JP4678164B2 - ４サイクルエンジン - Google Patents

Description

本発明は４サイクルエンジンに関し、特に、過給機としてターボチャージャを有する４サイクルエンジンに関する。

一般に、内部ＥＧＲガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるに当たり、広い運転領域で必要なＥＧＲ率を確保する技術が知られている（例えば特許文献１、２）。先行技術に係る構成では、排気行程中に吸気バルブを開き、または吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部ＥＧＲを実現するようにしている。

しかしながら、高負荷運転領域では、内部ＥＧＲガスが相当高温になるため、燃料が一気に燃焼し、ノッキングが発生しやすくなる。そこで、高負荷運転領域でのノッキングを防止するために、排気弁の閉タイミングを、排気行程上死点後に遅角させる技術も提案されている（例えば特許文献３参照）。
特開平９−２５８５３号公報 特開２００１−１０７７５９号公報 特開２００１−２１４７４１号公報

エンジンの性能をトータル的に向上する場合、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部ＥＧＲガスを確保し、ノッキングを防止することが必要になってくる。

しかしながら、特許文献１、２に開示された技術では、高負荷運転領域でのノッキング対策は取られていないので、高負荷運転領域では、内部ＥＧＲガスを利用することが困難になっていた。

他方、特許文献３に開示された技術では、排気弁の閉タイミングを、排気行程上死点後に遅角させて、ノッキング対策を施していたので、排気弁とシリンダとの干渉を避けるため、圧縮比を高く取ることができず、この点で燃焼効率を高めることができなくなるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部ＥＧＲガスを確保し、ノッキングを防止することのできる４サイクルエンジンを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、エンジン本体と、このエンジン本体の吸気を過給する過給機と、過給された空気を冷却するインタークーラと、吸気弁の開弁期間に排気弁を開いて筒内に排気ガスを還流させるように吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構と、この動弁機構に含まれ、吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構と、動弁機構を制御する制御装置とを備えた４サイクルエンジンであって、エンジンの回転数が所定値以下でかつ負荷が所定値以上の高負荷運転領域と、スロットル弁が全開になっているノッキング対策運転領域と、これら高負荷運転領域およびノッキング対策運転領域を除いた通常運転領域とが設定され、前記排気弁が１気筒あたり２つ設けられ、前記制御装置は、前記通常運転領域で、前記２つの排気弁のうちの一方の排気弁が排気行程中に開きかつ排気行程の上死点以降に閉じ、他方の排気弁が、前記一方の排気弁が開いた後の排気行程の後半に開き、かつ前記一方の排気弁が閉じた後の吸気行程の下死点以前に閉じ、前記吸気弁が前記上死点以降に開きかつ前記下死点以降で閉じるよう動弁機構を制御するとともに、前記高負荷運転領域で、排気弁の開閉タイミングを前記通常運転時のときと同一とし、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように吸気弁を遅角させるよう動弁機構を制御することを特徴とするものである。この態様では、吸気弁の開弁タイミングに排気弁を再度開弁することとしているので、吸気通路に既燃ガスが逆流する恐れはない。また、吸気弁が吸気行程の上死点経過以降に開き下死点以降で閉じるとともに、前記排気弁が前記上死点の直前で再度開き下死点以前に閉じることとしているので、排気弁がピストンと干渉しないタイミングで内部ＥＧＲを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高めることが可能になる。しかも、車両の運転状態が高負荷運転領域に達した場合、排気弁の開閉タイミングを固定したまま、吸気弁を遅角させるので、ＥＧＲ率を低減し、高負荷運転領域でのノッキングを防止することが可能になる。しかも、吸気弁の遅角は、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように実行されるので、過給機や、インタークーラを採用していることと相俟って、高負荷運転領域でのミラーサイクル機能を実現することも可能となり、充填効率が向上し、ポンピングロスが低減されてトルクアップを図ることができる他、ノッキングをも効果的に抑制することが可能になる。

