JP5040772B2 - エンジンの吸気弁制御方法及び吸気弁制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるための制御技術に関し、特に、所定の運転域において気筒の排気行程ないし吸気行程で吸排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けるようにしたものに係る。

近年、エンジンのさらなる燃費改善や排気の清浄化を図るために、気筒内の予混合気を圧縮して自己着火により燃焼させるという燃焼形態が提案されており、一般的には予混合圧縮着火燃焼（Premixed Charge Compression Ignition：ＰＣＣＩ、Homogeneous Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ、以下まとめてＨＣＣＩ燃焼という）と呼ばれている。このような自己着火による燃焼では、従来一般的な火花点火による燃焼（Spark Ignition：以下ＳＩ燃焼という）とは異なり、気筒内の多数の箇所で予混合気が一斉に自己着火して燃焼を始めることから、熱効率が極めて高くなる。

また、従来のＳＩ燃焼を実現できない非常にリーンな予混合気や多量のＥＧＲによって希釈した予混合気であっても、ピストンにより圧縮された気筒内の温度が所定以上に高くなれば自己着火するようになり、燃焼期間そのものは短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成も格段に少なくなる。

但し、低負荷側の運転領域では圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍においても予混合気の温度が自己着火温度に至らない可能性があるので、従来より、気筒の排気行程から吸気行程にかけて吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ（Negative Valve Ovealap：ＮＶＯ）期間を設けて、高温の既燃ガスを残留させることにより（以下、内部ＥＧＲともいう）気筒内の温度を高めることが行われている。

一方で高負荷側の運転領域では安定なＨＣＣＩ燃焼を実現できず、ＳＩ燃焼を行うことになるが、このときにはＨＣＣＩ燃焼のように多量の内部ＥＧＲガスがあってはならないから、二つの運転状態を切り替えるときには吸排気弁のオーバーラップ状態を変更して、内部ＥＧＲガス量を大幅に変化させなくてはならず、その際に急なトルク変動（トルク段差）の発生する虞れがあった。

この点について特許文献１に記載のエンジンでは、例えばＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、まず空燃比のリーンな均一混合気のＳＩ燃焼とし、その後は点火プラグ周りに混合気を成層化させてＳＩ燃焼させるようにしている。すなわち、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への移行前に予め吸気量を増加させて、できる限り空燃比をリーンにすることにより、トルク段差を抑えるものである。
特開２００７−１６６８５号公報

ところで、一般的にエンジンの吸気弁は、排気弁とのオーバーラップを考慮して気筒の上死点（ＴＤＣ）前の適切な時期に開くとともに、吸気流の慣性による充填効率を考慮して下死点（ＢＤＣ）後に閉じるように設定されるが、そのリフト量や作動時期を変更する可変機構を設けたものでは、ＳＩ燃焼を行う運転領域の比較的低負荷側において吸気弁を、吸気流の慣性によって充填効率の最も高くなる所定時期よりも早めに（進角側で）閉じることが多い。

一方で、ＨＣＣＩ燃焼の際には、ＮＶＯ期間を設けるために吸気弁の作動時期が全体として大きく遅角側に変更され、しかも、リフト量ないし開弁期間が大きくなることから、その閉時期は前記の所定時期よりも遅角側になることが多い。このため、ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼との切り替えの際には、進角側又は遅角側のいずれかに変化する吸気弁の閉時期が前記の所定時期を通過することになり、このときに一時的に充填効率が高くなって、エンジントルクや空燃比の変動を生じる虞れがある。

斯かる点に鑑みて本発明の目的は、ＨＣＣＩ燃焼（自己着火モード）とＳＩ燃焼（火花点火モード）との切り替えの際に、進角側又は遅角側に変更される吸気弁の閉時期が前記の所定時期を通過するときの一時的な充填効率の上昇を抑えて、トルクや空燃比の変動を緩和することにある。

前記の目的を達成するために本発明では、エンジンの燃焼モード切替の際に吸気弁の閉時期が所定の吸気弁閉時期を通過するとき、そのリフト量ないし開弁期間の調整によって一時的な充填効率の上昇を抑えるようにしたものである。

具体的に請求項１の発明は、吸気弁及び排気弁の作動時期及びリフト量ないし開弁期間を変更可能な可変機構を備え、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させて、圧縮行程の後期以降で予混合気を自己着火させる自己着火モードと、前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードと、のいずれかに切り替えるようにしたエンジンの吸気弁制御方法を対象とする。

