JP5012565B2 - Internal combustion engine control method and internal combustion engine system - Google Patents

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JP5012565B2 JP2008047333A JP2008047333A JP5012565B2 JP 5012565 B2 JP5012565 B2 JP 5012565B2 JP 2008047333 A JP2008047333 A JP 2008047333A JP 2008047333 A JP2008047333 A JP 2008047333A JP 5012565 B2 JP5012565 B2 JP 5012565B2
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Description

本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関システムに関し、概略的には内燃機関の吸気弁閉タイミング設定方法に関し、より具体的には、比較的高い圧縮比を持つ内燃機関に好適な吸気弁閉タイミング設定方法に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine control method and an internal combustion engine system, generally relates to an internal combustion engine intake valve closing timing setting method, and more specifically, an intake valve suitable for an internal combustion engine having a relatively high compression ratio. The present invention relates to a closing timing setting method.

吸気弁の最大バルブリフト量を機関運転条件に応じて変更することが、例えば特許文献1に開示されるように、知られている。機関回転速度が高いほど、吸気慣性力は大きい。従って、空気流量に応じて定まる所定以上のバルブリフト量があるならば、機関回転速度に応じて遅角する所定タイミングにおいて吸気弁が閉じるときに、気筒空気充填量が最大となる。この最大充填量に対応する所定タイミングから吸気弁閉タイミングが離れるほど、つまり進角または遅角するほど、気筒空気充填量が少なくなる。この原理に従い、特許文献1に記載されたカム駆動式の可変動弁装置は、各気筒への目標空気充填量の増加に応じてバルブリフト量を増大するように制御され、そして、バルブリフト量の増大に応じて吸気弁閉タイミングが遅角するように構成されている。従って、吸気管圧力を高く保った状態で、気筒空気充填量を目標量に制御することができる。   It is known that the maximum valve lift amount of the intake valve is changed according to the engine operating condition, as disclosed in, for example, Patent Document 1. The higher the engine speed, the greater the intake inertia force. Therefore, if there is a valve lift amount that exceeds a predetermined value determined according to the air flow rate, the cylinder air charge amount becomes maximum when the intake valve is closed at a predetermined timing that is retarded according to the engine speed. As the intake valve closing timing departs from the predetermined timing corresponding to the maximum filling amount, that is, as the advance angle or the retard angle increases, the cylinder air filling amount decreases. In accordance with this principle, the cam-driven variable valve operating device described in Patent Document 1 is controlled so as to increase the valve lift amount in accordance with an increase in the target air filling amount in each cylinder, and the valve lift amount The intake valve closing timing is retarded in accordance with the increase of. Therefore, the cylinder air charge amount can be controlled to the target amount while the intake pipe pressure is kept high.

ここで、吸気行程においてピストンが下降する際には、ピストンの上下に各々気筒内圧力とクランクケース内圧力が作用する。気筒内圧力は、吸気管圧力に略等しく、クランクケース内圧力は大気圧に略等しい。従って、吸気管圧力が大気圧より低ければ、下降中のピストンの下面に作用する圧力が上面に作用する圧力を上回り、ピストン下降運動に対する抵抗力を生み、いわゆるポンプ損失が発生する。よって、吸気管圧力をできるだけ高く保つことで、ポンプ損失を低下させ、機関運転効率を向上することができる。   Here, when the piston descends during the intake stroke, the cylinder internal pressure and the crankcase internal pressure act on the upper and lower sides of the piston, respectively. The cylinder internal pressure is substantially equal to the intake pipe pressure, and the crankcase internal pressure is substantially equal to the atmospheric pressure. Therefore, if the intake pipe pressure is lower than the atmospheric pressure, the pressure acting on the lower surface of the lowering piston exceeds the pressure acting on the upper surface, creating a resistance against the piston lowering motion, and so-called pump loss occurs. Therefore, by keeping the intake pipe pressure as high as possible, the pump loss can be reduced and the engine operating efficiency can be improved.

一方、機関運転効率を高める別の方策として、膨張比を高めることが知られている。膨張比は、ピストンが上死点にあるときの気筒容積に対するピストンが下死点にあるときの気筒容積の比である。従って、膨張比を高めるほど、混合気の持つエネルギーがピストンの仕事により高い効率で変換され、結果的に機関運転効率を向上させることができる。しかし、これは同時に圧縮比を高めることにもなる。   On the other hand, increasing the expansion ratio is known as another measure for increasing the engine operating efficiency. The expansion ratio is the ratio of the cylinder volume when the piston is at bottom dead center to the cylinder volume when the piston is at top dead center. Therefore, as the expansion ratio is increased, the energy of the air-fuel mixture is converted with higher efficiency by the work of the piston, and as a result, the engine operating efficiency can be improved. However, this also increases the compression ratio.

火花点火式内燃機関の圧縮比を高める場合、混合気の自着火やノッキング等の異常燃焼発生の可能性が生じる。それに対処するために、例えば、特許文献2には、自着火が生じやすい運転状態を検出した場合に、電磁駆動式吸気弁の閉タイミングを遅角または進角させ、有効圧縮比すなわち目標空気充填量を低減させる方法が開示されている。
特開2006−97647号公報 特開2001−159348号公報
When the compression ratio of a spark ignition internal combustion engine is increased, there is a possibility of occurrence of abnormal combustion such as self-ignition of the air-fuel mixture or knocking. In order to cope with this, for example, in Patent Document 2, when an operating state in which self-ignition is likely to occur is detected, the closing timing of the electromagnetically driven intake valve is retarded or advanced to obtain an effective compression ratio, that is, target air filling A method for reducing the amount is disclosed.
JP 2006-97647 A JP 2001-159348 A

特許文献2の方法により、高圧縮比に伴う課題を解消しつつ、高膨張比による機関運転効率を高めることができる。   With the method of Patent Document 2, it is possible to improve the engine operating efficiency due to the high expansion ratio while eliminating the problems associated with the high compression ratio.

しかるに、幾何学的圧縮比の高いエンジンで特許文献1に開示された可変動弁装置に例示されるような機械的にクランクシャフトの回転運動を吸気弁の往復運動に変換する構成を採用する場合、高圧縮比を活かした出力の向上とプリイグニション等の異常燃焼防止とを両立することは必ずしも容易ではない。   However, in a case where an engine with a high geometric compression ratio is employed, a configuration in which the rotational movement of the crankshaft is mechanically converted into the reciprocating movement of the intake valve as exemplified in the variable valve operating apparatus disclosed in Patent Document 1 is adopted. Therefore, it is not always easy to achieve both improvement in output utilizing the high compression ratio and prevention of abnormal combustion such as pre-ignition.

すなわち、特許文献1に開示されたような可変動弁装置では、クランクシャフトの回転位相に対し、吸気弁開タイミングの変化量を比較的小さく維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する構成になっている。吸気弁閉タイミングは、当該機関速度において空気充填量が最大となるタイミングよりも進角側に設定され、遅角することで、気筒空気充填量が増加する。混合気の自着火等の異常燃焼が起こる可能性が高い機関回転速度が低く要求出力が高い運転領域において、異常燃焼発生可能性を加味して、単純に吸気弁閉タイミングを所定量進角側に制限すると、以下の問題が発生する。   That is, in the variable valve operating apparatus as disclosed in Patent Document 1, the intake valve is increased in accordance with the increase in the target air filling amount while keeping the change amount of the intake valve opening timing relatively small with respect to the rotational phase of the crankshaft. The closing timing is retarded. The intake valve closing timing is set to an advance side with respect to the timing at which the air filling amount becomes maximum at the engine speed, and the cylinder air filling amount is increased by being retarded. In the operating range where the engine combustion speed is low and the required output is high, where there is a high possibility that abnormal combustion such as self-ignition of the air-fuel mixture will occur. When restricted to the following, the following problems occur.

すなわち、機関出力が高ければ、機関速度は上昇する。それに伴い、気筒空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングは遅角する。また、機関速度上昇に伴い、気筒内の混合気の流動性が高まる等の理由により異常燃焼発生可能性は低くなるので、目標とする吸気弁閉タイミングの進角側への制限量は低下する。従って、目標とする吸気弁閉タイミングは、機関速度上昇に伴い高い速度で遅角する。しかしながら、特許文献1に開示されるように、クランクシャフトの位相に対して機械的に遅角させる場合、応答性に限界がある。これが、実際の吸気弁閉タイミングを目標とする吸気弁閉タイミングよりも進角側に置き、気筒空気充填量の低下を招く恐れがある。気筒空気充填量の不足により充分な混合気が気筒内に存在せず、混合気が燃焼しても、目標とする出力を得ることができない。   That is, if the engine output is high, the engine speed increases. Along with this, the intake valve closing timing at which the cylinder air filling amount becomes maximum is retarded. In addition, as the engine speed increases, the possibility of abnormal combustion decreases due to the increased fluidity of the air-fuel mixture in the cylinder, so the amount of restriction on the advance side of the target intake valve closing timing decreases. . Therefore, the target intake valve closing timing is retarded at a high speed as the engine speed increases. However, as disclosed in Patent Document 1, when mechanically retarding with respect to the phase of the crankshaft, the response is limited. This places the actual intake valve closing timing on the more advanced side than the target intake valve closing timing, which may lead to a decrease in the cylinder air charge amount. Due to the shortage of cylinder air charge, there is not enough mixture in the cylinder, and even if the mixture burns, the target output cannot be obtained.

上記課題を解決するために本発明は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁とを有する内燃機関の制御方法であって、各気筒サイクルにおける前記気筒内への目標空気充填量が異常燃焼の発生の可能性がある所定空気充填量以上で且つ機関速度が低い低速高負荷運転領域に設定された遅閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定される第2閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップ、および前記遅閉じ領域よりも前記目標空気充填量が低い領域および機関速度が高い領域に設定された早閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第2閉弁タイミング範囲から離間した第1閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、当該吸気弁閉タイミングを、前記目標空気充填量が高く且つ機関速度が高くなるほど遅角させるステップを備えていることを特徴とする内燃機関の制御方法である。 In order to solve the above problems, the present invention provides a cylinder that defines a combustion chamber together with a reciprocating piston, an intake passage through which air introduced into the combustion chamber passes, and the intake passage can be blocked from the combustion chamber. A control method for an internal combustion engine having an intake valve, wherein a target air charge amount in the cylinder in each cylinder cycle is equal to or greater than a predetermined air charge amount that may cause abnormal combustion , and the engine speed is low during operation in the retarded-closing region set in the load operation zone in each cylinder cycle, the inside second closing timing range is set to lag the intake valve closing timing air filling amount is maximum step of closing the intake valve, and the late closing during operation in the early closing region and the target air charge amount is low region and the engine speed is set to a higher area than in each cylinder cycle, air Hamaryou is set to the advance side than the intake valve closing timing having the maximum and the closes the intake valve in the first valve closing timing range spaced from the second valve closing timing range, the intake valve closing timing Is a step of retarding the engine as the target air charge amount increases and the engine speed increases .

この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量よりも小さいときは、第1閉弁タイミング範囲内(例えば下死点より前)で吸気弁が閉じられる(以下、この動作を「早閉じ」ともいう)一方、目標空気充填量が所定空気充填量以上のときは、第1閉弁タイミング範囲よりも遅角し、且つ離間した第2閉弁タイミング範囲内(例えば吸気下死点より後)で吸気弁が閉じられる(以下、この動作を「遅閉じ」ともいう)。従って、例えば、吸気弁開タイミングの変化量を比較的小さく維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、目標空気充填量が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量を充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。また、目標空気充填量の高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後機関速度が上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関回転速度が高いほど、一定の空気充填量を得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、低速高負荷運転領域(遅閉じ領域)での運転時に、第2閉弁タイミング範囲に吸気弁閉タイミングを設定しておくことで、その後の回転上昇中(遅閉じ領域からの機関速度上昇による早閉じ領域への移行時)における吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができるので、機関速度の上昇に伴い吸気弁閉タイミングを変更する動作の応答性を高めることができるIn this aspect, when the target air filling amount is smaller than the predetermined air filling amount, the intake valve is closed within the first valve closing timing range (for example, before the bottom dead center) (hereinafter, this operation is “early closed”). On the other hand, when the target air filling amount is equal to or larger than the predetermined air filling amount, the second valve closing timing range is retarded and separated from the first valve closing timing range (for example, after the intake bottom dead center). The intake valve is then closed (this operation is also referred to as “slow closing”). Therefore, for example, when a variable valve device is used in which the intake valve closing timing is retarded in accordance with the increase in the target air filling amount while maintaining the amount of change in the intake valve opening timing relatively small, the target air filling amount is In a relatively small operating range, the early closing operation allows the internal combustion engine to be operated with a small valve opening amount corresponding to the required air filling amount, reducing mechanical loss due to excessive valve operation and reducing the target air In the operation region where the filling amount is high, the abnormal closing such as pre-ignition can be avoided while the necessary air filling amount is sufficiently secured by the slow closing operation. Further, in the engine high load state where the target air filling amount is high, the engine output increases, so that the engine speed is likely to increase thereafter. Due to the influence of the intake inertia force, the higher the engine speed, the slower the intake valve closing timing for obtaining a constant air charge amount. Therefore, during operation in the low-speed and high-load operation region (slow closing region), the intake valve closing timing is set in the second valve closing timing range, so that the subsequent increase in engine speed ( increase in engine speed from the slow closing region). The amount of change in the intake valve closing timing at the time of shifting to the early closing region) can be minimized, so that the responsiveness of the operation of changing the intake valve closing timing as the engine speed increases can be improved .

好ましい態様において、前記内燃機関の低速運転領域では、前記第1閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、前記第2閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より後である。この態様では、特にプリイグニションが問題となる低速運転領域で、確実にプリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ機械損失の低減を図ることができる。 In a preferred aspect, in the low speed operation region of the internal combustion engine, the first valve closing timing range is before the intake bottom dead center of each cylinder cycle, and the second valve closing timing range is the intake bottom dead center of each cylinder cycle. Later. In this aspect, it is possible to reduce mechanical loss while reliably avoiding abnormal combustion such as pre-ignition, particularly in a low-speed operation region where pre-ignition is a problem.