具体的な態様において、前記動弁機構は、排気導入用の排気弁の開弁動作を停止可能なバルブタイミングリフト機構を有し、前記制御装置は、スロットル弁が全開になっているノッキング対策運転領域において、排気導入用の排気弁の開弁を停止するように前記バルブタイミングリフト機構を制御するバルブリフト制御手段を有している。この態様では、スロットル弁が全開になっているノッキング対策運転領域においては、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように吸気弁を遅角させた状態で、内部ＥＧＲを停止することにより、確実にノッキングを抑制することが可能になる。

さらに別の態様において、前記過給機は、ターボチャージャである。この態様では、ターボチャージャによる背圧を利用して、排気導入用の排気弁の開弁時により多くの既燃ガスを筒内に導入させることが可能になる。従って、ＥＧＲ率を高めることが可能になり、着火性や排気性能の向上を図ることが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部ＥＧＲガスを確保し、ノッキングを防止することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る４サイクルガソリンエンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン本体２０の一つの気筒とそれに対し設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。

同図を参照して、図示の４サイクルガソリンエンジン１０は、エンジン本体２０を備えている。エンジン本体２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。

シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。本実施形態において、各気筒２４の圧縮比は、１１に設定されている。

各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転数を検出するクランク角センサ２７が設けられている。

各燃焼室２６の側部には、当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。また、各燃焼室２６の頂部には、点火プラグ２９が装備され、そのプラグ先端が燃焼室２６内に臨んでいる。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。

エンジン本体２０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。

吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気管３１と、この吸気管３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２と、このインテークマニホールド３２から分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される分岐吸気管３３とを備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気通路２４ａが形成されており（図１参照）、前記分岐吸気管３３の下流端は、各気筒２４の吸気通路に対応して二股に形成されている。

吸気システム３０の吸気管３１には、エアフローセンサ３４が設けられている。また、各分岐吸気管３３には、共通の軸３５に一斉駆動される多連スロットル弁３６が設けられている。多連スロットル弁３６は、前記軸３５を回転駆動するアクチュエータ３７によって、開閉駆動されるように構成されている。

各気筒２４に設けられた各吸気通路２４ａには、吸気弁４０が設けられている。各吸気弁４０は、動弁機構４１によって駆動される構成になっている。動弁機構４１は、ＶＶＴ（バルブタイミング可変機構）４２と、ＶＶＴ４２を介し、クランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト４１ａと、カムシャフト４１ａに一体化されて、所定の位相で吸気弁４０のステム４０ａを駆動する吸気カム４１ｂとを有している。また、ＶＶＴ４２は、カムシャフト４１ａとクランクシャフト２１との回転位相をずらすことにより、吸気弁４０のバルブタイミングを変化させるものであり、従来から用いられているものをそのまま適用することが可能である。

次に、排気システム５０は、各気筒２４に２つ一組で形成された排気通路２４ｂに接続する二股状の分岐排気管５１と、各分岐排気管５１の下流端が集合するエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気管５３とを有している。排気管５３には、酸素濃度センサ５４が設けられている。

排気システム５０は、前記排気通路２４ｂ毎に設けられた排気弁６０を備えている。排気弁６０も、一つの気筒２４に対し、２つ一組で装備されている。一方の排気弁６０には、公知のタペットユニット６１が設けられ、他方の排気弁６０には、いわゆるロストモーション機能を有するＶＶＬ７０が装備された動弁機構６２によって駆動される構成になっている。動弁機構６２は、伝動機構６４と、伝動機構６４を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト６２ａと、カムシャフト６２ａに一体化されて、所定の位相で排気弁６０のステム６０ａを異なる位相で駆動する二組のカム６２ｂ、６２ｃと、これらカム６２ｂ、６２ｃとバルブステム６０ａとの間に介在するＶＶＬ７０とを有しており、残余の構成は、ＶＶＬ７０を除き、前記動弁機構６２と同様になっている。これらカム６２ｂ、６２ｃは、一方（図示の例ではカム６２ｂ）が排気行程において、気筒２４内の既燃ガスを排出するために排気弁６０を開く第１排気カムであり、他方（図示の例ではカム６２ｃ）が、後述する吸気弁４０の開弁タイミングにおいて排気弁６０を再度開いて、筒内に排気ガスを還流させる第２排気カムである。図示の例において、第１排気カム６２ｂは、２つ一組の対をなしており、第２排気カム６２ｃは、カムシャフト６２ａの軸方向において、第１排気カム６２ｂ、６２ｂ間に配置されている。