そして、前記自己着火モードと火花点火モードとのモード切替の際に、前記可変機構により吸気弁の閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変更しながら、そのリフト量ないし開弁期間を吸気の充填効率が低くなるように変化させる第１の工程と、前記可変機構により吸気弁の閉時期を前記一方に変更しながら、そのリフト量ないし開弁期間を充填効率が高くなるように変化させる第２の工程と、を有し、前記第１の工程では、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の吸気弁閉時期になるまで、その閉時期に近づくほどリフト量ないし開弁期間を減少させ、前記第２の工程では、前記所定の吸気弁閉時期を通過してそこから離れるほど、リフト量ないし開弁期間を増大させる、ものとする。

前記の方法により、まず、エンジンが自己着火モードにあれば、気筒の排気行程ないし吸気行程において所定期間（ＮＶＯ期間）、吸気弁及び排気弁の双方が閉じられて、気筒内に多量の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が残留するようになり、これにより気筒の温度状態が高められて安定したＨＣＣＩ燃焼が実現可能になる。一方で、エンジンが火花点火モードにあれば、吸排気弁が所定のオーバーラップを有するように制御される。

そして、前記二つの燃焼モードの切り替えの際、例えば自己着火モードから火花点火モードへ切り替わるときには、可変機構により吸気弁の作動時期が進角側に変更されて、その閉時期が上述の所定時期（吸気流の慣性によって充填効率の最も高くなる所定の吸気弁閉時期）を通過することになるが、この時期に吸気弁の閉時期が近づくときには、そのリフト量ないし開弁期間を充填効率が低くなるように変化させる（第１の工程）一方、その時期から離れるときにはリフト量ないし開弁期間を充填効率が高くなるように変化させることで（第２の工程）、一時的な充填効率の上昇を抑えることができる。

すなわち、前記第１の工程では、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の吸気弁閉時期になるまで、その閉時期に近づくほどリフト量ないし開弁期間を減少させるようにし、前記第２の工程では、前記所定吸気弁閉時期を通過してそこから離れるほど、リフト量ないし開弁期間を増大させる。こうすることで、燃焼モード切替の際に吸気弁の閉時期が前記所定の吸気弁閉時期を通過するときにも、充填効率を概ね一定の割合で変化させることができ、トルクや空燃比の変動を解消することもできる。

特に自己着火モードから火花点火モードへの切り替えの場合は、前記第１の工程において前記可変機構により吸気弁の閉時期を進角させる一方、その開時期は変化させずに開弁期間を減少させるのがよい（請求項２）。自己着火モードから火花点火モードへの切り替えの場合は吸気弁の作動時期を全体として進角側に変更することになるので、その開時期、閉時期のいずれについても反対の遅角側への変化を生じさせないのが好ましいからである。

別な観点から本発明は、吸気弁及び排気弁のリフト量ないし開弁期間及びその時期を変更可能な可変機構を備え、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させて、圧縮行程の後期以降で予混合気を自己着火させる自己着火モードと、前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードと、のいずれかに切り替えるようにしたエンジンの吸気弁制御装置であって、前記自己着火モードと火花点火モードとのモード切替の際に、前記可変機構により吸気弁の作動時期を変更し、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の時期を通過するように、当該吸気弁の閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変化させる作動時期制御手段と、前記モード切替の際に吸気弁の閉時期が前記所定時期に近づくとき、それに連れてリフト量ないし開弁期間を減少させる一方、該所定時期を通過してそこから離れるときには、それに連れてリフト量ないし開弁期間を増大させるリフト制御手段と、を備えるものである（請求項３の発明）。

斯かる制御装置によれば、上述した請求項１の発明に係る吸気弁の制御方法が容易に実行可能であり、その発明の作用が容易且つ確実に得られる。そして、前記リフト制御手段を、自己着火モードから火花点火モードへのモード切替の際、吸気弁の閉時期が進角して所定時期に近づくときに、その開時期が変化しないように開弁期間を減少させるものとすれば（請求項４）、上述した請求項２に係る発明の作用が得られる。

尚、上述した発明に係る吸気弁制御方法等は、前記可変機構が吸気弁のリフト量及び開弁期間の双方を関連づけて変更するものであって、構造上の制約により吸気弁の閉時期を自由に変更できない場合に特に有効である（請求項５）。

以上、説明したように本発明に係る吸気弁制御方法等によると、エンジンの燃焼状態を自己着火モードと火花点火モードとの間で切り替える際に、吸気弁の作動時期の変更に伴いその閉時期が、吸気流の慣性によって充填効率の最も高くなる所定の吸気弁閉時期を通過するとき、これに対応づけてリフト量等を調整することで、一時的な充填効率の上昇を抑えるようにしたから、モード切替の過渡時におけるトルクや空燃比の変動を十分に緩和することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（全体構成）
図１は本発明に係るエンジン制御装置Ａの全体構成を示し、符号１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１の本体は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されてなり、各気筒２内にはピストン５が嵌挿されて、その頂面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が形成されている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、クランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。