好ましい態様において、前記遅閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量以上になった直後では、燃焼室へ流れ込む空気の圧力すなわち吸気管圧力が比較的低く設定される。そのため、その際の吸気弁閉タイミングは、第2閉弁タイミング範囲の比較的進角側、すなわち第1閉弁タイミング範囲に近い側に設定されることとなる。従って、目標空気充填量が所定空気充填量以上になった際の、吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができる結果、早閉じ動作から遅閉じ動作に切り換わる際の切換動作が必要最小限に簡素化され、短時間で運転動作の切換を終了することができる。 In a preferred aspect, the method further includes a step of reducing the pressure of the air flowing into the combustion chamber in accordance with the increase in the target air filling amount during the operation in the slow closing region . In this aspect, immediately after the target air filling amount becomes equal to or greater than the predetermined air filling amount, the pressure of the air flowing into the combustion chamber, that is, the intake pipe pressure is set to be relatively low. Therefore, the intake valve closing timing at that time is set to a relatively advanced angle side of the second valve closing timing range, that is, a side closer to the first valve closing timing range. Therefore, the amount of change in the intake valve closing timing when the target air filling amount exceeds the predetermined air filling amount can be minimized, and a switching operation is required when switching from the early closing operation to the late closing operation. It is simplified to the minimum, and the switching of the driving operation can be completed in a short time.

好ましい態様において、前記早閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量が所定空気充填量以上となる直前に、吸気管圧力を低下することになる。従って、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換える過程で、第1閉弁タイミング範囲と第2閉弁タイミング範囲との間に位置する中間閉弁タイミング範囲で吸気弁が閉じたとしても、その時点では吸気管圧力が低下していることから、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。 In a preferred aspect, the method further includes a step of reducing the pressure of the air flowing into the combustion chamber in accordance with an increase in the target air filling amount during the operation in the early closing region . In this aspect, the intake pipe pressure is reduced immediately before the target air filling amount becomes equal to or greater than the predetermined air filling amount. Therefore, even if the intake valve closes in the intermediate valve closing timing range located between the first valve closing timing range and the second valve closing timing range in the process of switching the early closing operation to the late closing operation, Since the intake pipe pressure is reduced, abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided.

好ましい態様において、前記遅閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを進角するステップをさらに備えている。この態様では、目標空気充填量の増加に応じて最大空気充填量が得られるタイミングに吸気弁閉タイミングが近づくので、ポンプ損失を伴うことなく、広い運転領域にわたって目標空気充填量を得ることができる。 In a preferred aspect, the method further includes a step of advancing the intake valve closing timing in each cylinder cycle in accordance with an increase in the target air filling amount during operation in the slow closing region . In this aspect, since the intake valve closing timing approaches the timing at which the maximum air filling amount is obtained in accordance with the increase in the target air filling amount, the target air filling amount can be obtained over a wide operating region without accompanying pump loss. .

本発明の別の態様は、往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、該吸気弁を可変タイミングで開閉する可変動弁装置とを有する内燃機関、および前記気筒内への各気筒サイクルにおける目標空気充填量が異常燃焼の発生の可能性がある所定空気充填量以上で且つ機関速度が低い低速高負荷運転領域に設定された遅閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定される第2閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる一方、前記遅閉じ領域よりも前記目標空気充填量が低い領域および機関速度が高い領域に設定された早閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第2閉弁タイミング範囲から離間した第1閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、当該吸気弁閉タイミングを、前記目標空気充填量が高く且つ機関速度が高くなるほど遅角させるように前記可変動弁装置を制御する制御器を備えていることを特徴とする内燃機関システムである。 Another aspect of the present invention includes a cylinder that defines a combustion chamber together with a reciprocating piston, an intake passage through which air introduced into the combustion chamber passes, and an intake valve that can block the intake passage from the combustion chamber. An internal combustion engine having a variable valve system that opens and closes the intake valve at a variable timing, and a target air charge amount in each cylinder cycle in the cylinder is greater than or equal to a predetermined air charge amount that may cause abnormal combustion and during operation in the retarded-closing region set the engine speed is lower low-speed, high-load operation region, in each cylinder cycle, a second of air filling amount is set to lag the intake valve closing timing having the maximum while closing the intake valve in the closing timing range, during operation in the early closing region and the retarded-closing region and the engine speed is low the target air charge amount than the region is set to a high area, each cylinder cycle Oite, air filling amount is set to the advance side of the intake valve closing timing having the maximum and closes the intake valve in the first valve closing timing range spaced from said second closing timing range, An internal combustion engine system comprising: a controller that controls the variable valve gear so that the intake valve closing timing is retarded as the target air filling amount increases and the engine speed increases .

好ましい内燃機関システムにおいて、前記内燃機関の幾何学的圧縮比が13以上である。   In a preferred internal combustion engine system, the internal combustion engine has a geometric compression ratio of 13 or more.

以上説明したように、本発明は、目標空気充填量が比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量に相応した小さな開弁量によって内燃機関を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量が高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量を充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。また、例えば吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ目標空気充填量の増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する可変動弁装置を採用した場合に、機関速度の上昇に伴い吸気弁閉タイミングを変更する動作の応答性を高めることができるという顕著な効果を奏する。 As described above, the present invention operates the internal combustion engine with a small valve opening amount corresponding to the required air filling amount by an early closing operation in an operation region where the target air filling amount is relatively small, Mechanical loss due to valve operation can be reduced, and in the operation range where the target air filling amount is high, the necessary air filling amount can be secured sufficiently by the slow closing operation, and abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided. Can do . In addition, for example, when a variable valve system is used in which the intake valve closing timing is retarded in response to an increase in the target air charge while maintaining the intake valve opening timing constant, the intake valve closing timing is increased as the engine speed increases. There is a remarkable effect that the responsiveness of the operation of changing can be improved .

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の一形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、同内燃機関システムは、エンジン1、エンジン1に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、およびセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御する制御器としてのエンジン制御ユニット100を有する。 Referring to FIG. 1, the internal combustion engine system includes an engine 1, various actuators associated with the engine 1, various sensors, and Se engine control unit as a control unit for controlling the actuator based on a signal from the capacitors 100.

エンジン1は、火花点火式内燃機関であって、第1〜第4の4つの気筒11、11、…を有するものであるが、いかなる数の気筒を有するものであってもよい。エンジン1は、自動車等の車両に搭載され、そのクランクシャフト14は、変速機を介して駆動輪に連結され、車両を推進する。   The engine 1 is a spark ignition type internal combustion engine, and has the first to fourth four cylinders 11, 11,..., But may have any number of cylinders. The engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and its crankshaft 14 is connected to drive wheels via a transmission to propel the vehicle.

本実施形態に係るエンジン1は、13:1以上の幾何学的圧縮比をもち、幾何学的圧縮比は、14:1以上16:1以下であるのが好ましい。幾何学的圧縮比が大きいことは、膨張比が大きいことを意味するので、大きいほど、機関効率は上がる。そこで、本実施形態では、幾何学的圧縮比を13以上に設定し、点火リタード等の方法によってノッキングを回避しつつ高トルクと燃費の大幅な低減を図ることとしている。   The engine 1 according to this embodiment has a geometric compression ratio of 13: 1 or more, and the geometric compression ratio is preferably 14: 1 or more and 16: 1 or less. A large geometric compression ratio means a large expansion ratio, so the engine efficiency increases as the ratio increases. Therefore, in the present embodiment, the geometric compression ratio is set to 13 or more, and the high torque and the fuel consumption are significantly reduced while avoiding knocking by a method such as ignition retard.

尤も、圧縮比が高いほど、異常燃焼発生の可能性が高まるので、有効圧縮比を小さく、すなわち、気筒空気充填量を下げる必要が生じる。そうなると、気筒容積の割に得られる出力が低下するために、機関の重量比で見たときの効率は低下する。他方、エンジン1を自動車等の車両に搭載する際に、エンジンルーム内への搭載性に問題を生じる。従って、幾何学的圧縮比の上限は、16:1以下にするのが好ましい。   However, the higher the compression ratio, the higher the possibility of abnormal combustion. Therefore, it is necessary to reduce the effective compression ratio, that is, to reduce the cylinder air charge amount. If so, the output obtained for the cylinder volume decreases, and the efficiency when viewed in terms of the weight ratio of the engine decreases. On the other hand, when the engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, a problem arises in mountability in the engine room. Therefore, the upper limit of the geometric compression ratio is preferably 16: 1 or less.

エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えており、それらの内部に気筒11、11、…が形成されている。周知のように、シリンダブロック12には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト14が回転自在に支持されており、このクランクシャフト14がピストン15に対し、コネクティングロッド16を介して連結されている。   The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 placed on the cylinder block 12, and cylinders 11, 11,. As is well known, a crankshaft 14 is rotatably supported on the cylinder block 12 by a journal, a bearing or the like, and this crankshaft 14 is connected to a piston 15 via a connecting rod 16.

ピストン15は、各気筒11内に摺動自在に嵌挿されて燃焼室17を区画している。図には1つのみ示すが、シリンダヘッド13には、気筒11毎に2つの吸気ポート18がシリンダヘッド13に形成されて、それぞれ燃焼室17に連通している。同様に、シリンダヘッド13には、気筒11毎に2つの排気ポート19がシリンダヘッド13に形成されて、それぞれ燃焼室17に連通している。図に示すように、吸気弁21および排気弁22は、それぞれ、吸気ポート18および排気ポート19を燃焼室17から遮断(閉)できるように配設されている。吸気弁21は、動弁装置としての吸気弁駆動機構30により、排気弁22は排気弁駆動機構40により、それぞれ駆動されて、所定のタイミングで往復動し、吸気ポート18および排気ポート19を開閉するものである。   The piston 15 is slidably inserted into each cylinder 11 to define a combustion chamber 17. Although only one is shown in the figure, in the cylinder head 13, two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11 and communicate with the combustion chamber 17. Similarly, in the cylinder head 13, two exhaust ports 19 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11 and communicate with the combustion chamber 17. As shown in the figure, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are arranged so that the intake port 18 and the exhaust port 19 can be shut off (closed) from the combustion chamber 17, respectively. The intake valve 21 is driven by an intake valve drive mechanism 30 as a valve operating device, and the exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism 40 to reciprocate at a predetermined timing to open and close the intake port 18 and the exhaust port 19. To do.

吸気弁駆動機構30は、吸気カムシャフト31を有し、排気弁駆動機構40は、排気カムシャフト41を有する。カムシャフト31、41は、クランクシャフト14により、周知のチェーン/スプロケット機構等の動力伝達機構を介して連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト14が二回転する間に、カムシャフト31、41が一回転するように構成される。   The intake valve drive mechanism 30 has an intake camshaft 31, and the exhaust valve drive mechanism 40 has an exhaust camshaft 41. The camshafts 31 and 41 are connected by the crankshaft 14 via a power transmission mechanism such as a known chain / sprocket mechanism. As is well known, the power transmission mechanism is configured such that the camshafts 31 and 41 rotate once while the crankshaft 14 rotates twice.

カムシャフトの位相角は、カム位相センサ35により検出され、その検出信号θVCT_Aがエンジン制御ユニット100に入力される。 The phase angle of the camshaft is detected by the cam phase sensor 35, and the detection signal θ VCT_A is input to the engine control unit 100.

点火プラグ51は、例えばねじ等、周知の構造によってシリンダヘッド13に取り付けられている。点火システム52は、エンジン制御ユニット100からの制御信号SADを受けて、点火プラグ51が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。 The spark plug 51 is attached to the cylinder head 13 by a known structure such as a screw. Ignition system 52 receives a control signal SA D from the engine control unit 100, so that the spark plug 51 generates a spark at a desired ignition timing, energizing it.

燃料噴射弁53は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダヘッド13の一側(図例では吸気側)に取り付けられている。燃料噴射弁53の先端は、上下方向については2つの吸気ポート18の下方に、また、水平方向についてはそれら2つの吸気ポート18の中間に位置して、燃焼室17内に臨んでいる。   The fuel injection valve 53 is attached to one side (in the illustrated example, the intake side) of the cylinder head 13 with a known structure, for example, using a bracket. The tip of the fuel injection valve 53 faces the combustion chamber 17 below the two intake ports 18 in the vertical direction and in the middle of the two intake ports 18 in the horizontal direction.

燃料供給システム54は、図示は省略するが、燃料噴射弁53に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに燃料タンクから燃料を送給する配管やホース等と、燃料噴射弁53を駆動する電気回路とを備えている。この電気回路は、エンジン制御ユニット100からの制御信号FPDを受けて燃料噴射弁53のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を噴射させる。 Although not shown, the fuel supply system 54 is a high-pressure pump that boosts and supplies fuel to the fuel injection valve 53, a pipe and a hose that supply fuel from the fuel tank to the high-pressure pump, and the fuel injection valve 53. And an electric circuit for driving. This electric circuit receives the control signal FP D from the engine control unit 100 and operates the solenoid of the fuel injection valve 53 to inject a desired amount of fuel at a predetermined timing.

吸気ポート18は、吸気マニホールド55内の吸気経路55bによってサージタンク55aに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流はスロットルボデー56を通過してサージタンク55aに供給される。スロットルボデー56にはスロットル弁57が配置されており、周知のようにサージタンク55aに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットルアクチュエータ58が、エンジン制御ユニット100からの制御信号TVODを受けて、スロットル弁57の開度を調整する。 The intake port 18 communicates with the surge tank 55 a through an intake path 55 b in the intake manifold 55. An intake air flow from an air cleaner (not shown) passes through the throttle body 56 and is supplied to the surge tank 55a. A throttle valve 57 is disposed on the throttle body 56, and the intake flow toward the surge tank 55a is throttled to adjust the flow rate as is well known. Throttle actuator 58 receives a control signal TVO D from the engine control unit 100, adjusts the opening of the throttle valve 57.

排気ポート19は、排気マニホールド60内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。排気マニホールド60よりも下流の排気通路には、一つ以上の触媒コンバータ61を有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータ61は、周知の三元触媒、リーンNOx触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。   The exhaust port 19 communicates with a passage in the exhaust pipe as is well known by an exhaust path in the exhaust manifold 60. An exhaust gas purification system having one or more catalytic converters 61 is disposed in the exhaust passage downstream of the exhaust manifold 60. The catalytic converter 61 can be a well-known three-way catalyst, lean NOx catalyst, oxidation catalyst, or the like, and any other type that can meet the purpose of exhaust gas purification by a specific fuel control method. It may be a catalyst.