ＶＶＬ７０は、所定のタイミングで第２排気カム６２ｃが排気弁６０のステム６０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。

図３は、図１の実施形態に係るＶＶＬ７０の分解斜視図であり、図４は同ＶＶＬ７０の正面断面図、図５は同ＶＶＬ７０の平面断面図である。

これらの図を参照して、ＶＶＬ７０は、矩形のハウジング７１と、ハウジング７１内に昇降可能に収容され、前記排気弁６０のステム６０ａの端部（ステムエンド）に固定され、第１排気カム６２ｂによって駆動されるサイドタペット７２と、サイドタペット７２に対し、当該サイドタペット７２と相対変位可能に組み付けられ、第２排気カム６２ｃによって駆動されるセンタタペット７３とを有している。

ハウジング７１は、シリンダヘッド２３と一体化され、両タペット７２、７３の上死点位置およびサイドタペット７３の下死点位置を規制するとともに、両タペット７２、７３を対応するカム６２ｂ、６２ｃに対して臨ませる構造体である。

サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト６２ａと直交する直径方向に収容凹部７２ａを形成している。そして、収容凹部７２ａを区画する一対の壁部７２ｂの上面が、それぞれ対応する第１排気カム６２ｂに臨んでいる（図４参照）。各壁部７２ｂには、前記カムシャフト６２ａと平行な挿通孔７２ｃが形成されている。各挿通孔７２ｃには、有底のスリーブ状ホルダ７５ａ、７５ｂが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。各ホルダ７５ａ、７５ｂは、後述するように、センタタペット７３のピン孔７３ａに収容されるピンユニット７８を駆動するためのものである。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側（他方のスリーブ状ホルダ７５ｂの反対側）には、軸受７６が固定されており、その転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａ（図４、図５参照）に転がり接触している。この結果、サイドタペット７２は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向（排気弁６０を開閉する方向）沿いに移動可能になっている。

他方、センタタペット７３は、平面でみて前記サイドタペット７２の収容凹部７２ａの輪郭に沿う「Ｉ」字形の構造体であり、前記収容凹部７２ａと、ハウジング７１に設けられた係止部に規定されたストロークＳにおいて、サイドタペット７２に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記第２排気カム６２ｃに臨んでいる。

センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａの底部に配置された一対のコイルばね７７によって、常時、第２排気カム６２ｃの方へ付勢されている。このため、自由状態において、サイドタペット７２の壁部７２ｂの上面と、センタタペット７３の上面とは、図４に示すように面一になっている。この自由状態において、センタタペット７３には、前記挿通孔７２ｃと同心に連通するピン孔７３ａが穿設されている。このピン孔７３ａには、ピンユニット７８が収容されている。ピンユニット７８は、前記一方のスリーブ状ホルダ７５ａの内に出没可能に設けられたロックプランジャ７８ａと、このロックプランジャ７８ａとスリーブ状ホルダ７５ａの間に介装されるコイルばね７８ｂと、ロックプランジャ７８ａのコイルばね７８ｂと反対側に同心に配置されたロックピン７８ｃと、ロックピン７８ｃを前記ロックプランジャ７８ａ側に駆動するために前記他方のスリーブ状ホルダ７５ｂ内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ７８ｄと、ロックピン７８ｃを支持するためにピン孔７３ａの両開口端に固定される一対のブッシュ７８ｅ、７８ｆと、ロックピン７８ｃの略中央部に一体形成されたフランジ７８ｇと軸受７６の配置されている側のブッシュ７８ｅとの間に介装されて、フランジ７８ｇを介し、ロックピン７８ｃをロック解除プランジャ７８ｄ側へ付勢するコイルばね７８ｈとを有している。自由状態において、ロックプランジャ７８ａ、ロックピン７８ｃは、それぞれ壁部７２ｂと、センタタペット７３との間に介在している。従って、この状態では、ロックプランジャ７８ａ、ロックピン７８ｃがセンタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になり、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されると、サイドタペット７２を介して、排気弁６０のステム６０ａを押し下げ、排気弁６０を開くことになる。