前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井部に開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド４の一側面に開口しており、排気ポート１０は反対側の他側面に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁１１，１２は、シリンダヘッド４に配設された動弁機構１３のカム軸（図示せず）によりクランク軸７の回転に同期して駆動されるようになっている。

前記動弁機構１３には、吸気側及び排気側にそれぞれ、弁リフト量を連続的に変更可能な公知のリフト可変機構１４（以下、ＶＶＬと略称する）と、弁リフトのクランク回転に対する位相角を連続的に変更可能な公知の位相可変機構１５（以下、ＶＶＴと略称する）と、が組み込まれており、それらの作動によって吸排気弁１１，１２のリフト特性を変更し、気筒２への吸気の充填量や残留既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することができる。尚、ＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５の構成について詳しい説明は省略する。

また、各気筒２の燃焼室６の天井部に電極を臨ませて点火プラグ１６が配設され、点火回路１７によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室６の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒２内に燃料を直接、噴射するインジェクタ１８（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１８により気筒２の吸気行程において燃料が噴射されると、その燃料噴霧は吸気と混ざり合いながら、ピストン５の下降に伴い容積の拡大する気筒２内に広く分散して、概ね均一な予混合気を形成する。

図においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側には吸気系が配設され、各気筒２の吸気ポート９には吸気通路２０が連通している。この吸気通路２０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク２１の上流の共通通路には電気式のスロットル弁２２が配設されている。サージタンク２１の下流で吸気通路２０は各気筒２毎に分岐して、それぞれ吸気ポート９に連通している。

一方、シリンダヘッド４の他側には排気系が配設され、各気筒２の排気ポート１０にはそれぞれ、各気筒２毎に分岐した排気通路２５（排気マニホルド）が接続されている。この排気マニホルドの集合部には排気中の酸素濃度を検出するセンサ２６が配設されている。また、排気マニホルドよりも下流側には、排気中の有害成分を浄化するための触媒２７が配設されている。

上述の如く構成されたエンジン１の運転制御を行うために、パワートレインコントロールモジュール３０（以下、ＰＣＭという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、図２にも示すように、クランク角センサ８等からの信号を入力するとともに、吸気通路２０における空気の流量を計測するエアフローセンサ３１からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ３３からの信号と、を少なくとも受け入れる。

そして、ＰＣＭ３０は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転数）を判定し、これに応じてＶＶＬ１４、ＶＶＴ１５、点火回路１７、インジェクタ１８等を少なくとも制御する。すなわち、ＰＣＭ３０は、主にＶＶＬ１４の作動によって吸排気弁１１，１２のリフト量及び作用角を調整するとともに、主にＶＶＴ１５の作動によって吸排気弁１１，１２のそれぞれの開閉作動タイミングを調整して、気筒２への吸気の充填量や内部ＥＧＲガス量を制御するようになっている。

より具体的には、図３に吸気弁１１について一例を示すように、この実施形態のＶＶＬ１４は、リフト量の増大とともにその作用角、即ち吸気弁１１の開時期から閉時期までのクランク角期間（以下、開弁期間という。尚、緩衝区間は含まない）も増大するようになっている。図の例では吸気弁１１のリフト量ないし開弁期間の小さなときほど、この開弁期間全体が進角し、リフト量等の増大とともに遅角する。この結果、リフト量等の変化によらず吸気弁１１の開時期は概ね一定になり、その閉時期のみが進角側又は遅角側に変化するようになる。

言い換えると、この実施形態のＶＶＬ１４によれば吸気弁１１は、リフト量の小さなときには燃費改善に有利な所謂早閉じの特性になり、リフト量の増大に連れて開弁期間も増大して、その閉時期が遅角するようになる。このような閉時期の変化は、吸気流の慣性によって充填効率を高め、エンジン出力を確保する上で好ましい。また、そうしてＶＶＬ１４の制御によって気筒２への吸気の充填量を広範囲に変更することができるので、この実施形態のエンジン１ではスロットル弁２２によらず出力を制御するようにしている。

そのようなＶＶＬ１４の構造的な特性に加えてＰＣＭ３０は、ＶＶＴ１５の作動により吸気弁１１の作動時期をより広範囲に変更する。すなわち、以下に詳しく述べるように、ＨＣＣＩ燃焼とするときには吸気弁１１の作動時期を大幅に遅角させるとともに、同様に排気弁１２の作動時期を進角させて、気筒２の排気行程から吸気行程にかけて吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ（Negative Valve Ovealap：ＮＶＯ）期間を設け（図５(a)参照）、これにより多量の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）を気筒２内に残留させるようにしている。

