もって圧縮下死点付近での燃焼室２０内温度を上昇させるようにしたので、最適な自己着火タイミングに対する吸気温度等の影響を抑制できる。
【０１００】
（３）トルク変動検出センサを備え、トルク変動が大きいときの吸気弁３２の開タイミングを小さいときの吸気弁３２の開タイミングより遅延させ、又はトルク変動が大きいときの吸気弁３２の最大リフト量を小さいときの吸気弁３２の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御する。なお、出力軸センサ６０の回転角度データに基づいてトルク変動を検出するようにしてもよい。
【０１０１】
このようにトルク変動が大きいときの吸気弁の開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより遅延させ、又はトルク変動が大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、トルク変動が大きくなっている原因となっている可能性のある自己着火の発生タイミングの変動を抑制できる。
【０１０２】
即ち、トルク変動が大きい場合には自己着火タイミングが大きく変動している可能性があるが本実施形態では、トルク変動が大きい場合には吸気弁３２の開タイミングを遅らせ、上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を大きくし、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度を上昇させるようにしたので、自己着火タイミングの変動によるトルク変動を抑制できる。
【０１０３】
（４）要求トルク検出センサを備え、要求トルクが大きいときの吸気弁３２の開タイミングを小さいときの吸気弁３２の開タイミングより進角させ、又は要求トルクが大きいときの吸気弁３２の最大リフト量を小さいときの吸気弁３２の最大リフト量より大きくすることにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御する。なお、要求トルクエンジン回転数とスロットル開度から求めるようにしても良い。
【０１０４】
このように、要求トルクが大きいときの吸気弁３２の開タイミングを小さいときの吸気弁３２の開タイミングより進角させ、又は要求トルクが大きいときの吸気弁３２の最大リフト量を小さいときの吸気弁３２の最大リフト量より大きくしたので、要求トルクが大きいことから自己着火タイミングが過剰に早くなるのを抑制できる。
【０１０５】
即ち、要求トルクが大きい場合には供給される燃料が増大しており、自己着火タイミングが早くなり易い。本実施形態では、要求トルクが大きい場合には吸気弁３２の開タイミングを進めるか又は最大リフト量を大きくしたので、上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差が小さくなり、もって圧縮下死点付近での燃焼室内温度の上昇を抑制でき、要求トルクの増大により自己着火タイミングが早まるのを抑制できる。
【０１０６】
（５）エンジン回転数検出センサを備え、エンジン回転数が高いときの吸気弁３２の開タイミングを低いときの吸気弁３２の開タイミングより遅角させ、又はエンジン回転数が高いときの吸気弁３２の最大リフト量を低いときの吸気弁３２の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御する。
【０１０７】
このようにエンジン回転数が高いときの吸気弁の開タイミングを低いときの吸気弁の開タイミングより遅角させ、又はエンジン回転数が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より小さくしたので、エンジン回転数が高い場合にも適正な自己着火タイミングを得ることができる。
【０１０８】
即ち、ＨＣＣＩエンジンの自己着火時期は圧縮上死点付近の燃焼室内ガス温度に大きく依存するが、その依存性はエンジン回転数により異なる。例えばエンジン回転数が高い場合にはガス温度が高温に保たれる時間が短くなるので安定した自己着火にはより高温が必要となる。
【０１０９】
そこでエンジン回転数が高い場合には吸気弁開タイミングを遅角し、又は最大リフト量を小さくしたので、吸気下死点付近の燃焼室内温度を上昇でき、それに伴って圧縮上死点付近の燃焼室内温度も上昇でき、その結果安定した自己着火を実現できる。
【０１１０】
本発明の第４実施形態を図８に基づいて説明する。
本第４実施形態は、吸気系統に過給器と吸気圧（過給圧）センサを備えた例である。図８において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、本第４実施形態エンジン１５０は図１に示すエンジン１０と基本的に同様の構成を有する。
【０１１１】
上記エンジン１５０は、吸気系統に、過給器１５２及び過給圧検出センサ７５を備えている。この過給器１５２は、吸気の圧力を高めるように構成されているターボチャージャあるいはスーパーチャージャである。