他方、ロックピン７８ｃのロックを解除するために、他方の壁部（軸受７６が設けられた壁部７２ｂと反対側の壁部）７２ｂと、この壁部７２ｂに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、作動油路ＰＨが形成されている。後述するＥＣＵ１００の制御によって、この作動油路ＰＨに作動油回路７９から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが、図４、図５の左側に駆動されて、ロックピン７８ｃを壁部７２ｂからセンタタペット７３へ押込み、これと同時にロックプランジャ７８ａも対応する壁部７２ｂ内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されると、センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降し、その力は、コイルばね７７に吸収されて排気弁６０のステム６０ａには伝達されなくなる。この結果、ピンユニット７８によるロックを解除することによって、いわゆるロストモーション機能を持たせ、第２排気カム６２ｃによる排気弁６０の開弁を停止させることが可能になる。作動油回路７９には、コントロール弁７９ａが設けられており、このコントロール弁７９ａは、制御装置としてのＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。

次に、図１、図２を参照して、前記吸気システム３０、排気システム５０の間には、過給機としてのターボチャージャ８０と、排気された既燃ガスを吸気システム３０に還流させる外部ＥＧＲシステム９０とが設けられている。

ターボチャージャ８０は、インテークマニホールド３２とエキゾーストマニホールド５２との間に形成された還流通路６５に介在し、排気圧によって駆動されるタービンセクション８１と、タービンセクション８１によって駆動され、還流通路６５の吸気側に新気を導入するコンプッサセクション８２と、コンプレッサセクション８２から導入された新気を冷却するインタークーラ８３とを有しており、基本的には、従来から用いられているものをそのまま適用することが可能である。

外部ＥＧＲシステム９０は、前記還流通路６５に前記ターボチャージャ８０と並列に接続され、ＥＧＲクーラー９１と、ＥＧＲ弁９２と、ＥＧＲ弁９２を駆動するアクチュエータ９３とを備えた公知のシステムである。

４サイクルガソリンエンジン１０には、制御装置としてのＥＣＵ１００が設けられている。このＥＣＵ１００には、クランク角センサ２７、エアフローセンサ３４、酸素濃度センサ５４、並びにアクセル開度センサ６６が入力要素として接続されている。他方、ＥＣＵ１００には、スロットル弁３６のアクチュエータ３７、動弁機構４１および動弁機構６２のＶＶＴ４２、６４、動弁機構６２のＶＶＬ７０を駆動する作動油回路７９のコントロール弁７９ａ、外部ＥＧＲシステム９０のアクチュエータ９３が制御要素として接続されている。

図１を参照して、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有するものであり、メモリ１０２に記憶されるプログラム並びにデータによって、図２に示すように、運転状態を判定する運転状態判定手段１１０と、判定された運転状態に応じて吸気弁４０の開弁タイミングやバルブリフト量を制御するようにＶＶＴ４２、６２を制御するＶＶＴ制御手段１２０と、このＶＶＴ制御手段１２０に含まれ、前記ＶＶＬ７０のロックを切換制御するＶＶＬ制御手段１２１とを機能的に有している。

図６は、図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。

同図を参照して、運転状態判定手段１１０は、例えば図６に示すような特性図に基づく制御用マップを有している。同図に示す特性図において、白抜きの領域Ａは、いわゆる通常運転領域であり、この通常運転領域Ａでは、後述する開弁タイミングで吸気弁４０および排気弁６０が開閉するように設定されている。次に、中回転までの範囲において、斜線で示す領域Ｂは、高負荷運転領域であり、この高負荷運転領域Ｂでは、後述するように吸気弁４０の開弁タイミングが遅角されるように設定されている。