さらに、ＰＣＭ３０は、インジェクタ１８を所定のタイミングで作動させることにより、気筒２内の空燃比や混合気の形成状態を切替えるとともに、点火プラグ１６による点火の状態も変更し、前記のような内部ＥＧＲガス量の大幅な変更と併せて、エンジン１の燃焼状態を以下に述べるＨＣＣＩ燃焼（自己着火モード）とＳＩ燃焼（火花点火モード）とのいずれかに切替えるようになっている。

（エンジン制御の概要）
具体的には図４に制御マップの一例を示すように、相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域（Ｈ）においては、気筒２内に形成した予混合気に基本的には点火をすることなく、ピストン５の上昇により圧縮して自己着火させるようにする。この際、図５(a)に示すように、気筒２の排気行程から吸気行程にかけてＮＶＯ期間を設け、多量の内部ＥＧＲガスによって気筒２内の温度を高めるとともに、この気筒２の主に吸気行程においてインジェクタ１８により燃料を噴射させ、吸気や内部ＥＧＲガスと十分に混合させて、概ね均一な予混合気を形成した上で燃焼させる。尚、自己着火のタイミングをより精密に制御するために補助的な点火を行うこともある。

そのような予混合気の圧縮による自己着火については従来より知られており、一般的に予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）と呼ばれている。気筒２内の燃焼室６に形成された予混合気が圧縮されると、その燃焼室６における多数の箇所で略同時に自己着火温度に到達し、予混合気が概ね一斉に自己着火して燃焼を開始すると考えられており、より一般的な火炎伝播による燃焼（ＳＩ燃焼）に比べて燃焼期間が短くなり、熱効率が高くなる。

また、そうして予混合気が自己着火するＨＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の実現が困難な非常にリーンな予混合気や多量の内部ＥＧＲガスによって希釈した予混合気であっても実現可能であり、前記のように燃焼期間は短くても燃焼温度は低いことから、窒素酸化物の生成は非常に少なくなる。逆に言えば、あまりリーンでない予混合気や希釈度合いの低い予混合気では自己着火のタイミングが早くなり過ぎて、所謂ノッキングを起こしてしまう。

つまり、ＨＣＣＩ燃焼は非常にリーンな予混合気か、或いは多量のＥＧＲによって希釈した予混合気によって実現されるものであり、あまり高い出力は得られないので、前記の制御マップ（図４）に示すように、相対的に高負荷側ないし高回転側の運転領域（Ｓ）においては従来までと同じくＳＩ燃焼が行われる（以下、運転領域（Ｈ）をＨＣＣＩ領域と呼び、運転領域（Ｓ）をＳＩ領域と呼ぶ）。

尚、図示の制御マップによれば、アイドルを含む極く低負荷の領域ではＨＣＣＩ燃焼を行わないようにしているが、この限りではない。また、図の例ではＨＣＣＩ領域（Ｈ）とその高負荷側に隣接するＳＩ領域（Ｓ）との間が、低回転側ほど高負荷になるように傾斜した境界によって区分されている。図示しないが、この境界には制御のハンチングを防止するためにヒステリシスが設定されている。

−モード切替−
ところで、一般的にＳＩ燃焼の際は吸気弁１１を上死点（ＴＤＣ）前に開くとともに、エンジン１の負荷や回転数の上昇に応じて、前記図３のようにリフト量や開弁期間を増大させることから、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）との境界に近いＳＩ領域（Ｓ）の低負荷側では、図５(d)に示すように、吸気弁１１のリフト量及び開弁期間はあまり大きくなくて、それは吸気の下死点（ＢＤＣ）よりも早く（進角側で）閉じるようになる。

一方で、前記したようにＨＣＣＩ領域（Ｈ）では、図５(a)のように吸気弁１１の作動時期(In)を遅角させるとともに、排気弁１２の作動時期(Ex)は進角させて、ＮＶＯ期間を設けるようにしており、ＳＩ領域（Ｓ）との境界に近い高負荷側ではリフト量や開弁期間も比較的大きくなるから、吸気弁１１の閉時期はＢＤＣよりも遅角側になるばかりか、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の閉時期αよりもさらに遅角側になることが多い。

