JP5139827B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関のバルブタイミング制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関では、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードに切り替えて運転される。また、この内燃機関には、クランクシャフトに対する排気カム位相および吸気カム位相を互いに独立して変更するための排気カム位相可変機構および吸気カム位相可変機構が設けられている。

このバルブタイミング制御装置では、圧縮着火燃焼モード時には、排気弁の閉弁タイミングを進角側に、吸気弁の開弁タイミングを遅角側に変更することにより、排気弁が完全に閉弁した後に吸気弁を開弁する、いわゆる排気弁と吸気弁との負のオーバーラップによって、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを実行する。それにより、作動ガス（燃焼前の空気と燃料との混合ガス）の温度が圧縮着火可能な温度に制御される。

一方、火花点火燃焼モード時には、排気弁の閉弁タイミングを遅角側に、吸気弁の開弁タイミングを進角側に変更することによって、排気弁と吸気弁は、その開弁がオーバーラップするように制御される。

しかし、この従来のバルブタイミング制御装置を、吸気カム位相可変機構とともに、吸気弁のリフト（以下「吸気リフト」という）を変更する吸気リフト可変機構を備えた内燃機関に適用した場合には、以下の問題がある。すなわち、この吸気リフト可変機構が、吸気リフトを変更したときに、それに伴って吸気弁の開弁タイミングも同時に変化するタイプの場合には、燃焼モードの切替時に、吸気カム位相可変機構および吸気リフト可変機構を同時に制御したとき、前者による吸気カム位相の変化と後者による吸気弁の開弁タイミングの変化が同時に進行することにより、吸気弁の所望の開弁タイミングが得られないことによって、不具合を生じることがある。

例えば、燃焼モードを圧縮着火燃焼モードに切り替える際に、遅角側への吸気弁の開弁タイミングの変化が遅れると、ピストンが上死点に達する前に吸気弁が開弁することがある。その場合には、既燃ガスが吸気側に吹き戻され、吸入空気量が安定しないことで、燃焼状態が不安定になったり、トルクの変動が大きくなったりすることによって、ドライバビリティが低下する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、燃焼モードを切り替える際に、吸気カム位相および吸気リフトの変更によって吸気弁の開弁タイミングを適切に制御でき、それにより、燃焼モードの切替の際における既燃ガスの吹き戻しの抑制によって、安定した吸入空気量が得られ、良好なドライバビリティを確保することができる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。

特開２００１−２８９０９２号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼モードとして均質燃焼モードと成層燃焼モードを有する内燃機関３において、燃焼モードに応じて吸気弁８および排気弁９の開閉タイミングを制御する内燃機関３のバルブタイミング制御装置１であって、成層燃焼モード時に、均質燃焼モード時よりも排気弁９の閉弁タイミング（閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴ）を早めることによって、ピストン３ｂが上死点に達する前に排気弁９を閉弁することにより気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する排気側可変動弁機構（実施形態における（以下、本項において同じ）排気側動弁機構６０）と、吸気弁８を駆動する吸気カム４２のクランクシャフト３ｅに対する位相である吸気カム位相ＣＡＩＮを変更可能であるとともに、成層燃焼モード時に、吸気カム位相ＣＡＩＮが、均質燃焼モード時よりも進角側に、かつ前記ピストンが前記上死点に達した後に前記吸気弁が開弁するように制御される吸気カム位相可変機構５０と、吸気弁８のリフトを変更可能であるとともに、吸気弁８のリフトの低リフト側への変更に伴って吸気弁８の開弁タイミングが遅角側に変化するように構成され、成層燃焼モード時に、吸気弁８のリフトが均質燃焼モード時よりも低リフト側に制御される吸気リフト可変機構４３と、燃焼モードを成層燃焼モードに切り替える際、ピストン３ｂが上死点に達する前に吸気弁８が開弁しないようにするために、吸気リフト可変機構４３を駆動した後に、吸気カム位相可変機構５０を駆動するように制御する第１制御を実行する第１制御手段（ＥＣＵ２）と、燃焼モードを均質燃焼モードに切り替える際、ピストン３ｂが上死点に達する前に吸気弁８が開弁しないようにするために、吸気カム位相可変機構５０を駆動した後に、吸気リフト可変機構４３を駆動するように制御する第２制御を実行する第２制御手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関のバルブタイミング制御装置によれば、成層燃焼モード時には、排気側可変機構によって、排気弁の閉弁タイミングを均質燃焼モード時よりも早め、ピストンが上死点に達する前に排気弁を閉弁することにより、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが制御される。また、成層燃焼モード時には、吸気カム位相可変機構によって、吸気カム位相が均質燃焼モード時よりも進角側に変更され、吸気リフト可変機構によって、吸気弁のリフトが均質燃焼モード時よりも低くなるように変更される。この吸気リフトの変更時には、吸気弁の開弁タイミングが遅角側に変化する。以上の構成により、成層燃焼モード時には、図１３のＣＩで示すタイミングで吸気弁および排気弁が開閉し、均質燃焼モード時には、同図のＳＩで示すタイミングで吸気弁および排気弁が開閉する。

