JP6350973B2

JP6350973B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6350973B2
Application number: JP2016067474A
Authority: JP
Inventors: 和弘長津; 孝幸疋田; 隆史神長; 亨宮本; 銘▲ショウ▼ 謝
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017180248A

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、過給機を備え、所定の運転領域において圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置に関する。

従来、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行うエンジンが知られている。このＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンでは、気筒の排気行程から吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間（ＮＶＯ：ＮｅｇａｔｉｖｅＶａｌｖｅＯｖｅｒｌａｐ）を設けて、既燃ガスを気筒内に残留させることにより燃焼室内の混合ガスの温度を上昇させる、いわゆる内部ＥＧＲシステムを利用している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５３５５３号公報

しかしながら、上記のようにＮＶＯ期間を設けた場合、排気行程中に排気弁を閉弁することに伴い、気筒内に残留した高温の既燃ガスを圧縮することになるので、冷却損失が増大する。そこで、ＮＶＯ期間を設けるのではなく、吸気行程中の所定の開弁期間において排気弁を開くことにより、排気ポートから燃焼室へ既燃ガスを逆流させることも可能である（いわゆる排気の二度開き）。

ところで、ＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、高負荷時の吸気の充填効率を確保するために、過給機による過給を行うことが考えられる。しかしながら、過給を行っているときに排気の二度開きを実行すると、燃焼室内へ過給された吸気が既燃ガスを排気ポートから押し出すことになるので、燃焼室内へ既燃ガスを導入することができない。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、過給機を備え、所定の運転領域において圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置であって、排気行程における排気弁の閉弁時期を変化させ、吸気行程中に排気弁を開弁させる排気側可変バルブ機構と、吸気行程における吸気弁の開弁時期を変化させる吸気側可変バルブ機構と、エンジンの運転状態に応じて排気側可変バルブ機構及び吸気側可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、エンジンの運転状態に応じて過給機による過給圧を制御する過給制御手段とを有し、可変バルブ機構制御手段は、圧縮自己着火燃焼を行う運転領域における低負荷側の第１運転領域では、排気行程から吸気行程において排気弁を上死点で閉弁させるのと同時に上死点で開弁させるように排気側可変バルブ機構を制御して既燃ガスを気筒内に導入し、圧縮自己着火燃焼を行う運転領域における第１運転領域よりも高負荷側の第２運転領域では、排気行程から吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒内に残留させ、且つ、吸気行程中は排気弁を閉弁させておくように排気側可変バルブ機構及び吸気側可変バルブ機構を制御し、過給制御手段は、第２運転領域における過給圧を第１運転領域における過給圧よりも高くすることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、可変バルブ機構制御手段は、第１運転領域では排気の二度開きにより既燃ガスを気筒内に導入し、第１運転領域よりも過給圧の高い第２運転領域では排気の二度開きを停止するとともにネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒内に残留させるので、過給圧が相対的に低い第１運転領域では排気の二度開きを行うことで冷却損失を低減しながら必要な既燃ガスを確保することができるとともに、過給圧が相対的に高い第２運転領域では排気の二度開きによる既燃ガスの押し出しを回避してネガティブオーバーラップ期間に応じた既燃ガスを確保することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる。

また、本発明において、好ましくは、可変バルブ機構制御手段は、第１運転領域では、吸気行程において、排気側可変バルブ機構により吸気弁の開弁時期以降に排気弁を閉弁させ、吸気側可変バルブ機構により、エンジン負荷が高くなるほど吸気弁の開弁時期を進角させ、第２運転領域では、排気側可変バルブ機構及び吸気側可変バルブ機構により、エンジン負荷が高くなるほどネガティブオーバーラップ期間を短縮する。
このように構成された本発明においては、可変バルブ機構制御手段は、第１運転領域では、吸気行程において、吸気弁の開弁時期以降に排気弁を閉弁させるとともに、エンジン負荷が高くなるほど吸気弁の開弁時期を進角させ、第２運転領域では、エンジン負荷が高くなるほどネガティブオーバーラップ期間を短縮するので、第１運転領域では吸気弁の開弁時期を制御することにより燃焼室内へ導入する既燃ガス量を制御できるとともに、第２運転領域ではネガティブオーバーラップ期間を制御することにより燃焼室内へ導入する既燃ガス量を制御することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、負荷に応じた過給と燃焼室内へ導入する既燃ガス量の制御とを両立することができる。

また、本発明において、好ましくは、過給制御手段は、第１運転領域では、過給機による過給を停止し、第２運転領域では、過給機による過給を行う。
このように構成された本発明においては、過給が行われない第１運転領域では排気の二度開きを行うことで冷却損失を低減しながら必要な既燃ガスを確保することができるとともに、過給が行われる第２運転領域では排気の二度開きによる既燃ガスの押し出しを回避してネガティブオーバーラップ期間に応じた既燃ガスを確保することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。本発明の実施形態による吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す線図であり、（ａ）及び（ｂ）はエンジンの低負荷ＨＣＣＩ領域、（ｃ）はエンジンの中負荷ＨＣＣＩ領域、（ｄ）はエンジンの高負荷ＨＣＣＩ領域、（ｅ）はエンジンのＳＩ領域のそれぞれにおける、吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す線図である。本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を説明する。