【０１１２】
そして吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁３２開タイミングを低いときの吸気弁３２の開タイミングより進角させるか、又は吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁３２の最大リフト量を低いときの吸気弁３２の最大リフト量より大きくするかの少なくとも一方が採用されている。これにより上記吸気口３０より上流側と燃焼室２０内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようになっている。
【０１１３】
このように本実施形態では、吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁３２の開タイミングを進角し、又は最大リフト量を大きくしたので、過給器１５２を備えて高負荷に対応しつつ、自己着火タイミングが過剰に早くなるのを防止できる。
【０１１４】
即ち、ＨＣＣＩエンジンを高負荷で運転すると、熱発生率，シリンダ内圧力上昇率が大きくなり、騒音等の問題を生じる。そこで本実施形態では、過給器１５２を備えたことにより上記の問題を回避できる。しかし過給により高負荷運転を行うと燃焼室温度が高くなり、自己着火タイミングが過剰に早くなる恐れが有る。本実施形態では、この場合には吸気弁３２の開タイミングを進め、あるいは最大リフト量を大きくすることにより、吸気行程での燃焼室内温度の上昇を抑制したので、上述の自己着火タイミングが過剰に早くなるといった問題を抑制できる。
【０１１５】
本発明の第５実施形態を図１，図９に基づいて説明する。
本第５実施形態は、ＨＣＣＩエンジン１０の実質的な圧縮比を吸気弁３２が閉じる時点（即ち、ＩＶＣ）を制御することによって調節するようにした例である。
【０１１６】
図９に、６本の例示的な吸気弁揚程曲線（即ち、クランク角度に対する吸気弁のリフト量）が示されている。これらの曲線にはＡ′′〜Ｆ′′の記号が付されている。揚程曲線Ａ′′〜Ｆ′′のＩＶＯに対するクランク角度は同じであり、ＩＶＣは５５０〜６４０度であり、また最大の揚程は同じ（即ち、６ｍｍ）である。
【０１１７】
ここで実質的な圧縮比は吸気弁３２の閉タイミングを吸気行程の下死点（ＤＢＣ）に設定したとき最大となり、該閉タイミングを下死点から遅らせるほど小さくなる。圧縮比が小さくなると圧縮行程の上死点付近での燃焼室２０内温度が上昇しなくなり、混合気の自己着火タイミングが遅くなる。このように吸気弁３２の閉タイミングを制御することにより混合気の自己着火タイミングを制御できる。
【０１１８】
本発明の第６実施形態を図１０，図１１に基づいて説明する。
本第６実施形態は、点火プラグ２５２を備えた例である。図１１において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、本第６実施形態エンジン２５０のシリンダヘッド１８には、点火プラグ２５２が螺挿されており、該点火プラグ２５２の電極は燃焼室２０内に位置している。
【０１１９】
負荷が大きい運転域では上記点火プラグ２５２によりスパーク点火し、負荷が小さい運転域では混合気の圧縮により自己着火させるようになっている。そしてスパーク点火運転時には自己着火運転時よりも、吸気弁３２の閉タイミングを遅角し、吸気弁３２の開タイミングを進角し、さらに吸気弁の最大リフト量を大きくするようになっている。
【０１２０】
このように本第６実施形態では、高負荷運転域では点火プラグ２５２によりスパーク点火を行なうとともに、吸気弁３２の閉タイミングを遅角し、開タイミングを進角し、さらに最大リフト量を大きくしたので、高負荷運転に対応しつつノッキングの発生を防止できる。
【０１２１】
即ち、ＨＣＣＩエンジンを高負荷で運転すると、熱発生率，シリンダ内圧力上昇率が大きくなり、騒音等の問題を生じる。本実施形態では、高負荷運転域ではスパーク点火をしたことによりこの問題を回避できる。しかしＨＣＣＩエンジンは通常のスパーク点火エンジンに比べて圧縮比が大きく設定されているので、このような場合にスパーク点火を行なうとノッキングを発生するおそれがある。
【０１２２】
本実施形態では、吸気弁３２の閉タイミングを遅角させることにより実質的な圧縮比を下げたので実質的な圧縮比が小さくなり、また吸気弁３２の開タイミングを進め、さらに最大リフト量を大きくしたので、吸気行程での燃焼室内温度の上昇を抑制でき、その結果上述のノッキングの問題を抑制できる。
【０１２３】
図１０に基づいて本実施形態の動作をさらに詳述する。図７の場合と同様に、図１０のサブルーチン２００は総ての燃焼サイクル、あるいは所定の数のサイクル総てにおいて行われる。また、このサブルーチンは、動作および／または判断ブロックをなす幾つかのステップが他の動作および／または判断ブロックをなすステップよりもより頻繁に行われるように変更しても構わない。