以上のような本発明の構成において、例えば、成層燃焼モードへの切替の際、吸気カム位相可変機構を優先して駆動した場合には、図１４（ｃ）に示すように、吸気リフトが高いままで吸気カム位相が進角側に変化することによって、ピストンの上死点（ＴＤＣと図示）前に吸気弁が開弁し、既燃ガスが吹き戻される。これに対して、本発明では、成層燃焼モードへの切替の際には、吸気リフト可変機構を優先的に駆動するので、吸気リフトがより低くなるのに伴って、吸気弁の開弁タイミングがより遅くなった状態で、吸気カム位相を変更することができる（図１４（ａ）、（ｂ））。これにより、ピストンが上死点に達する前に吸気弁が開弁することがなくなり、ピストンの上死点後における吸気弁の開弁を確実に行うことができ、既燃ガスの吹き戻しが抑制されることで、安定した吸入空気量が得られ、良好なドライバビリティを確保することができる。

また、例えば、均質燃焼モードへの切替の際、吸気リフト可変機構を優先して駆動した場合には、図１５（ｃ）に示すように、吸気カム位相がより進角側に保持されたままで吸気リフトが高くなることによって、ピストンの上死点前に吸気弁が開弁し、既燃ガスが吹き戻される。これに対して、本発明では、均質燃焼モードへの切替の際には、吸気カム位相可変機構を優先して駆動するので、吸気カム位相を遅角側に変更した状態で、吸気リフトを高くすることができる（図１５（ａ）、（ｂ））。これにより、ピストンが上死点に達する前に吸気弁が開弁することがなくなり、ピストンの上死点後における吸気弁の開弁を確実に行うことができ、吹き戻しが抑制されることで、安定した吸入空気量が得られ、良好なドライバビリティを確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態によるバルブタイミング制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この燃料噴射弁６は、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の近傍に、燃料を直接、噴射するように構成された直噴タイプのものである。燃料噴射弁６の燃料噴射量および燃料噴射時期は、その開弁時間および開弁タイミングをＥＣＵ２（図２参照）で制御することによって、制御される。点火プラグ７の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。また、このエンジン３では、燃焼室３ｄ内に供給された混合気を、点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が行われ、その切替はＥＣＵ２によって制御される。

また、各気筒３ａには、一対の吸気弁８，８（１つのみ図示）および一対の排気弁９，９（１つのみ図示）が設けられている。吸気弁８は吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁９は排気側動弁機構６０によって開閉される。以下、図３〜図７を参照しながら、これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０について説明する。

吸気側動弁機構４０は、吸気弁８のリフトを２段階に変更するとともに、バルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、吸気弁８および排気弁９の「リフト」は、それらの最大揚程を表すものとする。

図４に示すように、吸気側動弁機構４０は、吸気カムシャフト４１、吸気カム４２、吸気リフト可変機構４３および吸気カム位相可変機構５０などを備えている。

吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。

吸気カム４２は、吸気カムシャフト４１と一体に設けられており、図示しないが、気筒３ａごとに設けられた２つの低速カムと、気筒３ａごとに設けられ、低速カムよりも高いカムノーズを有する１つの高速カムで構成されている。

吸気リフト可変機構４３は、吸気弁８のリフト（以下「吸気リフト」という）を所定の低リフトまたは高リフトに切り替えるものである。その構成は、本出願人が特開２０００−２２７０１３号公報で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

この吸気リフト可変機構４３は、ロッカアームシャフト４４と、これに回動自在に取り付けられ、気筒３ａごとに設けられた２つの低速ロッカアーム４５，４５（１つのみ図示）および高速ロッカアーム（図示せず）と、ＥＣＵ２に接続された吸気リフト電磁弁４６（図２参照）などを備えている。低速ロッカアーム４５，４５は、各気筒３ａの吸気弁８，８にそれぞれ当接している。