さらに、運転状態判定手段１１０は、アクセル開度が全開の場合、ノッキング対策運転領域と判定する。このノッキング対策運転領域では、後述するように、ＶＶＬ制御手段１３０がＶＶＬ７０のロックを解除することにより、排気弁６０の動作を変更するようになっている。

図７は、図１の実施形態に係る運転状態に応じた開弁タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は、通常運転時、（Ｂ）は、高負荷運転時、（Ｃ）はノッキング対策運転時をそれぞれ示している。

同図（Ａ）を参照して、ＶＶＴ制御手段１２０は、通常運転時においては、吸気弁４０を吸気行程の上死点ＴＤＣ経過以降に開き、下死点ＢＤＣ以降で閉じるように前記ＶＶＴ４２を制御するよう設定されている。また、排気弁６０については、排気行程において、第１排気カム６２ｂが排気弁６０を開いて排気行程の上死点ＴＤＣ経過後に閉じるとともに、前記ＴＤＣ経過前において、第２排気カム６２ｃが、排気行程の前記上死点ＴＤＣよりも前にＶＶＬ７０のセンタタペット７３を駆動することにより、再度排気弁６０を駆動して、吸気行程の下死点ＢＤＣよりも前で閉じるように設定されている。この結果、圧縮比を１１に設定しているにも拘わらず、排気弁６０がピストン２５と干渉することなく、吸気行程において再度開くことができるので、比較的大量のＥＧＲガス（いわゆるヘビーＥＧＲ）を供給することが可能になる。しかも、本実施形態では、ターボチャージャ８０を採用しているので、当該タービンセクション８１により生じる背圧を利用し、吸気行程での排気弁６０の開弁タイミングにより多くのＥＧＲガスを吸気行程にある気筒２４に導入することが可能になる。この結果、大量のＥＧＲガスによる燃費や排気性能の向上を図ることが可能になる。

次に、図７（Ｂ）を参照して、エンジンが高負荷運転状態になった場合には、当該エンジン本体２０の有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように吸気カム４１ｂ（吸気弁４０の開弁タイミング）を遅角させるように設定されている。この遅角は、ある値にスイッチングする方法であってもよく、負荷の増量に比例してアナログ的に遅角させるようにしてもよい。この結果、図７（Ｂ）に示すように、第２排気カム６２ｃによって開弁されるタイミングとのオーバーラップ部分が低減され、内部ＥＧＲを低減して温度上昇を抑制し、ノッキングを回避することが可能になる。しかも、本実施形態では、通常運転時の開弁特性（図の仮想線で示す特性）に比べて、吸気カム４１ｂが、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように遅角することにより、圧縮行程に移行したピストン２５によって、内部の空気が吸気通路２４ａ側に吹き戻されるいわゆるミラーサイクル機能を奏することになる。ここで、本実施形態では、過給機としてのターボチャージャ８０を採用し、インタークーラ８３で冷却された新気が筒内に導入されるので、高負荷域で導入される内部ＥＧＲガス量が低減していることと相俟って、筒内温度が下がり、高い充填量を維持しつつもノッキングを回避することが可能となる。

さらに図７（Ｃ）を参照して、アクセル開度センサの検出値から、各分岐吸気管３３のスロットル弁３６の前後の圧力差がなくなるスロットル開度の全開時、すなわちスロットル開度が全開になっているノッキング対策運転領域に入っている場合には、吸気カム４１ｂを遅角させたまま作動油回路７９を制御して、作動油を各ＶＶＬ７０のロックを解除し、センタタペット７３（従って第２排気カム６２ｃ）がロストモーションするように制御する。これにより、排気導入のための開弁が停止され、上述したミラーサイクル効果によって、確実にノッキング対策を取ることが可能になる。