【０１２４】
まずこの着火タイミング制御システムが初期化され（ステップＳ１１）、目標着火タイミング（即ち、燃焼行程の中での燃焼開始の目標時点）が決定される（ステップＳ１２）と、ＩＶＯ，ＭＡＸＩＶＬ，ＩＶＣに対して行うべき調節目標が決定され（ステップＳ１３）、これらの調節目標が調節される（ステップＳ１４）。ステップＳ１５に示しているように、本着火タイミング制御システムは、エンジンが運転している間中、上述のステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返す。エンジン１０が運転を止めると、本着火タイミング制御システムはステップＳ１６で示しているように動作を停止する。
【０１２５】
本エンジン２５０は、エンジン負荷が大きいときは、スパーク点火モードで運転され、中程度、あるいは小さい負荷の時はＨＣＣＩモードで運転される。スパーク点火の間は、エンジン２５０の圧縮比は、ノッキングが起きないようにＨＣＣＩよりも小さくしなければならない。従って、エンジン制御システムは、負荷が大きいときは圧縮比が小さくなるようにＩＶＣを調節するようになっている。さらにまた、ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬを燃焼室内の温度調節に使ってノッキングを防ぐことも行なわれている。ＨＣＣＩ運転の時は、エンジン制御システムは、ＩＶＣを調節してエンジンの圧縮比を高めるるとともに、ＩＶＯおよび／またはＭＡＸＩＶＬを上記のように調節して点火タイミングを制御するのである。
【０１２６】
なお、以上のように本発明の技術上の利点を説明するために、本発明のいくつかの目的と利点を上記に述べてきた。勿論、本発明のどれか特定の実施形態によってこれらの目的あるいは利点総てが必ずしも達成できるというものではない。従って、当業者であれば、例えば、本発明は、ここに述べた１つの利点あるいはいくつかの利点を実現あるいは最も効果的にする方法によって具体化あるいは実施されるのであって、必ずしも、ここに述べたあるいは提案したその他の目的あるいは利点を実現するものによるのではないということであることを理解されたい。
【０１２７】
更に、この発明をある好適な実施形態を説明することによって開示してきたが、当業者であれば、本発明が、具体的に開示した実施形態より更に、別の同等な実施形態および／または本発明の利用、そしてその自明な変形や等価物まで広がりがあるということを理解されたい。加えて、多数の本発明の変形を示し詳細に説明したが、本発明の範囲内にあるその他の変形も、この開示に基づけば当業者にとっては容易に明らかなことであろう。また、実施態様の特定の特徴および態様のいろいろな結合や小結合が可能であるが、これらも本発明の範囲内に入るものと考える。従って、開示した実施態様のいろいろな特徴および態様を相互に組み合わせたり置き換えたりして、開示した発明をいろいろなモードにするようにできるということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図２】クランク角度に対する吸気弁の揚程を示す図である。
【図３】クランク角度に対する燃焼室内の温度を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるクランク角度に対する吸気弁の揚程を示す図である。
【図５】クランク角度に対する燃焼室内の温度を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態によるクランク角度に対する吸気弁の揚程を示す図である。
【図７】図１に示しているＥＣＵが実行することのできる着火制御システム・サブルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の第４実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態によるクランク角度に対する吸気弁の揚程を示す図である。
【図１０】図８に示しているＥＣＵが実行することのできる着火制御システム・サブルーチンの別のフローチャートである。
【図１１】本発明の第６実施形態によるエンジンの模式構成図である。
【符号の説明】
１０エンジン
２０燃焼室
３０吸気口
３２吸気弁
３４動弁機構
５０排気口
５２排気弁
６０出力軸センサ（エンジン回転数検出センサ）
６２冷却水温度検出センサ
６６潤滑油温度検出センサ
７０吸気圧検出センサ
７２吸気温度検出センサ
７４スロットル開度センサ（要求トルク検出センサ）
７５過給圧センサ
１５２過給器
２５２点火プラグ

Claims