この吸気リフト可変機構４３のリフトモードは、ＥＣＵ２からの後述する吸気リフト制御入力Ｕ＿ＶＴＥＣにより吸気リフト電磁弁４６が制御されることによって、低リフトモードおよび高リフトモードに切り替えられる。この低リフトモードでは、吸気カムシャフト４１が回転すると、低速カムにより低速ロッカアーム４５が駆動され、高速カムにより高速ロッカアームが駆動されるものの、高速ロッカアームは、吸気弁８とは無関係にロッカアームシャフト４４の回りを回動する。それにより、各吸気弁８は、低速ロッカアーム４５によって開閉駆動され、所定の低リフトでかつ所定の開弁時間で開閉する。

一方、高リフトモードでは、高速ロッカアームが低速ロッカアーム４５，４５に一体に連結され、吸気カムシャフト４１が回転すると、高速カムにより駆動された高速ロッカアームが回動するとともに、これと一体に低速ロッカアーム４５が回動する。その結果、吸気弁８は、低速ロッカアーム４５を介して高速ロッカアームにより開閉駆動され、それによって、低リフトモードよりもリフトが高くなる（高リフト）。また、高リフトモードでは、低リフトモードと比べて、吸気弁８の開弁期間が長くなるとともに、開弁タイミングは進角側に移行する（図１４（ａ）参照）。なお、吸気リフト可変機構４３のリフトモードは、前述したＣＩ燃焼時には低リフトモードに設定され、ＳＩ燃焼時には高リフトモードに設定される。

吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを、進角側または遅角側に無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００５−３１５１６１号公報で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

この吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１の吸気スプロケット側の端部に設けられており、吸気カム位相電磁弁５１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この吸気カム位相電磁弁５１は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの後述する吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、吸気カム位相ＣＡＩＮを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、吸気弁８のバルブタイミングは、図７に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。なお、エンジン３が後述するＳＩ燃焼モードで運転されるときには、吸気カム位相ＣＡＩＮは最遅角値に保持される。

また、吸気カムシャフト４１の吸気カム位相可変機構５０と反対側の端部には、吸気カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。この吸気カム角センサ２２は、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、パルス信号であるＩＮＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＩＮＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、吸気カム位相ＣＡＩＮを算出する。

一方、排気側動弁機構６０は、排気弁９のリフト（以下「排気リフト」という）およびバルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。

図５に示すように、排気側動弁機構６０は、排気カムシャフト６１、排気カム６２、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０などを備えている。

排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。

排気リフト可変機構７０は、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸ（図６参照）との間で無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００７−１００５２２号で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１、７２上に気筒３ａごとに設けられたロッカアーム機構７３と、これらのロッカアーム機構７３を同時に駆動する排気リフトアクチュエータ８０（図２参照）などを備えている。

このロッカアーム機構７３は、リンク７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよびロッカアーム７５などを備えている。また、排気リフトアクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述する排気リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸによって駆動されると、コントロールシャフト７１を回動させ、それにより、リンク７４ａをローラ軸７４ｂを中心として回動させる。

このリンク７４ａが図５に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カムシャフト６１の回転に伴い、排気カム６２によりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは、コントロールシャフト７１を中心として、図５の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム７５の案内面７５ａがコントロールシャフト７１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム７５は図５に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁９は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図５の２点鎖線で示す位置）側の位置に回動し、保持されている状態では、排気カム６２の回転により、リンク７４ａがコントロールシャフト７１を中心として図５の時計回りに回動すると、ロッカアーム７５は、バルブスプリングの付勢力に抗しながら、図５に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁９を開弁する。その際、ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上の構成により、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。より具体的には、排気カム６２の回転中、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図６に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは最大リフトＬＥＸＭＡＸになる。したがって、この排気リフト可変機構７０では、排気リフトアクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、後述する排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁９の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。

また、排気リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２３（図２参照）が設けられている。このリフトセンサ２３は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。

一方、排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを、進角側または遅角側に無段階に変更するものであり、その構成は、吸気カム位相可変機構５０と同様である。このため、その詳細な説明は省略するが、排気カム位相可変機構９０は、排気カム位相電磁弁９１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この排気カム位相電磁弁９１は、ＥＣＵ２からの後述する排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、排気カム位相ＣＡＥＸを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図７に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。