また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる(以下、EGRともいう)ために、吸気マニホールド55(スロットル弁57よりも下流側)と排気マニホールド60との間がEGRパイプ62によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホールド55に流れ込むようになり(EGRガスと呼ぶ)、この吸気マニホールド55から燃焼室17に吸入される新気と混ざることになる。EGRパイプ62にはEGR弁63が配設され、EGRガスの流量を調整するようになっている。EGR弁アクチュエータ64は、エンジン制御ユニット100からの制御信号EGROPENを受けて、EGR弁63の開度を調整する。 Further, in order to circulate a part of the exhaust gas to the intake system (hereinafter also referred to as EGR), the intake manifold 55 (downstream of the throttle valve 57) and the exhaust manifold 60 are connected by an EGR pipe 62. Yes. Since the pressure on the exhaust side is higher than that on the intake side, a part of the exhaust gas flows into the intake manifold 55 (referred to as EGR gas) and mixes with fresh air drawn from the intake manifold 55 into the combustion chamber 17. become. The EGR pipe 62 is provided with an EGR valve 63 for adjusting the flow rate of the EGR gas. The EGR valve actuator 64 receives the control signal EGR OPEN from the engine control unit 100 and adjusts the opening degree of the EGR valve 63.

エンジン制御ユニット100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央算出処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラムおよびデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスとを備えている。   The engine control unit 100 is a controller based on a well-known microcomputer, and includes a central calculation processing unit (CPU) that executes a program, a memory that is configured by, for example, RAM and ROM, and stores a program and data, And an input / output (I / O) bus for inputting and outputting signals.

エンジン制御ユニット100は、エアフローセンサ71から吸気流量AF、吸気圧センサ72から吸気マニホールド圧MAP、クランク角センサ73からクランク角パルス信号、というように種々の入力を受け入れる。エンジン制御ユニット100は、例えば、クランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転速度NENGを計算する。また、エンジン制御ユニット100は、酸素濃度センサ74から排気ガスの酸素濃度EGOについての入力も受け入れる。さらに、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ75からのアクセル開度信号αを受け入れる。またエンジン制御ユニット100は、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ76からの車速信号VSPを受け入れる。 The engine control unit 100 accepts various inputs such as an intake air flow rate AF from the air flow sensor 71, an intake manifold pressure MAP from the intake pressure sensor 72, and a crank angle pulse signal from the crank angle sensor 73. The engine control unit 100 calculates the engine speed N ENG based on, for example, a crank angle pulse signal. The engine control unit 100 also accepts an input from the oxygen concentration sensor 74 regarding the oxygen concentration EGO of the exhaust gas. Further, an accelerator opening signal α from an accelerator opening sensor 75 that detects the depression amount of the accelerator pedal is received. The engine control unit 100 also receives a vehicle speed signal VSP from a vehicle speed sensor 76 that detects the rotational speed of the output shaft of the transmission.

より具体的に、エンジン制御ユニット100は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン1の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度TVO、燃料噴射量FP、点火タイミングSA、バルブ位相角θVCT、EGR量(EGR弁開度)QEGR等である。そして、それら制御パラメータに基づいて、対応する制御信号として、スロットル開度信号TVOD、燃料噴射パルス信号FPD、点火パルス信号SAD、バルブ位相角信号θVCT_D、EGR開度信号EGROPENを、スロットルアクチュエータ58、燃料供給システム54、点火システム52、吸気カムシャフト位相可変機構32およびEGRアクチュエータ64等に出力する。 More specifically, the engine control unit 100 calculates the following control parameters of the engine 1 based on the input as described above. For example, the desired throttle opening TVO, fuel injection amount FP, ignition timing SA, valve phase angle θ VCT , EGR amount (EGR valve opening) Q EGR, and the like. Then, based on these control parameters, as corresponding control signals, throttle opening signal TVO D , fuel injection pulse signal FP D , ignition pulse signal SA D , valve phase angle signal θ VCT_D , EGR opening signal EGR OPEN , Output to the throttle actuator 58, the fuel supply system 54, the ignition system 52, the intake camshaft phase varying mechanism 32, the EGR actuator 64, and the like.

次に、図2以下を参照して、本実施形態に係る吸気弁駆動機構30の詳細について説明する。図2は、図1の実施形態に係る吸気弁駆動機構30の具体的な構成を示す斜視図であり、図3は、図1の吸気弁駆動機構30の要部を示す断面図である。図3において、(A)は大リフト制御状態においてバルブリフト量が0のときを示し、(B)は大リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示し、(C)は小リフト制御状態においてバルブリフト量が0のときを示し、(D)は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。   Next, the details of the intake valve drive mechanism 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a specific configuration of the intake valve drive mechanism 30 according to the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the intake valve drive mechanism 30 of FIG. 3, (A) shows when the valve lift amount is 0 in the large lift control state, (B) shows when the valve lift amount is maximum in the large lift control state, and (C) shows the small lift control state. In FIG. 2, the valve lift amount is 0, and (D) shows the maximum valve lift amount in the small lift control state.

本実施形態の吸気弁駆動機構30は、可変カムタイミングメカニズム(VCT機構)32を備えており、これはチェーンドライブ機構によってクランクシャフト14に駆動連結されている。チェーンドライブ機構は、ドリブンスプロケット104の他に、図示しないが、クランクシャフト14のドライブスプロケットと、それら両スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備える。   The intake valve drive mechanism 30 of this embodiment includes a variable cam timing mechanism (VCT mechanism) 32, which is drivingly connected to the crankshaft 14 by a chain drive mechanism. In addition to the driven sprocket 104, the chain drive mechanism includes a drive sprocket of the crankshaft 14 and a chain wound around both the sprockets (not shown).

VCT機構32は、ドリブンスプロケット104に一体に回転するように固定されたケースと、それに収容されるとともにインナシャフト105に一体に回転するように固定されたロータとを有する。ケースとロータとの間には複数の液圧室が、中心軸X(図3に示す)の周りに(周方向に)並んで形成される。そして、ポンプにより加圧された液体(例えばエンジンオイル)が各々の液圧室に選択的に供給されて、互いに対向する液圧室の間に圧力差を形成する。   The VCT mechanism 32 includes a case fixed to the driven sprocket 104 so as to rotate integrally, and a rotor housed therein and fixed to the inner shaft 105 so as to rotate integrally. A plurality of hydraulic chambers are formed between the case and the rotor around the central axis X (shown in FIG. 3) (in the circumferential direction). Then, the liquid pressurized by the pump (for example, engine oil) is selectively supplied to each hydraulic pressure chamber to form a pressure difference between the hydraulic pressure chambers facing each other.

VCT制御ユニットとしてのエンジン制御ユニット100がVCT機構32の電磁バルブ32aに制御信号θVCT_Dを出力し、この制御信号θVCT_Dを受けて、電磁バルブ32aが液圧のデューティ制御をすることで、前記液圧室に供給する液体の流量や圧力等を調整する。これによりスプロケット104とインナシャフト105との間の実際の位相差が変更され、それによって、周知のようにインナシャフト105の所望の回転位相が達成される。なお、エンジン制御ユニット100と別構成のユニットでVCT制御ユニットを構成してもよい。 The engine control unit 100 as a VCT control unit outputs a control signal θ VCT_D to the electromagnetic valve 32 a of the VCT mechanism 32, and receives the control signal θ VCT_D , and the electromagnetic valve 32 a performs duty control of the hydraulic pressure. Adjust the flow rate and pressure of the liquid supplied to the hydraulic chamber. This changes the actual phase difference between the sprocket 104 and the inner shaft 105, thereby achieving the desired rotational phase of the inner shaft 105 as is well known. Note that the VCT control unit may be configured by a unit having a different configuration from the engine control unit 100.

インナシャフト105は、図3(A)〜(D)に示すように各々の気筒11に対応して一体的に設けられたディスク形状のカム106を有する。このカム106は、インナシャフト105の軸芯から偏心して設けられ、VCT機構32により規定される位相で回転する。この偏心カム106の外周にはリング状アーム107の内周が回転自在に嵌め合わされており、インナシャフト105がその中心軸X周りに回転すると、リング状アーム107は、同じ中心軸Xの回りを公転しながら偏心カム106の中心の周りを回動する。   As shown in FIGS. 3A to 3D, the inner shaft 105 has a disc-shaped cam 106 provided integrally with each cylinder 11. The cam 106 is provided eccentric from the axis of the inner shaft 105 and rotates at a phase defined by the VCT mechanism 32. The inner periphery of the ring-shaped arm 107 is rotatably fitted to the outer periphery of the eccentric cam 106. When the inner shaft 105 rotates about its central axis X, the ring-shaped arm 107 rotates around the same central axis X. It rotates around the center of the eccentric cam 106 while revolving.

また、前記インナシャフト105には、気筒11毎にロッカーコネクタ110が配設されている。このロッカーコネクタ110は円筒状で、インナシャフト105に外挿されて同軸に軸支され、換言すれば、その中心軸X周りに回動可能に支持されている一方、該ロッカーコネクタ110の外周面はベアリングジャーナルとされ、シリンダヘッド13に配設されたベアリングキャップ(図示せず)によって回転可能に支持されている。   The inner shaft 105 is provided with a rocker connector 110 for each cylinder 11. The rocker connector 110 has a cylindrical shape, and is externally attached to the inner shaft 105 and is coaxially supported. In other words, the rocker connector 110 is rotatably supported around the central axis X. Is a bearing journal, and is rotatably supported by a bearing cap (not shown) disposed on the cylinder head 13.

前記ロッカーコネクタ110には、第1および第2のロッカーカム111、112が一体的に設けられている。両者の構成は同じなので、図3(A)〜(D)にはロッカーカム111について示すが、このロッカーカム111は、カム面111aと円周状のベース面111bとを有し(図3(D)参照)、それらはいずれもタペット115の上面に摺接するようになっている。ロッカーカム111は、連続的には回転せず、揺動運動することを除いては、一般的な吸気弁駆動機構のカムと同様にタペット115を押圧してバルブを開くものである。タペット115はバルブスプリング116で支えられている。バルブスプリング116は、周知のように保持器117、118の間に支持されている。   The rocker connector 110 is integrally provided with first and second rocker cams 111 and 112. Since the configuration is the same, FIGS. 3A to 3D show the rocker cam 111. The rocker cam 111 has a cam surface 111a and a circumferential base surface 111b (FIG. D)), and they are all in sliding contact with the upper surface of the tappet 115. The rocker cam 111 presses the tappet 115 and opens the valve in the same manner as a cam of a general intake valve drive mechanism, except that it does not rotate continuously and swings. The tappet 115 is supported by a valve spring 116. The valve spring 116 is supported between the cages 117 and 118 as is well known.

再度、図2を参照すると、インナシャフト105およびロッカーカム部品110〜112の組立体と並んで、その上方にコントロールシャフト120が配置されている。このコントロールシャフト120は、図示しないベアリングによって回転可能に支持されており、その長手方向の中央付近には、外周面から突出する同軸状のウォームギヤ121が一体的に設けられている。   Referring again to FIG. 2, the control shaft 120 is disposed above the inner shaft 105 and the rocker cam parts 110 to 112 along with the assembly thereof. The control shaft 120 is rotatably supported by a bearing (not shown), and a coaxial worm gear 121 protruding from the outer peripheral surface is integrally provided near the center in the longitudinal direction.

ウォームギヤ121はウォーム122と噛合している。このウォーム122は、可変バルブリフト機構(VVL)のアクチュエータである例えばステッピングモータ123の出力軸に固定されている。よって、エンジン制御ユニット100からの制御信号(バルブリフト量信号)θVVL_Dを受けたステッピングモータ123の作動により、コントロールシャフト120を所望の位置に回動させることができる。こうして回動されるコントロールシャフト120には、気筒11毎のコントロールアーム131が取り付けられており、これらコントロールアーム131は、コントロールシャフト120の回動によって一体的に回動される。 The worm gear 121 meshes with the worm 122. The worm 122 is fixed to an output shaft of, for example, a stepping motor 123 that is an actuator of a variable valve lift mechanism (VVL). Therefore, the control shaft 120 can be rotated to a desired position by the operation of the stepping motor 123 that receives the control signal (valve lift amount signal) θ VVL_D from the engine control unit 100. A control arm 131 for each cylinder 11 is attached to the control shaft 120 thus rotated, and these control arms 131 are integrally rotated by the rotation of the control shaft 120.

また、そうして回動されるコントロールアーム131は、コントロールリンク132によってリング状アーム107に連結されている。すなわち、コントロールリンク132の一端部はコントロールピボット133によってコントロールアーム131の先端部に回転自在に連結され、該コントロールリンク132の他端部はコモンピボット134によってリング状アーム107に回転自在に連結されている。   Further, the control arm 131 thus rotated is connected to the ring-shaped arm 107 by a control link 132. That is, one end of the control link 132 is rotatably connected to the tip of the control arm 131 by the control pivot 133, and the other end of the control link 132 is rotatably connected to the ring-shaped arm 107 by the common pivot 134. Yes.

ここで、コモンピボット134は、前記のようにコントロールリンク132の他端部をリング状アーム107に連結するとともに、このリング状アーム107を貫通してそれをロッカーリンク135の一端部にも回転自在に連結している。そして、このロッカーリンク135の他端部がロッカーピボット136によってロッカーカム111に回転自在に連結されており、これによりリング状アーム107の回転がロッカーカム111に伝えられるようになっている。   Here, the common pivot 134 connects the other end of the control link 132 to the ring-shaped arm 107 as described above, and penetrates the ring-shaped arm 107 so that it can also rotate to one end of the rocker link 135. It is linked to. The other end of the rocker link 135 is rotatably connected to the rocker cam 111 by a rocker pivot 136, whereby the rotation of the ring-shaped arm 107 is transmitted to the rocker cam 111.