この所定の閉時期αについて詳しくは、従来より周知のようにエンジンの気筒の吸気行程では、ピストンの下降によって吸入される吸気の流れがその慣性によってＢＤＣ後まで継続するので、ピストンが上昇に転じた後も吸気弁は開いておき、吸気流が消失して吹き返しが起きる直前の所定時期αに閉じるようにすれば、充填効率が最も高くなるのである。この閉時期αは吸気流の慣性の大きさによって変化するので、流量が多く流速の高い高負荷側及び高回転側ほど遅角側になる。

そして、そのような所定時期αよりも遅角側で吸気弁１１が閉じるＨＣＣＩモードと、その時期αよりも進角側で吸気弁１１が閉じるＳＩモードと、の間でエンジン１の燃焼モードが切り替わるときには、吸気弁１１の閉時期が前記所定時期αを通過することになり、このとき一時的に充填効率が高くなってエンジントルクや空燃比の変動を生じる虞れがあった。

すなわち、例えば図５(a)〜(d)のようにＨＣＣＩモードからＳＩモードへ移行する場合には、同図(d)の移行後の状態（同図(b)，(c)にも破線で示す）に向かって吸気弁１１の作動時期全体が進角するとともに、そのリフト量及び開閉期間はやや減少することになるが、その際、図６(a)の破線のように一律に作動時期を進角させるとともに、同図(b)の破線のように一律にリフト量等を減少させると、吸気弁１１の閉時期が前記所定時期αを通過するときにはリフト量等の減少による分を差し引いても、同図(c)の破線のように一時的に充填効率ceが高くなってしまう。

このような充填効率ceの変動によって、図６(e)の点線のように空燃比が一時的にリーン側に変動し、小さなトルク変動を生じるとともにエミッションの悪化を招くことになる一方、仮に充填効率ceの上昇に対応して燃料噴射量を増量すれば、大きなトルク変動が起きることは避けられない。

そこで、この実施形態では、以下に詳しく説明するが、前記のようなモード切替の際に進角側又は遅角側のいずれかに変更される吸気弁１１の閉時期が、前記の所定時期α（以下、所定の吸気弁閉時期αともいう）を通過するのに対応づけて、そのリフト量等を調整することにより、前記のような充填効率の変動を抑えるようにしたものである。

（具体的な制御手順）
以下にモード切替えの際の具体的な制御手順を、図７及び図８のフローチャートに基づき前記図５、６の他、図９、１０も参照して説明する。まず、図７においてスタート後のステップＳ１では、クランク角センサ８、エアフローセンサ３１、アクセル開度センサ３２、車速センサ３３等からの信号を入力し、続くステップＳ２ではエンジン１の運転領域を判定する。すなわち、クランク角センサ８からの信号によりエンジン回転数を演算し、例えば車速及びアクセル開度に基づいて、或いはエアフローセンサ３１からの信号とエンジン回転数とに基づき内部ＥＧＲ量を加味して、エンジン１への要求トルク（負荷状態）を演算する。そうして求めたエンジン回転数と要求トルクとに基づき、図４の制御マップを参照してＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあるか、ＳＩ領域（Ｓ）にあるか判定する。

続いてステップＳ３においてモード切替中かどうか判定する。これは、前記ステップＳ２にて判定する運転領域が図４のマップの境界を挟んで、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）とＳＩ領域（Ｓ）との間で変化したとき、例えばＰＣＭ３０のタイマカウントによって規定される所定時間が経過するまでの間は切替中（ＹＥＳ）と判定し、それ以外は切替中でない（ＮＯ）と判定する。そして、切替中でなければリターンする一方、切替中であればステップＳ４に進み、ここでは前記ステップＳ２の判定結果によってＨＣＣＩモードからＳＩモードへの切り替えかどうか判定する。

その判定がＮＯで、ＳＩモードからＨＣＣＩモードへの切り替え中であれば、後述のステップＳ１３に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳ５〜Ｓ１２へ進んで、ＨＣＣＩからＳＩへのモード切替のための吸気弁１１の制御を行う。すなわち、まず、現在のエンジン１の負荷及び回転数に基づいて、予め設定してあるマップから所定の吸気弁閉時期αを読み込み（ステップＳ５）、この閉時期αよりも現在の吸気弁１１の閉時期が遅角側かどうか判定する（ステップＳ６）。

その判定がＹＥＳで現在、吸気弁１１の閉時期が所定時期αよりも遅角側にあれば、ＳＩモードへの切り替えに伴い進角する吸気弁１１の閉時期がその所定時期αを通過することになるから、ステップＳ７にて制御信号を出力し、ＶＶＬ１４やＶＶＴ１５の作動によって吸気弁１１の作動時期、リフト量及び開閉期間を変更する。具体的には図６(a)に実線で示すように、モード切替の開始から暫くの間（時刻ｔ１〜ｔ２）はＶＶＴ１５は作動させず、ＶＶＬ１４の作動によって吸気弁１１のリフト量及び開弁期間を減少させる。こうすると、図５(b)に示すように吸気弁１１の開時期は殆ど変化せず、開弁期間の減少に連れてその閉時期のみが進角する。