以上説明したように、本実施形態では、吸気弁４０の開弁タイミングに排気弁６０を再度開弁することとしているので、吸気通路２４ａに既燃ガスが逆流する恐れはない。また、吸気弁４０が吸気行程の上死点経過以降に開き下死点以降で閉じるとともに、前記排気弁６０が前記上死点の直前で再度開き下死点以前に閉じることとしているので、排気弁６０がピストン２５と干渉しないタイミングで内部ＥＧＲを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高める（本実施形態では圧縮比１１）ことが可能になる。しかも、車両の運転状態が、図７（Ｂ）に示すような高負荷運転領域に達した場合、排気弁６０の開閉タイミングを固定したまま、吸気弁４０を遅角させるので、ＥＧＲ率を低減し、高負荷運転領域でのノッキングを防止することが可能になる。しかも、吸気弁４０の遅角は、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように実行されるので、ターボチャージャ８０や、インタークーラ８３を採用していることと相俟って、高負荷運転領域でのミラーサイクル機能を実現することも可能となり、充填効率が向上し、ポンピングロスが低減されてトルクアップを図ることができる他、ノッキングをも効果的に抑制することが可能になる。

特に本実施形態では、圧縮比が１０以上（本実施形態では圧縮比１１）に設定されているエンジンなので、燃焼効率を極めて高めることができる。

さらに本実施形態では、ＥＣＵ１００のＶＶＴ制御手段１２０は、スロットル弁３６が全開になっているノッキング対策運転領域において、排気導入用の排気弁６０の開弁を停止するように前記ＶＶＬ７０を制御するＶＶＬ制御手段１２１を有している。

このため、本実施形態では、スロットル弁３６が全開になっているノッキング対策運転領域においては、ＥＧＲガスの導入を停止することができるので、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように吸気弁４０を遅角させていることにより、スロットル弁３６が全開になっているノッキング対策運転領域においても、ノッキングが抑制されることになる。

また本実施形態では、過給機として、ターボチャージャ８０を採用しているので、当該ターボチャージャ８０の背圧を利用し、排気導入用の排気弁６０の開弁時により多くの既燃ガスを筒内に導入させることが可能になる。従って、ＥＧＲ率を高めることが可能になり、着火性や排気性能の向上を図ることが可能になる。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

図８は本発明の別の実施形態に係る運転状態に応じた開弁タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は、通常運転時、（Ｂ）は、高負荷運転時、（Ｃ）はノッキング対策運転時をそれぞれ示している。

同図（Ａ）を参照して、この実施形態においては、吸気弁４０を吸気行程の下死点よりも前に閉じるとともに、排気導入用に開く前記排気弁６０を当該吸気弁４０の開弁期間よりも小さな開弁期間に設定した状態で前記吸気行程の下死点よりも前に開いて、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように該吸気行程の下死点以降に閉じるよう動弁機構４１、６２が設定されている。

この結果、図８の実施形態では、膨張行程に移行した後も排気弁６０が所定期間開いた状態になっているため、結果、吸気行程の後半で、排気導入用の排気弁６０が開き、内部ＥＧＲが実現するので、吸気通路２４ａに既燃ガスが逆流する恐れはない。しかも、排気導入用の排気弁６０は、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように実行されるので、ターボチャージャ８０や、インタークーラ８３を採用していることと相俟って、高負荷運転領域でのミラーサイクル作用を実現することも可能となり、充填効率が向上し、ポンピングロスが低減されてトルクアップを図ることができる他、ノッキングをも効果的に抑制することが可能になる。

さらにこの実施形態におけるＶＶＴ制御手段は、図８（Ｂ）に示すように、高負荷運転領域では、さらに排気弁６０の開閉タイミングを固定とし、吸気弁４０を進角させるように設定されている。これにより、図８の実施形態では、ＥＧＲ率を低減しつつ前記ミラーサイクル機能によるノッキング抑制効果を奏することが可能になる。

さらに、図８の実施形態においては、図８（Ｃ）に示すように、ノッキング対策運転時において、第２排気カム６２ｃ（排気弁６０）をロストモーションさせるとともに、吸気カム４１ｂ（吸気弁４０）を有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように遅閉じにして、ミラーサイクル機能を維持するようにしている。