より具体的に、インナシャフト105が回転して、これと一体に偏心カム106が回転するとき、図3(A)(C)に示すように偏心カム106が下側に位置すれば、リング状アーム107も下側に位置するようになり、一方、図3(B)(D)に示すように偏心カム106が上側に位置すれば、リング状アーム107も上側に位置するようになる。   More specifically, when the inner shaft 105 rotates and the eccentric cam 106 rotates integrally therewith, if the eccentric cam 106 is positioned on the lower side as shown in FIGS. The arm 107 is also positioned on the lower side. On the other hand, as shown in FIGS. 3B and 3D, when the eccentric cam 106 is positioned on the upper side, the ring-shaped arm 107 is also positioned on the upper side.

その際、リング状アーム107とコントロールリンク132とを連結するコモンピボット134の位置は、コントロールピボット133の位置と、偏心カム106およびリング状アーム107の共通中心位置との、3者相互の位置関係によって規定されるから、図示のようにコントロールピボット133の位置が変化しない(コントロールシャフト120が回動しない)とすれば、コモンピボット134は、偏心カム106およびリング状アーム107の共通中心周りの回転のみに対応して概略上下に往復動作するようになる。   At this time, the position of the common pivot 134 that connects the ring-shaped arm 107 and the control link 132 is the three-way positional relationship between the position of the control pivot 133 and the common center position of the eccentric cam 106 and the ring-shaped arm 107. Therefore, if the position of the control pivot 133 does not change as shown in the figure (the control shaft 120 does not rotate), the common pivot 134 rotates around the common center of the eccentric cam 106 and the ring-shaped arm 107. In response to this, the reciprocation is generally made up and down.

そのようなコモンピボット134の往復動作はロッカーリンク135によって第1のロッカーカム111に伝えられ、該第1のロッカーカム111を、ロッカーコネクタ110で連結された第2のロッカーカム112と共に中心軸X周りに揺動させる。こうして揺動するロッカーカム111は、図3(B)(C)に示すように、カム面111aがタペット115の上面に接触する間は、当該タペット115をバルブスプリング116のばね力に抗して押し下げ、このタペット115が吸気弁21を押し下げて、吸気ポート18を開かせる。   Such reciprocating motion of the common pivot 134 is transmitted to the first rocker cam 111 by the rocker link 135, and the first rocker cam 111 together with the second rocker cam 112 connected by the rocker connector 110 is the central axis X. Swing around. As shown in FIGS. 3B and 3C, the rocker cam 111 that swings in this manner resists the tappet 115 against the spring force of the valve spring 116 while the cam surface 111 a contacts the upper surface of the tappet 115. The tappet 115 pushes down the intake valve 21 to open the intake port 18.

一方、図3(A)(D)に示すように、ロッカーカム111のベース面111bがタペット115の上面に接触するとき、タペット115は押し下げられない。これは、中心軸Xを中心とするロッカーカム111のベース面111bの半径が、その中心軸Xとタペット115の上面との間隔以下に設定されているからである。   On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3D, when the base surface 111b of the rocker cam 111 contacts the upper surface of the tappet 115, the tappet 115 is not pushed down. This is because the radius of the base surface 111 b of the rocker cam 111 around the central axis X is set to be equal to or smaller than the distance between the central axis X and the upper surface of the tappet 115.

上述の如きコントロールピボット133と、コモンピボット134と、偏心カム106およびリング状アーム107の共通中心との相互の位置関係において、コントロールピボット133の位置が変化すれば、これにより3者相互の位置関係に変化が生じ、コモンピボット134は前記とは異なる軌跡を描いて往復動作するようになる。   If the position of the control pivot 133 changes in the mutual positional relationship between the control pivot 133, the common pivot 134, and the common center of the eccentric cam 106 and the ring-shaped arm 107 as described above, the three-way mutual positional relationship. Thus, the common pivot 134 reciprocates along a path different from that described above.

よって、モータ123の作動によりコントロールシャフト120およびコントロールアーム131を回転させて、コントロールピボット133の位置を変えることにより、ロッカーカム111、112の揺動範囲を変更することができる。例えば、コントロールアーム131を図3において時計回りに回動させて、コントロールピボット133を図3(A)に示す位置から図3(C)に示すように左斜め上側にずらすと、ロッカーカム111の揺動範囲は、相対的にベース面111bがタペット115の上面に接触する傾向の強いものとなる。   Therefore, the swing range of the rocker cams 111 and 112 can be changed by rotating the control shaft 120 and the control arm 131 by the operation of the motor 123 and changing the position of the control pivot 133. For example, when the control arm 131 is rotated clockwise in FIG. 3 and the control pivot 133 is shifted from the position shown in FIG. 3A to the upper left side as shown in FIG. The swing range has a relatively strong tendency that the base surface 111b contacts the upper surface of the tappet 115.

図4は、本実施形態に係る吸気弁駆動機構30の設定例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a setting example of the intake valve drive mechanism 30 according to the present embodiment.

図4を参照して、本実施形態では、上述した吸気弁駆動機構30およびこれに関連する構成部品により、バルブリフト量θVVLは、例えばθVVL_minからθVVL_maxまでの範囲で、各気筒11への目標空気充填量CEの増加に応じて増大するように制御されるとともに、吸気弁閉タイミングは、バルブリフト量θVVLの増大に応じてθVCT_minからθVCT_maxの範囲で遅角する。吸気弁21の開作動タイミングおよび閉作動タイミングは、必要に応じていかなる組合せも可能であり、例えば、バルブリフト量を0にするいわゆるロストモーション動作も可能である。 With reference to FIG. 4, in the present embodiment, the valve lift amount θ VVL is applied to each cylinder 11 in the range from θ VVL_min to θ VVL_max , for example, by the above-described intake valve drive mechanism 30 and related components. The intake valve closing timing is retarded in the range of θ VCT_min to θ VCT_max according to the increase of the valve lift amount θ VVL . Any combination of the opening operation timing and the closing operation timing of the intake valve 21 is possible as required. For example, a so-called lost motion operation in which the valve lift amount is zero is also possible.

本実施形態では、例えばエンジン回転速度(機関速度)NENGが1500rpmの時の吸気行程において吸気弁21を開閉する際、本実施形態では、吸気弁21の開タイミングについては、殆どの運転領域で排気上死点直前(クランク角度で例えば20°CA)から開弁を開始し、要求トルクに応じて閉タイミングを変更するようにしている。 In this embodiment, for example, when the intake valve 21 is opened and closed in the intake stroke when the engine speed (engine speed) N ENG is 1500 rpm, in this embodiment, the opening timing of the intake valve 21 is almost in the operating range. The valve opening is started immediately before exhaust top dead center (crank angle is, for example, 20 ° CA), and the closing timing is changed according to the required torque.

ここで、本実施形態では、吸気弁21の閉タイミングとして、当該エンジン回転速度(機関速度)NENGにおいて空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第1閉弁タイミング範囲IVC1stと、当該エンジン回転速度(機関速度)NENGにおいて空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ第1閉弁タイミング範囲IVC1stから離間した第2閉弁タイミング範囲IVC2ndとが設定されており、吸気弁21が第1閉弁タイミング範囲IVC1stで閉じるように運転される早閉じモードMEIVCと、吸気弁21が第2閉弁タイミング範囲IVC2ndで閉じるように運転される遅閉じモードMLIVCと、運転モードを遅閉じモードMLIVCから早閉じモードMEIVCに切り換える進角遷移モードMTR-Aと、運転モードを早閉じモードMEIVCから遅閉じモードMLIVCに切り換える遅角遷移モードMTR-Rとを設定可能に構成されている。なお、第1、第2閉弁タイミング範囲は、何れも、当該エンジン回転速度NENGにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングを挟んで設定されており、詳しくは後述するように、必ずしも吸気下死点を基準として設定されるものではない(後述する図14参照)。 Here, in the present embodiment, as the closing timing of the intake valve 21, the first closing is set to the advance side with respect to the intake valve closing timing at which the air filling amount becomes maximum at the engine rotation speed (engine speed) N ENG . The valve timing range IVC 1st is set on the retard side with respect to the intake valve closing timing at which the air filling amount becomes maximum at the engine rotational speed (engine speed) N ENG and is separated from the first valve closing timing range IVC 1st . The second valve closing timing range IVC 2nd is set, and the early closing mode M EIVC in which the intake valve 21 is operated to close in the first valve closing timing range IVC 1st , and the intake valve 21 is the second valve closing timing. and later closing mode M LIVC is operated to close in the range IVC 2nd, and the advance transition mode M TR-a for switching to the earlier closing mode M EIVC from later closing mode M LIVC operating mode And it is configured to be set a retard transition mode M TR-R to switch the operation mode to the later closing mode M LIVC from earlier closing mode M EIVC. Note that the first and second valve closing timing ranges are both set with respect to the intake valve closing timing at which the air filling amount becomes maximum at the engine rotational speed N ENG , as will be described in detail later. It is not necessarily set based on the intake bottom dead center (see FIG. 14 described later).

早閉じモードMEIVCは、低負荷時に選択されるモードであり、吸気弁21のバルブリフト量θVVL を小さくし、このバルブリフト量θVVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも進角する。 The early closing mode M EIVC is a mode selected when the load is low, and the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21 is reduced, and the intake valve closing timing is set according to the valve lift amount θ VVL , for example, intake bottom dead center. More advanced.

他方、遅閉じモードMLIVCは、高負荷時に選択されるモードであり、吸気弁21のバルブリフト量θVVL を大きくし、このバルブリフト量θVVLに対応して吸気弁閉タイミングを例えば吸気下死点よりも遅角する。 On the other hand, the slow closing mode M LIVC is a mode selected at a high load, and the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21 is increased, and the intake valve closing timing is set to, for example, the intake valve closing timing corresponding to the valve lift amount θ VVL. Delayed from dead center.

ここで、本実施形態において、遅閉じモードMLIVCが設定される第2閉弁タイミング範囲IVC2ndは、早閉じモードMEIVCが設定される第1閉弁タイミング範囲IVC1stよりも遅角し且つ離間している。従って、各閉弁タイミング範囲IVC1st、IVC2ndの間には、吸気弁21が閉じることのない中間閉弁タイミング範囲IVCIMが設定されることになる。 Here, in the present embodiment, the second valve closing timing range IVC 2nd in which the slow closing mode M LIVC is set is delayed from the first valve closing timing range IVC 1st in which the early closing mode M EIVC is set and It is separated. Therefore, the closing timing range IVC 1st, between IVC 2nd, intermediate closing timing range IVC IM without the intake valve 21 is closed is to be set.

次に、上述のような運転モードを設定している理由について説明する。   Next, the reason why the operation mode as described above is set will be described.

エンジン1の出力を高め、燃費を低減するために膨張比を高くする一方で、異常燃焼発生を抑制するために、吸気弁21の閉タイミングを吸気下死点よりも進角または遅角させて、有効圧縮比を低くする方法として、吸気弁21の閉タイミングを吸気下死点よりも進角する早閉じでエンジン1を運転制御する場合には、図3(A)(B)から明らかなように、ロッカーカム111の揺動量は、小さくなり、バルブスプリング116の抵抗も小さくなるので、低負荷側では好ましいものとなる。しかし、要求負荷の増加に応じて、機関速度が上昇するのにつれて、所定の気筒空気充填量を得るための吸気弁21の閉タイミングは遅角する。また、機関速度上昇に伴い、気筒内の混合気の流動性が高まる等の理由により異常燃焼発生可能性は低くなるので、目標とする吸気弁閉タイミングの進角側への制限量は低下する。従って、吸気弁21の閉タイミングを、機関速度上昇に伴い高い速度で遅角させる必要がある。しかしながら、吸気弁駆動機構30の応答遅れにより、吸気弁21の閉タイミングを目標に沿って高い速度で遅角させることは困難であるので、実際の吸気弁閉タイミングを目標とする吸気弁閉タイミングよりも進角側に置き、気筒空気充填量の低下を招く恐れがある。   In order to increase the output of the engine 1 and increase the expansion ratio in order to reduce fuel consumption, in order to suppress the occurrence of abnormal combustion, the closing timing of the intake valve 21 is advanced or retarded from the intake bottom dead center. As a method for lowering the effective compression ratio, when the operation of the engine 1 is controlled so that the closing timing of the intake valve 21 is advanced earlier than the intake bottom dead center, it is apparent from FIGS. 3 (A) and 3 (B). As described above, the rocking amount of the rocker cam 111 is reduced, and the resistance of the valve spring 116 is also reduced, which is preferable on the low load side. However, as the engine speed increases as the required load increases, the closing timing of the intake valve 21 for obtaining a predetermined cylinder air charge amount is retarded. In addition, as the engine speed increases, the possibility of abnormal combustion decreases due to the increased fluidity of the air-fuel mixture in the cylinder, so the amount of restriction on the advance side of the target intake valve closing timing decreases. . Therefore, it is necessary to retard the closing timing of the intake valve 21 at a high speed as the engine speed increases. However, since it is difficult to retard the closing timing of the intake valve 21 at a high speed according to the target due to a response delay of the intake valve drive mechanism 30, the intake valve closing timing with the actual intake valve closing timing as a target. There is a risk of lowering the cylinder air charge amount by placing it on the more advanced side.

他方、吸気弁閉タイミングIVCを、当該エンジン回転速度NENGにおいて気筒空気充填量が最大となるタイミングよりも遅角側に設定した場合、ピストン15が下死点に移動するまで気筒11内に空気を導入する。更に下死点を越えてピストン15が上昇中に、気筒内の空気を吸気通路内に戻すことで有効圧縮比を低減する。これを実現するためには、吸気弁21のバルブリフト量、動弁範囲を最大値近傍まで大きく設定する必要があり(図4参照)、機械的損失が大きくなる懸念がある。 On the other hand, when the intake valve closing timing IVC is set to be retarded from the timing at which the cylinder air filling amount becomes maximum at the engine rotational speed N ENG , air remains in the cylinder 11 until the piston 15 moves to the bottom dead center. Is introduced. Furthermore, the effective compression ratio is reduced by returning the air in the cylinder into the intake passage while the piston 15 is rising beyond the bottom dead center. In order to realize this, it is necessary to set the valve lift amount and the valve operating range of the intake valve 21 to be close to the maximum values (see FIG. 4), which may increase mechanical loss.