つまり、吸気弁１１の閉時期が進角して前記所定時期αに近づくとともに、これに連れてリフト量等が急減し、閉時期の変化によって起こり得る図６(c)の点線のような充填効率ceの変動が打ち消されて、同図の実線のように充填効率ceは、略一定の割合で低下するようになる。尚、ＨＣＣＩモードからＳＩモードへの切り替えの前後では吸気弁１１の作動時期が全体として進角側に変化することになるから、前記のように開弁期間が減少しても開時期が遅角側に変化しないことは制御上、好ましいと言える。

そして、ステップＳ８では吸気弁１１の閉時期が所定時期αを通過したかどうか判定し、通過するまでは（ＮＯ）前記ステップＳ７に戻る一方、通過すれば（ＹＥＳ）ステップＳ９に進んで、図５(c)や図６(a)のようにＶＶＴ１５によって作動時期を進角させるとともに、図６(b)に示すように、ＶＶＬ１４によってリフト量及び開閉期間を増大させる。このとき、図５(c)に示すように吸気弁１１の閉時期は進角して、所定時期αから離れるようになり、これにより充填効率は急に低下しようとするが、これはリフト量等の増大により補完されるので、図６(c)の実線のように充填効率ceは前記と同じ略一定の割合で低下し続ける。

そうして吸気弁１１の作動時期、リフト量及び開弁期間をそれぞれ変化させていって、それらがモード切替後のＳＩモードにおける制御目標値になったかどうかステップＳ１０にて判定する。この判定がＮＯの間は前記ステップＳ９に戻り、判定がＹＥＳになれば、即ち吸気弁１１のリフト量等がＳＩモードに適した状態になれば、切替終了でリターンする（図６の時刻ｔ３）。

尚、前記ステップＳ６においてＮＯと判定した場合は、モード切替前の吸気弁１１の閉時期が所定時期αよりも進角側にあり、切替時にそれを通過することはないので、ステップＳ１１に進んで、ステップＳ１２にて切替終了と判定するまで吸気弁１１の作動時期を進角させ、そのリフト量及び開閉期間を減少させるようにする。

次に、エンジン１をＳＩモードからＨＣＣＩモードへ切り替えるときには、前記ステップＳ４においてＮＯと判定し、図８のフローに示すステップＳ１３〜Ｓ１８へ進んで、モード切替のための吸気弁１１の制御を行う。すなわち、ステップＳ１３では前記ステップＳ５と同じく、現在のエンジン１の負荷及び回転数に対応する所定の吸気弁閉時期αを読み込み、続くステップＳ１４では、切替後のＨＣＣＩモードにおける吸気弁１１の閉時期が前記所定時期αよりも遅角側になるかどうか判定する。

この判定がＹＥＳで、モード切替後の吸気弁１１の閉時期が所定時期αよりも遅角側になるのであれば、ＨＣＣＩモードへの切り替えに伴い図９(a)〜(d)のように遅角する吸気弁１１の閉時期が所定の吸気弁閉時期αを通過することになる。そこで、ステップＳ１５では、図１０(a)のようにＶＶＴ１５によって吸気弁１１の作動時期全体を遅角させるとともに、同図(b)のようにＶＶＬ１４によって吸気弁１１のリフト量及び開閉期間を増大させる（時刻ｔ１〜）。

そうしてＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の両方の作動により吸気弁１１の閉時期が遅角されて急速に所定時期αに近づくと、図１０(c)のように充填効率ceが速やかに上昇する。そして、それが切替後のＨＣＣＩモードに相応しい値になる頃に、同図(b)や図９(b)のように吸気弁１１のリフト量及び開弁期間を減少させて、それ以上は充填効率ceが上昇しないようにする。つまり、吸気弁１１の閉時期が所定時期αに近づくに連れてリフト量や開弁期間を減少させ、図１０(c)の点線のような充填効率ceの変動を抑えることができる。

そして、ステップＳ１６で吸気弁１１の閉時期が所定時期αを通過したかどうか判定し、通過するまでは（ＮＯ）前記ステップＳ１３に戻る一方、通過すれば（ＹＥＳ）ステップＳ１７に進んで、今度は図９(c)、図１０(b)のように、吸気弁１１の作動時期の遅角に連れてリフト量及び開閉期間を増大させる。この開閉期間の増大によっても吸気弁１１の閉時期は遅角側に変化することになるが、リフト量及び開閉期間の増大によって充填効率は略一定に維持される（時刻ｔ２〜ｔ３）。