また、排気カムシャフト６１の排気カム位相可変機構９０と反対側の端部には、排気カム角センサ２４（図２参照）が設けられている。この排気カム角センサ２４は、排気カムシャフト６１の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構６０により、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更される。ＣＩ燃焼時には、排気リフトを低くするとともに、排気カム位相ＣＡＥＸを進角させることにより、ピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（以下「吸気前ＴＤＣ」という）に達する前に排気弁９を閉弁させることによって（図１３参照）、気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実行される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒タイプの場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、この気筒判別センサは、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に応じて、クランク角度ＣＡを気筒３ａごとに算出する。

また、エンジン３の排気管５には、上流側から順に、排気温センサ２５および排気圧センサ２６が設けられている。排気温センサ２５は排気管５内の温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを、排気圧センサ２６は排気管５内の圧力（以下「排気圧」という）ＰＥＸを検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。

エンジン３の本体には、水温センサ２７が設けられている。水温センサ２７は、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２８から、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２８からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定する。なお、ＳＩ燃焼モードでは、燃料噴射弁６から燃料を吸気行程中に噴射することにより均質混合気を生成し、点火プラグ７による火花点火が行われ、ＣＩ燃焼モードでは、燃料噴射弁６から燃料を圧縮行程中にのみ噴射することにより成層混合気を生成し、自己着火燃焼が行われる。

さらに、ＥＣＵ２は、決定した燃焼モードに応じて排気側動弁機構６０を制御することにより、排気弁９の閉弁タイミングを変更し、内部ＥＧＲを制御するとともに、排気弁９の閉弁タイミングに応じて吸気側動弁機構４０を制御することにより、吸気弁８の開弁タイミングを変更する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、第１制御手段および第２制御手段に相当する。

図８は、ＥＣＵ２で実行される燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ（例えば８５℃）よりも高いか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ以下のときには、ＣＩ燃焼に適した燃焼室３ｄ内の温度を確保できないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットした（ステップ３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図９に示す燃焼領域マップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。この燃焼領域マップのＨＣＣＩ領域は、ＣＩ燃焼を実行すべき運転領域であり、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、また要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に相当する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。

前記ステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、前記ステップ３を実行し、ＳＩ燃焼モードを選択する。一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットした（ステップ４）後、本処理を終了する。

図１０は、内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。前述したように、この内部ＥＧＲは、ピストン３ｂが吸気前ＴＤＣに達する前に排気弁９を閉弁することによって行われる。本処理では、まず、ステップ１１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを、検出された排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じ、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）を用いて補正することにより、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する（ステップ１２）。

次いで、算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、排気カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１３）。次に、算出した目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと検出された実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する（ステップ１４）とともに、算出した排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、排気カム位相電磁弁９１を駆動する（ステップ１５）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁９の目標閉弁タイミングに相当する目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを算出する（ステップ１６）とともに、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸの目標となる目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１７）。

次いで、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、排気リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する（ステップ１８）。そして、排気リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、排気リフトアクチュエータ８０を駆動する（ステップ１９）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

図１１は、吸気弁８の開弁タイミングの制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップ２１において、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが前回と今回の間で、「０」から「１」に変化したか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードに切り替えられた直後のときには、ダウンカウント式の第１タイマ（図示せず）の第１タイマ値ＴＭ１を第１所定時間ＴＭＲＥＦ１（例えば２ｓｅｃ）にセットし（ステップ２２）、ステップ２３に進む。一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２３にそのまま進む。

このステップ２３では、第１タイマ値ＴＭ１が値０以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＣＩ燃焼モードへの切替後、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過していないときには、吸気カム位相ＣＡＩＮの目標となる目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤを前回値ＣＡＩＮＣＭＤＺに保持する（ステップ２４）。

一方、ステップ２３の判別結果がＹＥＳのときには、燃焼モードと、排気弁９の実際の閉弁タイミングに相当する閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤを算出する（ステップ２５）。なお、閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴは、リフトセンサ２３および排気カム角センサ２４でそれぞれ検出された回動角ＳＡＡＥＸと排気カム位相ＣＡＥＸに応じて算出される。