そこで、本実施形態では、第1閉弁タイミング範囲IVC1stと第2閉弁タイミング範囲IVC2ndとを設定し、高圧縮比エンジンにおいて、可及的に連続的な運転領域で膨張比を高めるとともに、異常燃焼懸念の高い中間閉弁タイミング範囲IVCIMでは、ノッキング対策を講じることによって、プリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ、出力の向上と燃費の低減を図ることとしているのである。 Therefore, in the present embodiment, the first valve closing timing range IVC 1st and the second valve closing timing range IVC 2nd are set, and in the high compression ratio engine, the expansion ratio is increased in the continuous operation region as much as possible. In the intermediate valve closing timing range IVC IM where there is a high concern about abnormal combustion, measures for knocking are taken to improve output and reduce fuel consumption while avoiding abnormal combustion such as pre-ignition.

かかる構成を実現するため、本実施形態では、図5以下のフローチャートが実行されるように設定されている。   In order to realize such a configuration, in the present embodiment, it is set so that the flowchart of FIG.

図5および図6は、本発明の実施形態に係るエンジン1の制御例を示すフローチャートである。   5 and 6 are flowcharts showing an example of control of the engine 1 according to the embodiment of the present invention.

まず、図5を参照して、エンジン制御ユニット100は、最初に諸設定の初期化を実行する(ステップS1)。この初期化において、エンジン制御ユニット100は、現在の運転モードMを早閉じモードMEIVCに設定する。 First, referring to FIG. 5, engine control unit 100 first executes initialization of various settings (step S1). In this initialization, the engine control unit 100 sets the current operation mode M to the early closing mode M EIVC .

次いで、エンジン制御ユニット100は、アクセル開度センサ75からのアクセル開度信号α、クランク角パルス信号に基づくエンジン回転速度NENG、車速センサ76からの車速信号VSPを読み取りまたは算出し、これらの情報に基づいて、目標トルクTQを算出する(ステップS2)。 Next, the engine control unit 100 reads or calculates the accelerator opening signal α from the accelerator opening sensor 75, the engine rotational speed N ENG based on the crank angle pulse signal, and the vehicle speed signal VSP from the vehicle speed sensor 76, and these information is obtained. Based on the above, a target torque TQ is calculated (step S2).

次いで、エンジン制御ユニット100は、目標トルクTQ、およびエンジン回転速度NENGに基づき、燃料噴射量FP(或いは空燃比)、目標空気充填量CE、EGR量QEGR、および点火タイミングSAを算出する(ステップS3)。 Next, the engine control unit 100 calculates the fuel injection amount FP (or air-fuel ratio), the target air filling amount CE, the EGR amount Q EGR , and the ignition timing SA based on the target torque TQ and the engine speed N ENG ( Step S3).

次いで、エンジン制御ユニット100は、予めメモリに記憶された制御マップM1のデータを読み取り、この制御マップM1に基づいて目標空気充填量CEとエンジン回転速度NENGの値に適合する現在の運転領域Rを判定する(ステップS4)。この結果、エンジン制御ユニット100は、運転領域を図7に示すように判定する。 Next, the engine control unit 100 reads the data of the control map M1 stored in the memory in advance, and based on this control map M1, the current operating region R that matches the target air filling amount CE and the engine rotational speed N ENG. Is determined (step S4). As a result, the engine control unit 100 determines the operation region as shown in FIG.

図7は、図5のフローチャートにおいて判定される運転領域の例を示す特性図である。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the operation region determined in the flowchart of FIG.

図7に示すように、本実施形態では、エンジン回転速度NENGに比例する特性L1、L2(所定空気充填量の一例)を設定し、高負荷側の特性L1以上であって、異常燃焼の発生の可能性がある低速高負荷の運転領域RLIVCでは遅閉じモードMLIVCが、低負荷側の特性L2以下運転領域REIVC (つまり低速高負荷の運転領域R LIVC よりも低負荷側の領域および高速側の領域)では、早閉じモードMEIVCが、それぞれ選定されるように設定されている。図示の例において、特性L1と特性L2の間の過渡領域RTRは、ヒステリシスを設けて運転モードの切換に用いられる領域であり、運転領域REIVCから要求負荷が高くなっても、特性L1を越えるまでは、運転モードは早閉じモードMEIVCが維持され、運転領域RLIVCから要求負荷が低くなっても、特性L2を越えるまでは、運転モードは遅閉じモードMLIVCが維持される。なお、以下では、運転領域R LIVC を遅閉じ領域、運転領域R EIVC を早閉じ領域という。 As shown in FIG. 7, in the present embodiment, characteristics L1 and L2 (an example of a predetermined air charge amount) proportional to the engine speed N ENG are set, which are equal to or higher than the characteristic L1 on the high load side and abnormal combustion occurs . there is a possibility of occurrence later closing mode M LIVC the operating range R LIVC of low-speed high-load, low-load side of the characteristic L2 following operating region R EIVC (i.e. the low-speed high-load operation region than the R LIVC low load side In the area and the area on the high speed side) , the early closing mode M EIVC is set to be selected. In the illustrated example, the transition region R TR between characteristics L1 and the characteristic L2 is an area used for switching the operation mode by providing a hysteresis, even if high load demand from the driver region R EIVC, the characteristics L1 The operation mode is maintained in the early closing mode M EIVC until it exceeds, and even if the required load decreases from the operation region R LIVC , the operation mode is maintained in the late closing mode M LIVC until the characteristic L2 is exceeded. Hereinafter, the operation region R LIVC is referred to as a slow closing region, and the operation region R EIVC is referred to as an early closing region.

図5を参照して、エンジン制御ユニット100は、現在の運転モードMが早閉じモードMEIVCであるか否かを判定する(ステップS5)。仮に運転モードMが早閉じモードMEIVCである場合、エンジン制御ユニット100は、さらに現在の目標空気充填量CEおよびエンジン回転速度NENGに基づき運転領域Rを判定し、現在の運転領域Rが遅閉じ領域RLIVC以外であるか、すなわち要求負荷に基づく吸気弁21の閉弁タイミング範囲IVCが第2閉弁タイミング範囲IVC2nd以外であるか否かを判定する(ステップS6)。現在の現在の運転領域Rが遅閉じ領域RLIVC以外である場合、エンジン制御ユニット100は、運転モードMを早閉じモードMEIVCに設定する(ステップS7)。次いで、エンジン制御ユニット100は、この早閉じモードMEIVCでの目標空気充填量CE、エンジン回転速度NENGに基づき、吸気弁21のバルブリフト量θVVL、吸気弁21の開弁期間θVCT、スロットル開度TVOを算出し(ステップS8)、算出したバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT、スロットル開度TVO並びにステップS3で算出した燃料噴射量FP、EGR量QEGR 、および点火タイミングSAに対応する制御信号FPD、EGROPEN、SAD、θVVL-D、θVCT-D、TVODを出力することによって、吸気弁駆動機構30やスロットル弁57の各アクチュエータを制御する。その後、ステップS2に移行し、上述した制御を繰り返す。 Referring to FIG. 5, engine control unit 100 determines whether or not current operation mode M is early closing mode M EIVC (step S5). If the operation mode M is the early closing mode M EIVC , the engine control unit 100 further determines the operation region R based on the current target air filling amount CE and the engine rotational speed N ENG , and the current operation region R is delayed. closed Ji or is other than realm R LIVC, i.e. closing timing range IVC of the intake valve 21 based on the required load is equal to or other than the second closing timing range IVC 2nd (step S6). If the current of the current operating range R is other than Oso閉Ji realm R LIVC, the engine control unit 100 sets the operation mode M to the earlier closing mode M EIVC (step S7). Next, the engine control unit 100 determines the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21, the valve opening period θ VCT of the intake valve 21 based on the target air filling amount CE and the engine speed N ENG in the early closing mode M EIVC . The throttle opening TVO is calculated (step S8), the calculated valve lift amount θ VVL , the valve opening period θ VCT , the throttle opening TVO, the fuel injection amount FP calculated in step S3, the EGR amount Q EGR , and the ignition timing SA. control signal corresponding to FP D, EGR OPEN, SA D , θ VVL-D, θ VCT-D, by outputting the TVO D, to control the actuators of the intake valve drive mechanism 30 and the throttle valve 57. Then, it transfers to step S2 and repeats the control mentioned above.

図8は、図5のフローチャートによって設定される早閉じモードMEIVCでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a control example of the intake valve closing timing in the early closing mode MEIVC set by the flowchart of FIG.

図8を参照して、同図に示した制御例では、運転領域Rが遅閉じ領域RLIVC以外(早閉じ領域R EIVC )の場合、すなわち吸気弁12の閉弁タイミングが第1閉弁タイミング範囲IVC1stで運転される場合、エンジン回転速度NENGが高くなるほど、吸気弁21の閉タイミングは遅角する。また、目標空気充填量CEが増加するほど、吸気弁21の閉タイミングは遅角する。この結果、第1閉弁タイミング範囲IVC1stで運転される場合では、吸気弁21の閉タイミングが遅角することによって、空気充填量CEを増加させ、要求トルクに見合うトルクを出力できるようになっている。 Referring to FIG. 8, in the control example shown in FIG. 8, when the operation region R is other than the late closing region R LIVC (early closing region R EIVC ) , that is, the closing timing of the intake valve 12 is the first closing timing. When the engine is operated in the range IVC 1st , the closing timing of the intake valve 21 is retarded as the engine speed N ENG increases. Further, the closing timing of the intake valve 21 is retarded as the target air filling amount CE increases. As a result, when the operation is performed in the first valve closing timing range IVC 1st , the closing timing of the intake valve 21 is retarded, thereby increasing the air filling amount CE and outputting a torque commensurate with the required torque. ing.

図9は、図5のフローチャートによって設定される早閉じモードMEIVCでのスロットル開度の制御例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a control example of the throttle opening degree in the early closing mode MEIVC set by the flowchart of FIG.

図9を参照して、同図に示した制御例では、特性L1と平行にエンジン回転速度NENGに比例する特性L3を低負荷側に設定している。特性L3は、図8の特性L2よりも低負荷側であってもよく、特性L2以上であってもよい。この特性L3よりも低負荷側の運転領域では、スロットル開度TVOは、全開になっており、目標空気充填量CEは、専ら、吸気弁21の閉タイミングで制御されるようになっている。このため、充分な空気充填量CEを確保し、ポンプ損失が生じないように制御することが可能になる。他方、特性L1から特性L3の間では、要求負荷が高まるにつれて、或いはエンジン回転速度NENGが低減するにつれて、スロットル開度TVOを小さくするように制御される。このため、運転状態が、中高速低中負荷運転領域から運転モードMを遅閉じモードMLIVCに設定する必要のある低速高負荷運転領域(遅閉じ領域R LIVC に近づくにつれて、スロットル弁57下流の吸気ポート18を含む吸気管内の圧力を低減する。これにより、高圧縮比エンジンを採用した本実施形態において、運転モードMを切り換える過渡的で不安定な運転領域であっても、吸気閉弁時期の変化に伴い一時的に気筒空気充填量が過大となることを抑制して、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。 Referring to FIG. 9, in the control example shown in FIG. 9, a characteristic L3 proportional to the engine speed N ENG is set on the low load side in parallel with the characteristic L1. The characteristic L3 may be on the lower load side than the characteristic L2 in FIG. 8, or may be equal to or higher than the characteristic L2. In the operating region on the lower load side than the characteristic L3, the throttle opening TVO is fully open, and the target air filling amount CE is controlled exclusively at the closing timing of the intake valve 21. For this reason, it is possible to secure a sufficient air filling amount CE and control so that no pump loss occurs. On the other hand, between the characteristics L1 and the characteristics L3, the throttle opening degree TVO is controlled to decrease as the required load increases or as the engine speed N ENG decreases. For this reason, as the operation state approaches the low speed and high load operation region (delay close region R LIVC ) in which the operation mode M needs to be set to the slow close mode M LIVC from the medium / high speed / low / medium load operation region, the throttle valve 57 downstream. The pressure in the intake pipe including the intake port 18 is reduced. As a result , in the present embodiment employing a high compression ratio engine, even in a transient and unstable operation region in which the operation mode M is switched, the cylinder air charge amount is temporarily excessively increased with a change in the intake valve closing timing. Therefore, abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided.

次に、図5を参照して、ステップS6において、現在の運転領域Rが遅閉じ領域RLIVCである場合(ステップS6においてNOの場合)、エンジン制御ユニット100は、運転モードMを遅角遷移モードMTR-Rに設定する(ステップS10)。次いで、エンジン制御ユニット100は、所定のカウント時間CTR-Rをカウント値CTRとして設定し(ステップS11)、この遅角遷移モードMTR-Rでの目標空気充填量CE、エンジン回転速度NENGに基づき、吸気弁21のバルブリフト量θVVL、吸気弁21の開弁期間θVCT、EGR量QEGR 、およびスロットル開度TVOを算出する(ステップS12)。所定のカウント時間CTR-Rを設けているのは、吸気弁駆動機構30による吸気弁21の閉タイミング設定が切り換わるまでの間、暫定的に充填量CEを低減してプリイグニション等の異常燃焼を回避するためである。 Next, referring to FIG. 5, when the current operation region R is the late closing region R LIVC in step S6 (NO in step S6), the engine control unit 100 changes the operation mode M to the retarded angle. Mode M TR-R is set (step S10). Next, the engine control unit 100 sets a predetermined count time C TR-R as the count value C TR (step S11), the target air charge amount CE and the engine speed N in this retard transition mode M TR-R. Based on the ENG , the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21, the valve opening period θ VCT of the intake valve 21, the EGR amount Q EGR , and the throttle opening TVO are calculated (step S12). The predetermined count time C TR-R is provided until the closing timing setting of the intake valve 21 by the intake valve drive mechanism 30 is switched, so that the filling amount CE is temporarily reduced and an abnormality such as pre-ignition is performed. This is to avoid combustion.

ステップS12が実行された後は、ステップS9に移行することにより、遅角遷移モードMTR-Rで算出したバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT、EGR量QEGR 、スロットル開度TVO、並びにステップS3で算出した燃料噴射量FP、および点火タイミングSAに対応する制御信号FPD、EGROPEN、SAD、θVVL-D、θVCT-D、TVODを出力することによって、吸気弁駆動機構30やスロットル弁57の各アクチュエータを制御する。その後、ステップS2に移行し、上述した制御を繰り返す。 After step S12 is executed, the process proceeds to step S9, whereby the valve lift amount θ VVL , the valve opening period θ VCT , the EGR amount Q EGR , the throttle opening TVO, calculated in the retard transition mode M TR-R , and fuel injection amount FP calculated in step S3, and the control signal FP D corresponding to the ignition timing SA, EGR OPEN, SA D, θ VVL-D, by outputting the θ VCT-D, TVO D, the intake valve driving The actuators of the mechanism 30 and the throttle valve 57 are controlled. Then, it transfers to step S2 and repeats the control mentioned above.