燃焼室に開口する吸気口，排気口を吸気弁，排気弁により開閉するよう構成された動弁機構を備え、空気と燃料との混合気を圧縮することにより自己着火させるようにした圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置において、上記吸気弁の開タイミングを排気行程における上死点より遅延させるとともに、該開タイミングにおける上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御することにより上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御することにより上記吸気口より上流側と上記燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１において、上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１において、上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点より遅角させるとともに該遅角量を制御することにより実質的な圧縮比を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御し、さらに上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１において、上記吸気弁の開タイミングを上記排気弁の閉タイミングより遅延させるとともに該遅延量を制御し、また上記吸気弁の最大リフト量を制御することにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、さらに上記吸気弁の閉タイミングを吸気行程の下死点より遅角させるとともに該遅角量を制御することにより実質的な圧縮比を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし６の何れかにおいて、冷却水温度，潤滑油温度等のエンジン温度を検出するセンサを備え、エンジン温度が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又はエンジン温度が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし６の何れかにおいて、吸気温度検出センサ又は吸気圧検出センサを備え、吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁開タイミングを高いときの吸気弁開タイミングより遅延させるか、又は吸気温度又は吸気圧が低いときの吸気弁の最大リフト量を高いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし６の何れかにおいて、トルク変動検出センサを備え、トルク変動が大きいときの吸気弁開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより遅延させ、又はトルク変動が大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし６の何れかにおいて、要求トルク検出センサを備え、要求トルクが大きいときの吸気弁開タイミングを小さいときの吸気弁開タイミングより進角させ、又は要求トルクが大きいときの吸気弁の最大リフト量を小さいときの吸気弁の最大リフト量より大きくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし６の何れかにおいて、エンジン回転数検出センサを備え、エンジン回転数が高いときの吸気弁開タイミングを低いときの吸気弁開タイミングより遅角させ、又はエンジン回転数が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より小さくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項２ないし１１の何れかにおいて、吸気系に過給器及び吸気圧センサを備え、吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁開タイミングを低いときの吸気弁開タイミングより進角させるか、又は吸気圧（過給圧）が高いときの吸気弁の最大リフト量を低いときの吸気弁の最大リフト量より大きくすることにより上記吸気口より上流側と燃焼室内との圧力差を制御し、もって上記自己着火の発生する時期を制御するようにしたことを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。
請求項１ないし１２の何れかにおいて、上記燃焼室に点火プラグを備えており、負荷が大きい運転域では上記点火プラグによりスパーク点火し、負荷が小さい運転域では混合気の圧縮により自己着火させ、スパーク点火運転時には自己着火運転時よりも、吸気弁の閉タイミングを遅角する、吸気弁の開タイミングを進角する、又は吸気弁の最大リフト量を大きくする、の３つの内の少なくとも何れか１つを実行することを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃焼制御装置。