そうして吸気弁１１の作動時期、リフト量及び開弁期間をそれぞれ変化させていって、それらがモード切替後のＨＣＣＩモードにおける制御目標値になったかどうかステップＳ１８にて判定し、この判定がＮＯの間は前記ステップＳ１７に戻り、判定がＹＥＳになればＳＩモードに適した状態になったので、切替終了でリターンする（図１０の時刻ｔ３）。尚、前記ステップＳ１４においてＮＯと判定した場合は、モード切替の際に吸気弁１１の閉時期が所定時期αを通過することはないので、直ちにステップＳ１７，Ｓ１８に進むことになる。

前記図７のステップＳ７と図８のステップＳ１５とが、それぞれ、モード切替の際にＶＶＴ１５により吸気弁１１の閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変更しながら、それが所定の吸気弁閉時期αに近づくに連れてＶＶＬ１４によりリフト量及び開弁期間を減少させる第１の工程に対応する。

また、ステップＳ９及びステップＳ１７が、それぞれ、モード切替の際にＶＶＴ１５により吸気弁１１の閉時期を前記一方に変更しながら、それが所定の吸気弁閉時期αを通過してそこから離れるに連れて、ＶＶＬ１４によりリフト量及び開弁期間を増大させる第２の工程に対応する。

そして、前記した制御は、ＰＣＭ３０のメモリに電子的に格納されている制御プログラムがＣＰＵにより実行されることによって実現するものであり、その意味でＰＣＭ３０は、モード切替の際にＶＶＴ１５を制御して、所定時期αを通過するように吸気弁１１の閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変化させる作動時期制御手段と、その際、吸気弁１１の閉時期が所定時期αに近づくに連れてリフト量ないし開弁期間を減少させる一方、その時期αから離れるに連れてリフト量ないし開弁期間を増大させるリフト制御手段と、をそれぞれソフトウエア・プログラムの形態で備えている。

したがって、この実施形態に係るエンジン制御装置Ａによると、まず、エンジン１が相対的に低負荷側のＨＣＣＩ領域（Ｈ）にあるときには、吸排気弁１１，１２の作動に所謂負のオーバーラップ（ＮＶＯ）期間を設けて、多量の内部ＥＧＲガスにより気筒２内の温度を高めることによって予混合気の圧縮による自己着火を促進することができる。一方、相対的に高負荷側のＳＩ領域（Ｓ）では従来一般的なＳＩ燃焼によって十分な出力を確保することができる。

そして、エンジン１が前記ＨＣＣＩ領域（Ｈ）とＳＩ領域（Ｓ）との間で移行して、その燃焼モードが切り替わるときには、ＶＶＬ１４やＶＶＴ１５の作動によって吸気弁１１の作動時期やリフト量等を変更するのに伴い、その閉時期が所定の吸気弁閉時期αを通過するのに合わせて一時的にリフト量等を減少させることで、充填効率の変動を十分に抑制し、過渡時のトルクや空燃比の変動を概ね解消することができる。

しかも、この実施形態では、図５(b)や図６(a)に示すように、ＨＣＣＩモードからＳＩモードへの切り替えに際して制御の開始から暫くの間（時刻ｔ１〜ｔ２）、吸気弁１１の開時期を殆ど変化させず、そのリフト量及び開弁期間を減少させて、閉時期のみを進角させるようにしており、これにより制御の簡略化が図られる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態のものに限定されることなく、それ以外の種々の構成を包含する。すなわち、前記の実施形態では、相対的に低負荷側のＨＣＣＩ領域（Ｈ）全体で吸排気弁１１，１２の動作にＮＶＯ期間を設けるようにしているが、これに限らず、ＨＣＣＩ領域（Ｈ）の中でも低負荷側でのみＮＶＯ期間を設けるようにしてもよい。

また、前記の実施形態では、ＨＣＣＩモードからＳＩモードへの切り替えの際に暫くの間、吸気弁１１の開時期を殆ど変化させず、その閉時期のみを進角させるようにしているが、このような期間は設けなくてもよい。

また、前記実施形態のＶＶＬ１４は、構造的にリフト量の増大に伴い開弁期間も増大し且つ作動時期が遅角するようになっているが、これに限らず、リフト量や開弁期間が変化しても作動時期は変化しないものや、リフト量が変化しても開弁期間や作動時期は変化しないものであってもよい。