ステップ２４または２５に続くステップ２６では、目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤと検出された吸気カム位相ＣＡＩＮに応じ、吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮを算出する。そして、算出した吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮに応じて、吸気カム位相電磁弁５１を駆動する（ステップ２７）。以上により、吸気カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになるように制御される。

次に、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが前回と今回の間で、「１」から「０」に変化したか否かを判別する（ステップ２８）。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードに切り替えられた直後のときには、ダウンカウント式の第２タイマ（図示せず）の第２タイマ値ＴＭ２を第２所定時間ＴＭＲＥＦ２（例えば２ｓｅｃ）にセットし（ステップ２９）、ステップ３０に進む。一方、ステップ２８の判別結果がＮＯのときには、ステップ３０にそのまま進む。

このステップ３０では、第２タイマ値ＴＭ２が値０以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＳＩ燃焼モードへの切替後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過していないときには、吸気リフト可変機構４３のリフトモードを、それまでのＣＩ燃焼モードで設定されていた低リフトモードに保持する（ステップ３１）。

一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳのときには、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩに基づいて、リフトモードを設定する（ステップ３２）。具体的には、Ｆ＿ＨＣＣＩ＝１（ＣＩ燃焼モード）のときに、低リフトモードに設定され、Ｆ＿ＨＣＣＩ＝０（ＳＩ燃焼モード）のときに、高リフトモードに設定される。

次に、ステップ３１または３２で設定したリフトモードに応じて、吸気リフト制御入力Ｕ＿ＶＴＥＣを算出し（ステップ３３）、この吸気リフト制御入力Ｕ＿ＶＴＥＣに応じて、吸気リフト電磁弁４６を駆動し（ステップ３４）、本処理を終了する。以上により、吸気リフトが低リフトまたは高リフトに制御される。

図１２は、図１１の処理によって得られるバルブタイミング制御装置１および吸気弁８の動作例を示している。この例では、タイミングｔ０以前では、燃焼モードがＳＩ燃焼モードに設定されており、それに応じて、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩは「０」にセットされる（図１２（ａ）参照）とともに、吸気リフト可変機構４３は高リフトモードに、吸気カム位相ＣＡＩＮは最遅角値にそれぞれ設定されている（図１２（ｂ），（ｄ）参照）。

この状態から、燃焼モードがＣＩ燃焼モードに切り替えられると、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「０」から「１」に変化するとともに、吸気リフト可変機構４３が高リフトモードから低リフトモードに切り替えられ（ステップ３２）、それに基づいて、吸気リフト電磁弁４６が制御される（ｔ０）。一方、ＣＩ燃焼モードへの切替直後、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過するまでは（ｔ０−ｔ１間）、ステップ２３の判別結果がＮＯになることで、目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤが前回値に保持されることによって（ステップ２４）、吸気カムＣＡＩＮは前回値に保持される。以上により、吸気カム位相ＣＡＩＮを維持したまま吸気リフトが低リフトに変化する（図１４（ａ）の実線）。その後、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときに（ｔ１）、ステップ２３の判別結果がＹＥＳになることで、目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤが設定され（ステップ２５）、吸気カム位相ＣＡＩＮが進角側に変更される（図１４（ｂ）の実線）。

以上のように、ＳＩ燃焼モードからＣＩ燃焼モードに切り替える際に、吸気リフトを優先的に変更するとともに、その後、吸気カム位相ＣＡＩＮを変更するので、吸気弁８を吸気前ＴＤＣ後に確実に開弁でき、吸気リフトおよび吸気カム位相の変更を逆にした場合（図１４（ｃ））のような既燃ガスの吹き戻し（図１２（ｅ）の破線）を抑制できる。その結果、安定した吸入空気量が得られ、良好なドライバビリティを確保することができる。

これに対して、燃焼モードがＳＩ燃焼モードに切り替えられると、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが「１」から「０」に変化するとともに、目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤが最遅角値に設定され（ステップ２５）、それに応じて、吸気カム位相電磁弁５１が制御される（ｔ２）。一方、ＳＩ燃焼モードへの切替直後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでは（ｔ２−ｔ３間）、ステップ３０の判別結果がＮＯになることで、ＣＩ燃焼モード時に設定された低リフトモードが維持される（ステップ３１）。以上により、低リフトを維持したまま吸気カム位相ＣＡＩＮが遅角側に変化する（図１５（ａ）の実線）。その後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過したときに（ｔ３）、ステップ３０の判別結果がＹＥＳになることで、リフトモードが高リフトモードに設定され（ステップ３２）、吸気リフトが高リフトに変更される（図１５（ｂ）の実線）。