図10は、図5のフローチャートによる遅角遷移モードMTR-Rでの制御例を示すタイミングチャートである。 FIG. 10 is a timing chart showing an example of control in the retard transition mode M TR-R according to the flowchart of FIG.

図10に示すように、遅角遷移モードMTR-Rでの制御が実行されると、その開始タイミングt0からカウント値CTRがデクリメントされ(図6のステップS27参照)、タイミングt2で終了する。吸気弁駆動機構30は、カウントを開始したタイミングt0から吸気弁21の閉タイミングを第2閉弁タイミング範囲IVC2ndに移動するために、遅角を開始する。この際、スロットル開度TVOは、吸気弁21の閉タイミングが遅角するのに比例して低減し、吸気管圧力を低下させる。これにより、万一、当該気筒11において、吸気弁21がプリイグニション等の異常燃焼が懸念される中間閉弁タイミング範囲IVCIMに入り込んだとしても、吸気管圧力の低下によって異常燃焼が防止される。同様に、EGR弁63の開度(EGR量)QEGR も、吸気弁21の閉タイミングが遅角するのに比例して増加する。これにより、筒内残留ガスである内部EGRよりも低温の外部EGRが筒内に導入されるので、より確実に異常燃焼を回避することが可能になる。 As shown in FIG. 10, when the control in the retarded angle transition mode M TR-R is executed, the count value C TR is decremented from the start timing t0 (see step S27 in FIG. 6), and ends at the timing t2. . The intake valve drive mechanism 30 starts retarding in order to move the closing timing of the intake valve 21 to the second valve closing timing range IVC 2nd from the timing t0 when the counting is started. At this time, the throttle opening TVO is reduced in proportion to the delay of the closing timing of the intake valve 21, and the intake pipe pressure is reduced. As a result, even if the intake valve 21 enters the intermediate valve closing timing range IVC IM in which abnormal combustion such as pre-ignition is a concern in the cylinder 11, abnormal combustion is prevented due to a decrease in the intake pipe pressure. . Similarly, the opening degree (EGR amount) Q EGR of the EGR valve 63 also increases in proportion to the delay of the closing timing of the intake valve 21. As a result, the external EGR having a temperature lower than that of the internal EGR that is the in-cylinder residual gas is introduced into the cylinder, so that abnormal combustion can be avoided more reliably.

吸気弁21の閉タイミングの遷移は、カウントの終了タイミングt2よりも早いタイミングt1で終了するように、諸元が設定される。そして、このタイミングt1を経過した時点で、ステップS12で設定されるQEGR、TVOが遅閉じモードMLIVCと同様に切り換えられ、運転モードの遷移が終了する。 The specification is set so that the transition of the closing timing of the intake valve 21 ends at a timing t1 earlier than the counting end timing t2. Then, when this timing t1 has elapsed, Q EGR and TVO set in step S12 are switched in the same manner as in the slow closing mode MLIVC, and the transition of the operation mode is completed.

次に、図5に示したフローチャートのステップS5において、エンジン制御ユニット100に設定されている運転モードMが早閉じモードMEIVCではなかった場合(ステップS5において、NOの場合)の制御例について、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。 Next, in step S5 of the flowchart shown in FIG. 5, when the operation mode M set in the engine control unit 100 is not the early closing mode M EIVC (NO in step S5), This will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

運転モードMが早閉じモードMEIVCではなかった場合、エンジン制御ユニット100は、さらに運転モードMが遅閉じモードMLIVCであるか否かを判定する(ステップS20)。仮に運転モードMが遅閉じモードMLIVCである場合、エンジン制御ユニット100は、さらに現在の目標空気充填量CEおよびエンジン回転速度NENGに基づき運転領域Rを判定し、現在の運転領域Rが早閉じ領域R EIVC 以外であるか、すなわち要求負荷に基づく吸気弁21の閉弁タイミング範囲IVCが第1閉弁タイミング範囲IVC1st以外であるか否かを判定する(ステップS21)。現在の運転領域Rが早閉じ領域R EIVC 以外である場合、エンジン制御ユニット100は、運転モードMを遅閉じモードMLIVCに設定する(ステップS22)。次いで、エンジン制御ユニット100は、この遅閉じモードMLIVCでの目標空気充填量CE、エンジン回転速度NENGに基づき、吸気弁21のバルブリフト量θVVL、吸気弁21の開弁期間θVCT、スロットル開度TVOを算出し(ステップS23)、算出したバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT、スロットル開度TVO並びにステップS3で算出した燃料噴射量FP、EGR量QEGR 、および点火タイミングSAに対応する制御信号FPD、EGROPEN、SAD、θVVL-D、θVCT-D、TVODを出力することによって、吸気弁駆動機構30やスロットル弁57の各アクチュエータを制御する。その後、ステップS2に移行し、上述した制御を繰り返す。 When the operation mode M is not the early closing mode M EIVC , the engine control unit 100 further determines whether or not the operation mode M is the late closing mode M LIVC (step S20). If the operation mode M is the slow closing mode M LIVC , the engine control unit 100 further determines the operation region R based on the current target air filling amount CE and the engine speed N ENG , and the current operation region R is faster. closed Ji or is other than realm R EIVC, i.e. closing timing range IVC of the intake valve 21 based on the required load is equal to or other than the first closing timing range IVC 1st (step S21). If the current operating range R is other than Haya閉Ji realm R EIVC, the engine control unit 100 sets the later closing mode M LIVC the operation mode M (step S22). Next, the engine control unit 100 determines the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21, the valve opening period θ VCT of the intake valve 21, based on the target air filling amount CE and engine speed N ENG in the slow closing mode M LIVC . The throttle opening TVO is calculated (step S23), the calculated valve lift amount θ VVL , valve opening period θ VCT , throttle opening TVO, fuel injection amount FP, EGR amount Q EGR calculated in step S3, and ignition timing SA. control signal corresponding to FP D, EGR OPEN, SA D , θ VVL-D, θ VCT-D, by outputting the TVO D, to control the actuators of the intake valve drive mechanism 30 and the throttle valve 57. Then, it transfers to step S2 and repeats the control mentioned above.

図11は、図6のフローチャートによって設定される遅閉じモードMLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図であり、図12は、図6のフローチャートによって設定される遅閉じモードMLIVCでのスロットル開度の制御例を示す図である。各図において、(A)は目標空気充填量CEに応じてスロットル開度を並行して制御する場合、(B)はスロットル開度を一定に維持する場合である。 Figure 11 is a diagram showing an example of control of intake valve closing timing in the later closing mode M LIVC set by the flowchart of FIG. 6, FIG. 12 is a later closing mode M LIVC set by the flowchart of FIG. 6 It is a figure which shows the example of control of the throttle opening. In each figure, (A) shows a case where the throttle opening is controlled in parallel according to the target air filling amount CE, and (B) shows a case where the throttle opening is kept constant.

図11(A)、図12(A)を参照して、第2閉弁タイミング範囲IVC2ndで吸気弁21が閉じる場合、スロットル開度TVOを変更しながら目標空気充填量CEを制御する場合には、目標空気充填量CEの増減に拘わらず、吸気弁21の閉タイミングを一定にし、スロットル弁57下流の吸気ポート18を含む吸気通路内の圧力を制御することで、気筒空気充填量が変化する。 Referring to FIGS. 11A and 12A, when the intake valve 21 is closed in the second valve closing timing range IVC 2nd , the target air filling amount CE is controlled while changing the throttle opening TVO. Regardless of the increase or decrease of the target air filling amount CE, the cylinder air filling amount changes by making the closing timing of the intake valve 21 constant and controlling the pressure in the intake passage including the intake port 18 downstream of the throttle valve 57. To do.

他方、図11(B)、図12(B)に示すように、機関速度が一定の条件のもとでスロットル開度TVOを一定に維持し、目標空気充填量CEが増加するにつれて、吸気弁閉タイミングを進角させる場合には、吸気弁閉タイミングが第2閉弁タイミングIVC2nd内で進角するにつれて、そのときの最大気筒空気充填量が得られる閉弁タイミングに近づくので、気筒空気充填量が制御される。その際に、スロットル開度TVOは比較的大きな値で一定に維持され、吸気通路内の圧力が高く維持されるので、ポンプ損失が低い状態が維持される。 On the other hand, as shown in FIG. 11 (B) and FIG. 12 (B), as the target air charge amount CE increases while the throttle opening TVO is kept constant under the condition that the engine speed is constant, the intake valve When the closing timing is advanced, as the intake valve closing timing advances within the second valve closing timing IVC 2nd , it approaches the valve closing timing at which the maximum cylinder air filling amount at that time is obtained. The amount is controlled. At that time, the throttle opening TVO is kept constant at a relatively large value, and the pressure in the intake passage is kept high, so that the pump loss is kept low.

図11(A)(B)の何れの場合においても、エンジン回転速度NENGが高くなるほど、吸気弁21の閉タイミングは遅角する。また、図12(A)(B)の何れの場合においても、エンジン回転速度NENGが高くなるほど、スロットル開度TVOは、大きく制御される。これは、エンジン回転速度NENGが高くなるほど、吸気慣性力が増加し、当該エンジン回転速度(機関速度)NENGにおいて空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングが遅角することに対応しているのであり、この制御によって、所要の目標空気充填量CEを確保することができるのである。 11A and 11B, the closing timing of the intake valve 21 is retarded as the engine speed N ENG increases. In any case of FIGS. 12A and 12B, the throttle opening TVO is controlled to be larger as the engine speed N ENG is higher. This corresponds to the fact that the intake inertia force increases as the engine rotational speed N ENG increases, and the intake valve closing timing at which the air charge amount becomes maximum at the engine rotational speed (engine speed) N ENG is retarded. The required target air filling amount CE can be ensured by this control.

次に、図6を参照して、ステップS21において、現在の要求負荷に基づく吸気弁21の閉弁タイミング範囲IVCが第1閉弁タイミング範囲IVC1stである場合(ステップS21において、NOの場合)、エンジン制御ユニット100は、運転モードMを進角遷移モードMTR-Aに設定する(ステップS24)。次いで、エンジン制御ユニット100は、所定のカウント時間CTR-Aをカウント値CTRとして設定し(ステップS25)、この進角遷移モードMTR-Aでの目標空気充填量CE、エンジン回転速度NENGに基づき、吸気弁21のバルブリフト量θVVL、吸気弁21の開弁期間θVCT、EGR量QEGR 、およびスロットル開度TVOを算出する(ステップS26)。 Next, referring to FIG. 6, in step S21, when the valve closing timing range IVC of intake valve 21 based on the current required load is first valve closing timing range IVC 1st (in the case of NO in step S21). The engine control unit 100 sets the operation mode M to the advance transition mode M TR-A (step S24). Next, the engine control unit 100 sets a predetermined count time C TR-A as the count value C TR (step S25), the target air charge amount CE and the engine speed N in this advance transition mode M TR-A. Based on the ENG , the valve lift amount θ VVL of the intake valve 21, the valve opening period θ VCT of the intake valve 21, the EGR amount Q EGR , and the throttle opening TVO are calculated (step S 26).

ステップS26が実行された後は、ステップS9に移行することにより、進角遷移モードMTR-Aで算出したバルブリフト量θVVL、開弁期間θVCT、EGR量QEGR 、スロットル開度TVO、並びにステップS3で算出した燃料噴射量FP、および点火タイミングSAに対応する制御信号FPD、EGROPEN、SAD、θVVL-D、θVCT-D、TVODを出力することによって、吸気弁駆動機構30やスロットル弁57の各アクチュエータを制御する。その後、ステップS2に移行し、上述した制御を繰り返す。 After step S26 is executed, the process proceeds to step S9, so that the valve lift amount θ VVL , the valve opening period θ VCT , the EGR amount Q EGR , the throttle opening TVO, calculated in the advance angle transition mode M TR-A , and fuel injection amount FP calculated in step S3, and the control signal FP D corresponding to the ignition timing SA, EGR OPEN, SA D, θ VVL-D, by outputting the θ VCT-D, TVO D, the intake valve driving The actuators of the mechanism 30 and the throttle valve 57 are controlled. Then, it transfers to step S2 and repeats the control mentioned above.

図13は、図6のフローチャートによる進角遷移モードMTR-Aでの制御例を示すタイミングチャートである。 FIG. 13 is a timing chart showing an example of control in the advance angle transition mode M TR-A according to the flowchart of FIG.

図13に示すように、進角遷移モードMTR-Aでの制御が実行されると、その開始タイミングt0からカウント値CTRがデクリメントされ(図6のステップS27参照)、タイミングt2で終了する。吸気弁駆動機構30は、カウントを開始したタイミングt0から吸気弁21の閉タイミングを第1閉弁タイミング範囲IVC1stに移動するために、進角を開始する。この際、スロットル開度TVOは、吸気弁21の閉タイミングが進角するのに比例して低減し、吸気管圧力を低下させる。これにより、万一、当該気筒11において、吸気弁21がプリイグニション等の異常燃焼が懸念される中間閉弁タイミング範囲IVCIMに入り込んだとしても、吸気管圧力の低下によって異常燃焼が防止される。同様に、EGR弁63の開度(EGR量)QEGR も、吸気弁21の閉タイミングが進角するのに比例して増加する。これにより、比較的低温の外部EGRが筒内に導入されるので、より確実に異常燃焼を回避することが可能になる。 As shown in FIG. 13, when the control in the advance angle transition mode M TR-A is executed, the count value C TR is decremented from the start timing t0 (see step S27 in FIG. 6), and ends at the timing t2. . The intake valve drive mechanism 30 starts to advance in order to move the closing timing of the intake valve 21 to the first valve closing timing range IVC 1st from the timing t0 when the counting is started. At this time, the throttle opening TVO is reduced in proportion to the advance timing of the closing timing of the intake valve 21, and the intake pipe pressure is reduced. As a result, even if the intake valve 21 enters the intermediate valve closing timing range IVC IM in which abnormal combustion such as pre-ignition is a concern in the cylinder 11, abnormal combustion is prevented due to a decrease in the intake pipe pressure. . Similarly, the opening degree (EGR amount) Q EGR of the EGR valve 63 also increases in proportion to the advance timing of the closing timing of the intake valve 21. Thereby, since the relatively low temperature external EGR is introduced into the cylinder, it is possible to more reliably avoid abnormal combustion.