さらに、前記の実施形態では、吸気弁１１のリフト特性をＶＶＬ１４及びＶＶＴ１５の作動によって連続的に変更するようにしているが、これに限らず、例えば、吸気弁１１を個々にアクチュエータによって開閉するような動弁機構を用いてもよい。

以上、説明したように本発明は、ＨＣＣＩモードとＳＩモードとに切り替わるエンジンにおいて、そのモード切替の際のトルクや空燃比の変動を十分に緩和することができるものであり、自動車用として好適である。

本発明の実施形態に係る吸気弁制御装置の全体構成を示す図である。 制御の概略を示すブロック図である。 吸気弁のリフト特性の変化を示す説明図である。 燃焼モードを切替える制御マップの一例を示す説明図である。 ＨＣＣＩモードからＳＩモードへ切り替えるときの吸気弁のリフト特性の変化を示す説明図である。 同モード切替のときの吸気弁の作動時期、リフト量、充填効率、ＥＧＲ率、及び空燃比の変化を示すタイムチャート図である。 ＨＣＣＩモードからＳＩモードへ切り替えるときの吸気弁の制御手順を示すフローチャート図である。 ＳＩモードからＨＣＣＩモードへ切り替えるときの図７相当図である。 ＳＩモードからＨＣＣＩモードへ切り替えるときの図５相当図である。 ＳＩモードからＨＣＣＩモードへ切り替えるときの図６相当図である。

Ａ エンジン制御装置（吸気弁制御装置）
１ エンジン
２ 気筒
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１４ ＶＶＬ（可変機構）
１５ ＶＶＴ（可変機構）
３０ ＰＣＭ（作動時期制御手段、リフト制御手段）

Claims (5)

1. 吸気弁及び排気弁の作動時期及びリフト量ないし開弁期間を変更可能な可変機構を備え、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させて、圧縮行程の後期以降で予混合気を自己着火させる自己着火モードと、前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードと、のいずれかに切り替えるようにしたエンジンの吸気弁制御方法であって、
   前記自己着火モードと火花点火モードとのモード切替の際に、前記可変機構により吸気弁の閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変更しながら、そのリフト量ないし開弁期間を吸気の充填効率が低くなるように変化させる第１の工程と、
   前記モード切替の際に、前記可変機構により吸気弁の閉時期を前記一方に変更しながら、そのリフト量ないし開弁期間を充填効率が高くなるように変化させる第２の工程と、
   を有し、
   前記第１の工程では、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の吸気弁閉時期になるまで、その閉時期に近づくほどリフト量ないし開弁期間を減少させ、
   前記第２の工程では、前記所定の吸気弁閉時期を通過してそこから離れるほど、リフト量ないし開弁期間を増大させる、ことを特徴とするエンジンの吸気弁制御方法。
2. 自己着火モードから火花点火モードへのモード切替の場合、前記第１の工程では前記可変機構により吸気弁の閉時期を進角させる一方、その開時期は変化させずに開弁期間を減少させる、ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気弁制御方法。
3. 吸気弁及び排気弁の作動時期及びリフト量ないし開弁期間を変更可能な可変機構を備え、気筒の排気行程ないし吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じる負のオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させて、圧縮行程の後期以降で予混合気を自己着火させる自己着火モードと、前記気筒内の混合気に点火する火花点火モードと、のいずれかに切り替えるようにしたエンジンの吸気弁制御装置であって、
   前記自己着火モードと火花点火モードとのモード切替の際に、前記可変機構により吸気弁の少なくとも閉時期を進角側又は遅角側のいずれか一方に変更し、吸気流の慣性によって充填効率が最も高くなる所定の時期を通過させる作動時期制御手段と、
   前記モード切替の際に吸気弁の閉時期が前記所定時期に近づくとき、それに連れてリフト量ないし開弁期間を減少させる一方、該所定時期を通過してそこから離れるときには、それに連れてリフト量ないし開弁期間を増大させるリフト制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの吸気弁制御装置。
4. 前記リフト制御手段は、自己着火モードから火花点火モードへのモード切替の際、吸気弁の閉時期が進角して前記所定時期に近づくときに、その開時期が変化しないように開弁期間を減少させる、ことを特徴とする請求項３記載のエンジンの吸気弁制御装置。
5. 前記可変機構は、吸気弁のリフト量及び開弁期間の双方を、リフト量の増大に伴い開弁期間も増大する一方、リフト量の減少に伴い開弁期間も減少するように変更する、ことを特徴とする請求項３又は４のいずれか記載のエンジンの吸気弁制御装置。

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