以上のように、ＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードに切り替える際に、吸気カム位相ＣＡＩＮを優先的に変更するとともに、その後、吸気リフトを変更するので、吸気弁８を吸気前ＴＤＣ後に確実に開弁でき、吸気リフトおよび吸気カム位相の変更を逆にした場合（図１５（ｃ））のような既燃ガスの吹き戻し（図１２（ｅ）の破線）を抑制できる。その結果、安定した吸入空気量が得られ、良好なドライバビリティを確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、吸気リフト可変機構として、吸気リフトを２段階に変更するタイプのものを用いているが、これに限らず、排気リフト可変機構と同様、吸気リフトを無段階に変更するタイプのものを用いてもよい。また、実施形態では、燃焼モードの切替時における吸気リフトおよび吸気カム位相の保持時間は、一定時間であるが、エンジンの運転パラメータ、例えば吸気リフト可変機構および吸気カム位相可変機構の作動油圧の温度に応じて設定してもよい。

さらに、実施形態のエンジン３は、燃焼モードとして圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードを有するが、これら以外の複数の燃焼モード、例えば均質火花点火燃焼モード、成層圧縮着火燃焼モードと成層火花点火燃焼モードを有するものでもよい。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明のバルブタイミング制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 バルブタイミング制御装置の一部を示す図である。 図１の部分拡大図である。 吸気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 吸気カム位相可変機構によって得られる吸気弁のバルブリフト曲線、および排気カム位相可変機構によって得られる排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。 図８の処理で用いられる燃焼領域マップの一例を示す図である。 内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。 吸気弁の開弁タイミングの制御処理を示すフローチャートである。 バルブタイミング制御装置および吸気弁の動作例を示す図である。 吸気弁および排気弁の開閉タイミングを示す図である。 ＣＩ燃焼モードへの切替の際の吸気弁および排気弁の開閉タイミングを示す図である。 ＳＩ燃焼モードへの切替の際の吸気弁および排気弁の開閉タイミングを示す図である。

符号の説明

１ バルブタイミング制御装置
２ ＥＣＵ（第１制御手段および第２制御手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
３ｂ ピストン
３ｅ クランクシャフト
８ 吸気弁
９ 排気弁
４２ 吸気カム
４３ 吸気リフト可変機構
５０ 吸気カム位相可変機構
６０ 排気側動弁機構（排気側可変動弁機構）
ＣＡＩＮ 吸気カム位相
ＣＡＥＸＡＣＴ 閉弁クランク角（閉弁タイミング）

Claims (1)

1. 燃焼モードとして均質燃焼モードと成層燃焼モードを有する内燃機関において、前記燃焼モードに応じて吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記成層燃焼モード時に、前記均質燃焼モード時よりも前記排気弁の閉弁タイミングを早めることによって、ピストンが上死点に達する前に前記排気弁を閉弁することにより気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する排気側可変動弁機構と、
   前記吸気弁を駆動する吸気カムのクランクシャフトに対する位相である吸気カム位相を変更可能であるとともに、前記成層燃焼モード時に、前記吸気カム位相が、均質燃焼モード時よりも進角側に、かつ前記ピストンが前記上死点に達した後に前記吸気弁が開弁するように制御される吸気カム位相可変機構と、
   前記吸気弁のリフトを変更可能であるとともに、当該吸気弁のリフトの低リフト側への変更に伴って当該吸気弁の開弁タイミングが遅角側に変化するように構成され、前記成層燃焼モード時に、前記吸気弁のリフトが均質燃焼モード時よりも低リフト側に制御される吸気リフト可変機構と、
   前記燃焼モードを前記成層燃焼モードに切り替える際、前記ピストンが前記上死点に達する前に前記吸気弁が開弁しないようにするために、前記吸気リフト可変機構を駆動した後に、前記吸気カム位相可変機構を駆動するように制御する第１制御を実行する第１制御手段と、
   前記燃焼モードを前記均質燃焼モードに切り替える際、前記ピストンが前記上死点に達する前に前記吸気弁が開弁しないようにするために、前記吸気カム位相可変機構を駆動した後に、前記吸気リフト可変機構を駆動するように制御する第２制御を実行する第２制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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