吸気弁21の閉タイミングの遷移は、カウントの終了タイミングt2よりも早いタイミングt1で終了するように、諸元が設定される。そして、このタイミングt1を経過した時点で、ステップS26で設定されるQEGR、TVOが早閉じモードMEIVCと同様に切り換えられ、運転モードの遷移が終了する。 The specification is set so that the transition of the closing timing of the intake valve 21 ends at a timing t1 earlier than the counting end timing t2. When the timing t1 has elapsed, Q EGR and TVO set in step S26 are switched in the same manner as in the early closing mode M EIVC, and the operation mode transition ends.

次に図6のフローチャートにおいて、エンジン制御ユニット100に設定されている運転モードMが遅閉じモードMLIVCではなかった場合(ステップS20において、NOの場合)、運転モードMは、遅角遷移モードMTR-Rと進角遷移モードMTR-Aの何れかである。 Next, in the flowchart of FIG. 6, when the operation mode M set in the engine control unit 100 is not the slow closing mode M LIVC (NO in step S20), the operation mode M is the retard transition mode M. Either TR-R or advance transition mode M TR-A .

そこで、本実施形態では、まず、エンジン制御ユニット100がカウント値CTRをデクリメントし(ステップS27)、運転モードMが進角遷移モードMTR-Aであるか否かを判定する(ステップS28)。 Therefore, in the present embodiment, first, the engine control unit 100 decrements the count value C TR (step S27), and determines whether or not the operation mode M is the advance transition mode M TR-A (step S28). .

仮に運転モードMが進角遷移モードMTR-Aである場合、エンジン制御ユニット100は、カウント値CTRが0よりも大きいか否かを判定する(ステップS29)。仮にカウント値CTRが0よりも大きい場合、エンジン制御ユニット100は、ステップS26以降の制御を実行する。これにより、進角遷移モードMTR-Aでの運転制御が継続される。 If the operation mode M is the advance transition mode M TR-A , the engine control unit 100 determines whether or not the count value C TR is greater than 0 (step S29). If the count value CTR is larger than 0, the engine control unit 100 executes the control after step S26. Thereby, the operation control in the advance angle transition mode M TR-A is continued.

ステップS29において、カウント値CTRが0以下である場合、既に吸気弁駆動機構30による吸気弁21の運転モード切換は、終了しているので、ステップS7以降のステップに移行し、運転モードMを早閉じモードMEIVCに切り換え、上述した早閉じモードでの運転制御を繰り返す。 In step S29, when the count value CTR is 0 or less, the operation mode switching of the intake valve 21 by the intake valve drive mechanism 30 has already been completed. Therefore, the process proceeds to step S7 and subsequent steps, and the operation mode M is changed. Switch to the early closing mode MEIVC and repeat the operation control in the early closing mode described above.

ステップS28において、運転モードMが遅角遷移モードMTR-Rである場合、エンジン制御ユニット100は、カウント値CTRが0よりも大きいか否かを判定する(ステップS30)。仮にカウント値CTRが0よりも大きい場合、エンジン制御ユニット100は、ステップS12以降の制御を実行する。これにより、遅角遷移モードMTR-Rでの運転制御が継続される。他方、ステップS30において、カウント値CTRが0以下である場合、既に吸気弁駆動機構30による吸気弁21の運転モード切換は、終了しているので、ステップS22以降のステップに移行し、運転モードMを遅閉じモードMLIVCに切り換え、上述した早閉じモードでの運転制御を繰り返す。 In step S28, when the operation mode M is the retard transition mode M TR-R , the engine control unit 100 determines whether or not the count value C TR is greater than 0 (step S30). If the count value CTR is larger than 0, the engine control unit 100 executes the control after step S12. Thereby, the operation control in the retarded angle transition mode M TR-R is continued. On the other hand, if the count value CTR is 0 or less in step S30, the operation mode switching of the intake valve 21 by the intake valve drive mechanism 30 has already been completed. M is switched to the slow closing mode MLIVC , and the above-described operation control in the early closing mode is repeated.

図14は、図5および図6のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフである。図14において、(A)は遅閉じモードMLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、(B)は遅閉じモードMLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合である。 FIG. 14 is a graph of intake valve closing timing showing a control example in which the flowcharts of FIGS. 5 and 6 are executed. In FIG. 14, (A) is the control of the intake valve closing timing in the slow closing mode M LIVC , and when the throttle opening is controlled in parallel, (B) is the intake valve closing timing in the slow closing mode M LIVC . In the control, the throttle opening is maintained constant.

図14(A)を参照して、遅閉じモードMLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、吸気弁21の閉タイミングを最も進角側に固定して目標空気充填量CEを制御することができるので、早閉じモードMEIVCから遅閉じモードMLIVCへ切り換える時の変位量(図3におけるコントロールシャフト120の回動角度)も最小となり、早閉じモードMEIVCからの切り換えに要する時間を可及的に短くすることができる。 Referring to FIG. 14A , when controlling the throttle opening in parallel in the control of the intake valve closing timing in the slow closing mode MLIVC , the closing timing of the intake valve 21 is fixed to the most advanced side. Since the target air filling amount CE can be controlled, the displacement amount (the rotation angle of the control shaft 120 in FIG. 3) when switching from the early closing mode M EIVC to the slow closing mode M LIVC is minimized, and the early closing mode The time required for switching from M EIVC can be shortened as much as possible.

他方、図14(B)を参照して、遅閉じモードMLIVCでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合、早閉じモードMEIVCから遅閉じモードMLIVCへ切り換える時の変位量(図3におけるコントロールシャフト120の回動角度)は最大となるが、吸気管圧力を高く維持することができるので、ポンプ損失を最小のものとし、高い出力を維持することができる。 On the other hand, referring to FIG. 14B, in the control of the intake valve closing timing in the slow closing mode M LIVC , when the throttle opening is kept constant, switching from the early closing mode M EIVC to the slow closing mode M LIVC is performed. The amount of displacement at the time (the rotation angle of the control shaft 120 in FIG. 3) becomes maximum, but the intake pipe pressure can be maintained high, so that the pump loss can be minimized and high output can be maintained. .

何れの場合においても、エンジン回転速度NENGが上昇するにつれて、吸気弁閉タイミングは、遅角するので、エンジン回転速度NENGが高いほど第1閉弁タイミング範囲IVC1stと第2閉弁タイミング範囲IVC2ndとの間の中間閉弁タイミング範囲IVCIMが小さくなり、ある回転速度(例えば、2500rpm)以上では、専ら第2閉弁タイミング範囲IVC2ndで吸気弁21が閉じることとなり、運転モードMの切り換えは不要となる。 In any case, as the engine speed N ENG increases, the intake valve closing timing is retarded. Therefore, as the engine speed N ENG increases, the first valve closing timing range IVC 1st and the second valve closing timing range are increased. The intermediate valve closing timing range IVC IM between IVC 2nd and the intake valve 21 is closed only within the second valve closing timing range IVC 2nd at a certain rotational speed (for example, 2500 rpm) or higher. Switching is not necessary.

以上説明したように、本実施形態は、往復動するピストン15とともに燃焼室17を規定する気筒11と、燃焼室17内へ導入される空気が通過する吸気ポート18と、該吸気ポート18を燃焼室17から遮断可能な吸気弁21とを有するエンジン1と、吸気弁開タイミングを一定に維持しつつ各気筒11への目標空気充填量CEの増加に応じて当該吸気弁21の閉タイミングが遅角するように構成されている可変動弁装置としての吸気弁駆動機構30と、制御器としてのエンジン制御ユニット100とを備えているエンジンシステムである。   As described above, in the present embodiment, the cylinder 11 that defines the combustion chamber 17 together with the reciprocating piston 15, the intake port 18 through which air introduced into the combustion chamber 17 passes, and the intake port 18 are combusted. The engine 1 having the intake valve 21 that can be shut off from the chamber 17 and the closing timing of the intake valve 21 are delayed according to the increase in the target air filling amount CE to each cylinder 11 while maintaining the intake valve opening timing constant. This is an engine system including an intake valve drive mechanism 30 as a variable valve operating device configured to be square and an engine control unit 100 as a controller.

そして、エンジン制御ユニット100により、各気筒サイクルにおける気筒11内への目標空気充填量CEが所定空気充填量よりも小さいとき、各気筒サイクルにおいて、当該エンジン回転速度NENGにおいて空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定される第1閉弁タイミング範囲IVC1st内で吸気弁21を閉じるステップ(図5のステップS5〜S9)、および目標空気充填量CEが所定空気充填量以上のとき、各気筒サイクルにおいて、当該エンジン回転速度NENGにおいて空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定され、且つ第1閉弁タイミング範囲から離間した第2閉弁タイミング範囲IVC2nd内で吸気弁21を閉じるステップ(図6のステップS20〜S23、図5のステップS9)を備えている。 When the target air filling amount CE into the cylinder 11 in each cylinder cycle is smaller than the predetermined air filling amount by the engine control unit 100, the air filling amount becomes maximum at the engine rotational speed N ENG in each cylinder cycle. The step of closing the intake valve 21 within the first valve closing timing range IVC 1st set to the advance side with respect to the intake valve closing timing (steps S5 to S9 in FIG. 5), and the target air filling amount CE is the predetermined air filling When the amount is equal to or greater than the amount, in each cylinder cycle, the second closed position is set on the retard side with respect to the intake valve closing timing at which the air filling amount becomes maximum at the engine rotational speed N ENG and is separated from the first valve closing timing range. A step of closing the intake valve 21 within the valve timing range IVC 2nd (steps S20 to S23 in FIG. 6 and step S9 in FIG. 5). I have.

このため本実施形態では、目標空気充填量CEが所定空気充填量よりも小さいときは、第1閉弁タイミング範囲IVC1st内(例えば吸気下死点より前)で吸気弁21が閉じられる一方、目標空気充填量CEが所定空気充填量以上のときは、第2閉弁タイミング範囲IVC2nd内(例えば下死点より後)で吸気弁21が閉じられる。従って、上述した例のように、例えば、吸気弁開タイミングの変化量を比較的小さく維持しつつ目標空気充填量CEの増加に応じて吸気弁閉タイミングが遅角する吸気弁駆動機構30を採用した場合に、目標空気充填量CEが比較的小さい運転領域では、早閉じ動作によって、要求される空気充填量CEに相応した小さな開弁量によってエンジン1を運転し、過大な動弁動作による機械損失を低減することができるとともに、目標空気充填量CEが高い運転領域では、遅閉じ動作によって、必要な空気充填量CEを充分に確保しつつ、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。また、目標空気充填量CEの高い機関高負荷状態では、機関出力が高まるので、その後エンジン回転速度NENGが上昇する可能性が高い。吸気慣性力の影響で、機関回転速度が高いほど、一定の空気充填量CEを得る吸気弁閉タイミングが遅くなる。従って、低速高負荷運転領域(遅閉じ領域R LIVC )での運転時に、第2閉弁タイミング範囲IVC2ndに吸気弁21の閉弁タイミングを設定しておくことで、その後の回転上昇中(遅閉じ領域R LIVC からの機関速度上昇による早閉じ領域R EIVC への移行時)における吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができるので、機関速度の上昇に伴い吸気弁閉タイミングを変更する動作の応答性を高めることができるTherefore, in the present embodiment, when the target air filling amount CE is smaller than the predetermined air filling amount, the intake valve 21 is closed within the first valve closing timing range IVC 1st (for example, before the intake bottom dead center), When the target air filling amount CE is equal to or larger than the predetermined air filling amount, the intake valve 21 is closed within the second valve closing timing range IVC 2nd (for example, after the bottom dead center). Therefore, as in the above-described example, for example, the intake valve drive mechanism 30 is used in which the intake valve closing timing is retarded in accordance with the increase in the target air filling amount CE while keeping the change amount of the intake valve opening timing relatively small. In this case, in the operation region where the target air filling amount CE is relatively small, the engine 1 is operated by a small valve opening amount corresponding to the required air filling amount CE by the early closing operation, and the machine is caused by excessive valve operation. Loss can be reduced, and in the operation region where the target air filling amount CE is high, the required air filling amount CE can be sufficiently secured by the slow closing operation, and abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided. . Further, in an engine high load state in which the target air filling amount CE is high, the engine output increases, so that the engine speed N ENG is likely to increase thereafter. Due to the effect of the intake inertia force, the higher the engine speed, the later the intake valve closing timing for obtaining a constant air charge amount CE. Therefore, during operation at low speed and high load operation region (later closing region R LIVC), by setting the closing timing of the intake valve 21 in the second closing timing range IVC 2nd, then in rotation increase (slow Since the amount of change in the intake valve closing timing in the transition from the closing region R LIVC to the early closing region R EIVC due to the increase in engine speed can be minimized , the intake valve closing timing is changed as the engine speed increases. The responsiveness of the operation can be improved .

また本実施形態では、エンジン1の低速運転領域では、第1閉弁タイミング範囲IVC1stが各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、第2閉弁タイミング範囲IVC2ndが各気筒サイクルの吸気下死点より後である。このため本実施形態では、特にプリイグニションが問題となる低速運転領域で、確実にプリイグニション等の異常燃焼を回避しつつ機械損失の低減を図ることができる。 In the present embodiment, in the low speed operation region of the engine 1, the first valve closing timing range IVC 1st is before the intake bottom dead center of each cylinder cycle, and the second valve closing timing range IVC 2nd is the intake air of each cylinder cycle. After the bottom dead center. Therefore, in the present embodiment, it is possible to reduce the mechanical loss while reliably avoiding abnormal combustion such as pre-ignition, particularly in a low-speed operation region where pre-ignition is a problem.