この結果、吸気カムが遅角したことによるミラーサイクル機能を維持しつつ、内部ＥＧＲを停止してノッキングを確実に防止することが可能になる。

この実施形態においても、圧縮比を１０以上とすることができ、例えば１１に設定することが可能である。そのため、ガソリンエンジンとしては、極めて高い燃焼効率を得ることが可能になる。

さらに、上述した図７、図８のバルブ制御を、ターボチャージャを有するディーゼルエンジンに適用してもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態に係る４サイクルガソリンエンジンの概略構成を示す構成図である。 図１に係るエンジン本体の一つの気筒とそれに対し設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。 図１の実施形態に係るＶＶＬの分解斜視図である。 同ＶＶＬの正面断面図である。 同ＶＶＬの平面断面図である。 図１の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。 図１の実施形態に係る運転状態に応じた開弁タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は、通常運転時、（Ｂ）は、高負荷運転時、（Ｃ）はノッキング対策運転時をそれぞれ示している。 本発明の別の実施形態に係る運転状態に応じた開弁タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は、通常運転時、（Ｂ）は、高負荷運転時、（Ｃ）はノッキング対策運転時をそれぞれ示している。

１０ ４サイクルガソリンエンジン
１２ 吸気弁
２０ エンジン本体
２４ 気筒
２４ａ 吸気通路
２４ｂ 排気通路
２５ ピストン
２６ 燃焼室
４０ 吸気弁
４１ 動弁機構
４１ｂ 吸気カム
４２ ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）
６０ 排気弁
６２ 動弁機構
６２ｂ 第１排気カム
６２ｃ 第２排気カム
７０ ＶＶＬ（バルブタイミングリフト機構の一例）
８０ ターボチャージャ（過給機の一例）
１１０ 運転状態判定手段
１２０ ＶＶＴ制御手段（バルブタイミング制御手段）
１２１ ＶＶＬ制御手段（バルブリフト制御手段）
１００ ＥＣＵ（運転制御装置の一例）

Claims (3)

1. エンジン本体と、
   このエンジン本体の吸気を過給する過給機と、
   過給された空気を冷却するインタークーラと、
   吸気弁の開弁期間に排気弁を開いて筒内に排気ガスを還流させるように吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構と、
   この動弁機構に含まれ、吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構と、
   動弁機構を制御する制御装置とを備えた４サイクルエンジンであって、
   エンジンの回転数が所定値以下でかつ負荷が所定値以上の高負荷運転領域と、スロットル弁が全開になっているノッキング対策運転領域と、これら高負荷運転領域およびノッキング対策運転領域を除いた通常運転領域とが設定され、
   前記排気弁が１気筒あたり２つ設けられ、
   前記制御装置は、
   前記通常運転領域で、前記２つの排気弁のうちの一方の排気弁が排気行程中に開きかつ排気行程の上死点以降に閉じ、他方の排気弁が、前記一方の排気弁が開いた後の排気行程の後半に開き、かつ前記一方の排気弁が閉じた後の吸気行程の下死点以前に閉じ、前記吸気弁が前記上死点以降に開きかつ前記下死点以降で閉じるよう動弁機構を制御するとともに、前記高負荷運転領域で、排気弁の開閉タイミングを前記通常運転時のときと同一とし、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなるように吸気弁を遅角させるよう動弁機構を制御することを特徴とする４サイクルエンジン。
2. 請求項１記載の４サイクルエンジンにおいて、
   前記動弁機構は、排気導入用の排気弁の開弁動作を停止可能なバルブタイミングリフト機構を有し、
   前記制御装置は、スロットル弁が全開になっているノッキング対策運転領域において、排気導入用の排気弁の開弁を停止するように前記バルブタイミングリフト機構を制御するバルブリフト制御手段を有していることを特徴とする４サイクルエンジン。
3. 請求項１または２記載の４サイクルエンジンにおいて、
   前記過給機は、ターボチャージャであることを特徴とする４サイクルエンジン。
   

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