また本実施形態では、遅閉じ領域R LIVC での運転時に、目標空気充填量CEの増加に応じて、燃焼室17へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップ(図11(A)、図12(A)、図13(A)、図14(A)の制御)をさらに備えている。このため本実施形態では、目標空気充填量CEが所定空気充填量以上になった直後では、燃焼室17へ流れ込む空気の圧力すなわち吸気管圧力が比較的低く設定される。そのため、その際の吸気弁閉タイミングは、第2閉弁タイミング範囲IVC2ndの比較的進角側、すなわち第1閉弁タイミング範囲IVC1stに近い側に設定されることとなる。従って、目標空気充填量CEが所定空気充填量以上になった際の、吸気弁閉タイミングの変化量を最小化することができる結果、早閉じ動作から遅閉じ動作に切り換わる際の切換動作が必要最小限に簡素化され、短時間で運転動作の切換を終了することができる。 In the present embodiment, the step of reducing the pressure of the air flowing into the combustion chamber 17 in accordance with the increase in the target air filling amount CE during operation in the slow closing region R LIVC (FIG. 11A, FIG. A), the control shown in FIGS. 13A and 14A). For this reason, in this embodiment, immediately after the target air filling amount CE becomes equal to or greater than the predetermined air filling amount, the pressure of the air flowing into the combustion chamber 17, that is, the intake pipe pressure is set to be relatively low. Therefore, the intake valve closing timing at this time is set to a relatively advanced angle side of the second valve closing timing range IVC 2nd , that is, a side closer to the first valve closing timing range IVC 1st . Accordingly, the amount of change in the intake valve closing timing when the target air filling amount CE is equal to or greater than the predetermined air filling amount can be minimized, so that the switching operation when switching from the early closing operation to the late closing operation is performed. It is simplified to the minimum necessary, and the switching of the driving operation can be completed in a short time.

また本実施形態では、早閉じ領域R EIVC での運転時に、目標空気充填量CEの増加に応じて、燃焼室17へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップ(図9の制御)をさらに備えている。このため本実施形態では、目標空気充填量CEが所定空気充填量以上となる直前に、吸気管圧力を低下することになる。従って、早閉じ動作を遅閉じ動作に切り換える過程で、第1閉弁タイミング範囲IVC1stと第2閉弁タイミング範囲IVC2ndとの間に位置する中間閉弁タイミング範囲IVCIMで吸気弁21が閉じたとしても、その時点では吸気管圧力が低下していることから、プリイグニション等の異常燃焼を回避することができる。 Further, in the present embodiment, a step of reducing the pressure of the air flowing into the combustion chamber 17 in accordance with the increase of the target air filling amount CE during the operation in the early closing region R EIVC (control in FIG. 9) is further provided. Yes. Therefore, in the present embodiment, the intake pipe pressure is reduced immediately before the target air filling amount CE becomes equal to or greater than the predetermined air filling amount. Thus, in the process of switching to early closing operation of the late closing operation, the intake valve 21 closes at an intermediate closing timing range IVC IM located between the first closing timing range IVC 1st and second closing timing range IVC 2nd Even so, abnormal combustion such as pre-ignition can be avoided because the intake pipe pressure is reduced at that time.

また本実施形態では、遅閉じ領域R LIVC での運転時、すなわち、第2閉弁タイミング範囲IVC2ndで吸気弁21が閉弁制御される遅閉じモードMLIVCのとき、目標空気充填量CEの増加に応じて各気筒サイクルにおける吸気弁21の閉タイミングを進角するステップ(図11(B)、図12(B)、図13(B)、図14(B)の制御)をさらに備えている。このため本実施形態では、ポンプ損失を伴うことなく、広い運転領域にわたって目標空気充填量CEを得ることができる。 In the present embodiment, the target air filling amount CE is set during operation in the slow closing region R LIVC , that is, in the slow closing mode M LIVC in which the intake valve 21 is controlled to close in the second valve closing timing range IVC 2nd . A step of advancing the closing timing of the intake valve 21 in each cylinder cycle in accordance with the increase (control in FIGS. 11B, 12B, 13B, and 14B) is further provided. Yes. For this reason, in this embodiment, the target air filling amount CE can be obtained over a wide operation region without accompanying pump loss.

上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。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。   The above-described embodiment is merely a preferred specific example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. It goes without saying that various modifications are possible within the scope of the claims of the present invention.

本発明の実施の一形態に係る内燃機関システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention. 図1の実施形態に係る吸気弁駆動機構の具体的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the intake valve drive mechanism which concerns on embodiment of FIG. 図1の吸気弁駆動機構の要部を示す断面図であり、(A)は大リフト制御状態においてバルブリフト量が0のときを示し、(B)は大リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示し、(C)は小リフト制御状態においてバルブリフト量が0のときを示し、(D)は小リフト制御状態においてバルブリフト量が最大のときを示している。2A and 2B are cross-sectional views showing the main part of the intake valve drive mechanism of FIG. 1, in which FIG. 1A shows when the valve lift amount is 0 in the large lift control state, and FIG. (C) shows when the valve lift amount is 0 in the small lift control state, and (D) shows when the valve lift amount is maximum in the small lift control state. 本実施形態に係る吸気弁駆動機構の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the intake valve drive mechanism which concerns on this embodiment. 本発明の実施形態に係るエンジンの制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of control of the engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンの制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of control of the engine which concerns on embodiment of this invention. 図5のフローチャートにおいて判定される運転領域の例を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating an example of an operation region determined in the flowchart of FIG. 5. 図5のフローチャートによって設定される早閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of control of the intake valve closing timing in the early closing mode set by the flowchart of FIG. 図5のフローチャートによって設定される早閉じモードでのスロットル開度の制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of control of the throttle opening in the early closing mode set by the flowchart of FIG. 図5のフローチャートによる遅角遷移モードでの制御例を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing an example of control in the retarded angle transition mode according to the flowchart of FIG. 5. 図6のフローチャートによって設定される遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御例を示す図であり、(A)はスロットル開度を並行して制御する場合、(B)はスロットル開度を一定に維持する場合である。FIG. 7 is a diagram showing an example of control of intake valve closing timing in the slow closing mode set by the flowchart of FIG. 6, where (A) controls the throttle opening in parallel, and (B) keeps the throttle opening constant. It is a case to maintain. 図6のフローチャートによって設定される遅閉じモードでのスロットル開度の制御例を示す図であり、(A)はスロットル開度を並行して制御する場合、(B)はスロットル開度を一定に維持する場合である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of throttle opening control in the slow closing mode set by the flowchart of FIG. 6, where (A) controls the throttle opening in parallel, and (B) keeps the throttle opening constant. It is a case of maintaining. 図6のフローチャートによる進角遷移モードでの制御例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the example of control in the advance angle transition mode by the flowchart of FIG. 図5および図6のフローチャートを実行した制御例を示す吸気弁閉タイミングのグラフであり、(A)は遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を並行して制御する場合、(B)は遅閉じモードでの吸気弁閉タイミングの制御において、スロットル開度を一定に維持する場合である。FIG. 7 is a graph of intake valve closing timing showing a control example in which the flowcharts of FIG. 5 and FIG. 6 are executed, and (A) is a case where the throttle opening is controlled in parallel in the control of the intake valve closing timing in the slow closing mode. (B) is a case where the throttle opening is kept constant in the control of the intake valve closing timing in the slow closing mode.

1 エンジン(内燃機関の一例)
11 シリンダ
15 ピストン
17 燃焼室
18 吸気ポート
19 排気ポート
21 吸気弁
22 排気弁
30 吸気弁駆動機構
32 吸気カムシャフト位相可変機構
100 エンジン制御ユニット(制御器の一例)
CE 目標空気充填量
EIVC 早閉じモード
LIVC 遅閉じモード
TR-A 進角遷移モード
TR-R 遅角遷移モード
R 運転領域
EIVC 早閉じ領
LIVC 遅閉じ領
TR 過渡領域
IVC 閉弁タイミング範囲
IVC1st 第1閉弁タイミング範囲
IVC2nd 第2閉弁タイミング範囲
IVCIM 中間閉弁タイミング範囲
θVCT 開弁期間
θVVL バルブリフト量
1 Engine (an example of an internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cylinder 15 Piston 17 Combustion chamber 18 Intake port 19 Exhaust port 21 Intake valve 22 Exhaust valve 30 Intake valve drive mechanism 32 Intake camshaft phase variable mechanism 100 Engine control unit (an example of controller)
CE target air charge amount M EIVC earlier closing mode M LIVC retarded-closing mode M TR-A advance transition mode M TR-R retard transition mode R operating region R EIVC Haya閉Ji realm R LIVC Oso閉Ji realm R TR Transition area IVC valve closing timing range IVC 1st 1st valve closing timing range IVC 2nd 2nd valve closing timing range IVC IM intermediate valve closing timing range θ VCT valve opening period θ VVL valve lift amount

Claims (7)

往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁とを有する内燃機関の制御方法であって、
各気筒サイクルにおける前記気筒内への目標空気充填量が異常燃焼の発生の可能性がある所定空気充填量以上で且つ機関速度が低い低速高負荷運転領域に設定された遅閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定される第2閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるステップ、および
前記遅閉じ領域よりも前記目標空気充填量が低い領域および機関速度が高い領域に設定された早閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第2閉弁タイミング範囲から離間した第1閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、当該吸気弁閉タイミングを、前記目標空気充填量が高く且つ機関速度が高くなるほど遅角させるステップ
を備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
A control method for an internal combustion engine, comprising: a cylinder defining a combustion chamber together with a reciprocating piston; an intake passage through which air introduced into the combustion chamber passes; and an intake valve capable of shutting off the intake passage from the combustion chamber There,
During operation in the slow closing region set in the low-speed high-load operation region where the target air filling amount in the cylinder in each cylinder cycle is equal to or higher than a predetermined air filling amount that may cause abnormal combustion and the engine speed is low in each cylinder cycle, the step of closing the intake valve in the second valve closing timing range air filling amount is set to lag the intake valve closing timing having the maximum and
During operation in the retarded-closing than in the region close the early target air charge amount is low region and the engine speed is set to a high area region, in each cylinder cycle, the intake valve closing timing of the air filling amount is maximum The intake valve is closed within a first valve closing timing range that is set to an advanced angle side and is separated from the second valve closing timing range, and the intake valve closing timing is set to a value with a high target air charge amount and an engine. A control method for an internal combustion engine comprising a step of retarding as the speed increases .
請求項1に記載の内燃機関の制御方法において、
前記内燃機関の低速運転領域では、前記第1閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より前であり、前記第2閉弁タイミング範囲が各気筒サイクルの吸気下死点より後である
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
The method for controlling an internal combustion engine according to claim 1,
In the low speed operation region of the internal combustion engine, the first valve closing timing range is before the intake bottom dead center of each cylinder cycle, and the second valve closing timing range is after the intake bottom dead center of each cylinder cycle. A control method of an internal combustion engine characterized by the above.
請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御方法において、
前記遅閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
In the control method of the internal combustion engine according to claim 1 or 2,
A control method for an internal combustion engine, further comprising a step of reducing the pressure of air flowing into the combustion chamber in accordance with an increase in the target air filling amount during operation in the slow closing region .
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の内燃機関の制御方法において、
前記早閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて、前記燃焼室へと流れ込む空気の圧力を低下させるステップをさらに備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
The method for controlling an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The method of controlling an internal combustion engine, further comprising a step of reducing a pressure of air flowing into the combustion chamber in accordance with an increase in the target air filling amount during operation in the early closing region .
請求項1、2、4に記載の内燃機関の制御方法において、
前記遅閉じ領域での運転時に、前記目標空気充填量の増加に応じて各気筒サイクルにおける前記吸気弁閉タイミングを進角するステップをさらに備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
In the control method of the internal combustion engine according to claim 1, 2 , 4 ,
A control method for an internal combustion engine, further comprising a step of advancing the intake valve closing timing in each cylinder cycle in accordance with an increase in the target air filling amount during operation in the slow closing region .
往復動するピストンとともに燃焼室を規定する気筒と、前記燃焼室内へ導入される空気が通過する吸気通路と、該吸気通路を前記燃焼室から遮断可能な吸気弁と、該吸気弁を可変タイミングで開閉する可変動弁装置とを有する内燃機関、および
前記気筒内への各気筒サイクルにおける目標空気充填量が異常燃焼の発生の可能性がある所定空気充填量以上で且つ機関速度が低い低速高負荷運転領域に設定された遅閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも遅角側に設定される第2閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じる一方、前記遅閉じ領域よりも前記目標空気充填量が低い領域および機関速度が高い領域に設定された早閉じ領域での運転時、各気筒サイクルにおいて、空気充填量が最大となる吸気弁閉タイミングよりも進角側に設定され、且つ前記第2閉弁タイミング範囲から離間した第1閉弁タイミング範囲内で前記吸気弁を閉じるとともに、当該吸気弁閉タイミングを、前記目標空気充填量が高く且つ機関速度が高くなるほど遅角させるように前記可変動弁装置を制御する制御器
を備えている
ことを特徴とする内燃機関システム。
A cylinder that defines a combustion chamber with a reciprocating piston, an intake passage through which air introduced into the combustion chamber passes, an intake valve that can block the intake passage from the combustion chamber, and the intake valve at variable timing An internal combustion engine having a variable valve system that opens and closes, and a low-speed and high-load with a target air charge amount in each cylinder cycle that exceeds the predetermined air charge amount that may cause abnormal combustion and a low engine speed during operation in the retarded-closing region set in the operating region, in each cylinder cycle, the intake in the second closing timing range is set to lag the intake valve closing timing air filling amount is maximum while closing the valve, the late closing during operation in the early target air charge amount is low region and the engine speed is set to a higher area closed area than in each cylinder cycle, air loading The intake valve closing timing is set within the first valve closing timing range that is set on the advance side with respect to the intake valve closing timing at which is maximized and is separated from the second valve closing timing range, and the intake valve closing timing is An internal combustion engine system comprising: a controller that controls the variable valve gear so that the target air filling amount is increased and the angle is retarded as the engine speed is increased .
請求項6記載の内燃機関システムにおいて、
前記内燃機関の幾何学的圧縮比が13以上である
ことを特徴とする内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 6 , wherein
An internal combustion engine system, wherein the internal combustion engine has a geometric compression ratio of 13 or more.
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