［装置構成］
図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示し、図２は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。

エンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、複数（例えば２つ）の吸気ポート１６及び複数（例えば２つ）排気ポート１７が形成されていると共に、これら複数の吸気ポート１６及び複数の排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、気筒１８毎に複数設けられた排気弁２２のそれぞれの作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変バルブリフト機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７５と、が設けられている。

ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

一方、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４が設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更可能な連続可変バルブリフト機構を含んで構成されている。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室１９内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、スロットル弁３６の下流側には、通過する吸気を昇圧させるスーパーチャージャー８１が設けられている。このスーパーチャージャー８１は、クランクシャフト１５から取り出された動力や電動モータにより駆動される。さらに、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

また、吸気通路３０には、スーパーチャージャー８１によって過給された吸気の一部を、スーパーチャージャー８１の上流側に還流するためのエアバイパス通路８３が設けられている。具体的には、エアバイパス通路８３の一端は、スーパーチャージャー８１の下流側で且つサージタンク３３の上流側の吸気通路３０に接続され、エアバイパス通路８３の他端は、スロットル弁３６の下流側で且つスーパーチャージャー８１の上流側の吸気通路３０に接続されている。

このエアバイパス通路８３には、エアバイパス通路８３を流れる吸気の流量を開閉動作により調節するエアバイパスバルブ８５が設けられている。エアバイパスバルブ８５は、エアバイパス通路８３を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

吸気通路３０におけるスロットル弁３６とスーパーチャージャー８１との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ₃発生器）７６が介設されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気ポート１６を介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるスーパーチャージャー８１とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１、２に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、が入力される。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＬ７４、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１、エアバイパスバルブ８３）のアクチュエータ、並びに、オゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ１０は、本発明における可変バルブ機構制御手段及び過給制御手段として機能する。

［運転領域］
次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図３は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼（Spark Ignition：ＳＩ））に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＨＣＣＩモードと、火花点火燃焼を行うＳＩモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

また、図３に示すように、ＨＣＣＩモードでエンジン１の運転が行われるＨＣＣＩ領域は、負荷が低い方から順に低負荷ＨＣＣＩ領域、中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域の３つの領域に区分されている。詳細は後述するが、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域における低負荷側の第１運転領域（本実施形態では低負荷ＨＣＣＩ領域）にある場合には排気の二度開きを行い、エンジン１の運転状態が第１運転領域よりも高負荷側の第２運転領域（本実施形態では中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域）にある場合にはＮＶＯ期間が設けられる。また、第１運転領域ではスーパーチャージャー８１による過給が停止され、第２運転領域ではスーパーチャージャー８１による過給が行われる。

［吸気弁及び排気弁の動作］
次に、図４を参照して、本発明の実施形態による吸気弁及び排気弁の動作を説明する。図４は、本発明の実施形態による吸気弁２１及び排気弁２２のリフトカーブを示す線図であり、（ａ）及び（ｂ）は低負荷ＨＣＣＩ領域、（ｃ）は中負荷ＨＣＣＩ領域、（ｄ）は高負荷ＨＣＣＩ領域、（ｅ）はＳＩ領域のそれぞれにおける、吸気弁２１及び排気弁２２のリフトカーブの一例を示している。この図４において、実線は吸気弁２１のリフトカーブを示し、点線は排気弁２２のリフトカーブを示している。

低負荷ＨＣＣＩ領域（第１運転領域）において、ＰＣＭ１０は、多量の既燃ガスによって気筒１８内の温度を高めるために、吸気行程中に排気弁２２を開弁させる排気の二度開きを行う。
具体的には、ＰＣＭ１０は、ＨＣＣＩ領域においてＶＶＬ７１を特殊モードで作動させることにより、カム山を２つ有する第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達させる。この場合、図４（ａ）及び（ｂ）に点線で示すように、ＶＶＬ７１の第２カムは、排気行程中に排気弁２２を開弁させると共に、吸気行程中に排気弁２２を開弁し、吸気弁２１の開弁時期以降に排気弁２２を閉弁させるように設定されている。

また、低負荷ＨＣＣＩ領域において、ＰＣＭ１０は、エンジン負荷が高くなるほど、ＶＶＬ７４により吸気弁２１の閉弁時期を保持しつつリフト量を大きくし、負荷の増大に応じた充填効率を得るとともに内部ＥＧＲ率を低下させられるようにする。
例えば、低負荷ＨＣＣＩ領域において相対的にエンジン負荷が低い場合、図４（ａ）において実線で例示するように、吸気弁２１のリフト量は相対的に小さく、開弁時期は吸気行程上死点よりも遅角側に設定されている。これに対し、エンジン負荷が高くなると、図４（ｂ）に示すように吸気弁２１のリフト量が大きくなるとともに開弁時期が吸気行程上死点に向かって進角し、開弁期間が長くなる。
したがって、図４（ｂ）の状態では、吸気行程中に吸気弁２１及び排気弁２２の双方が開弁している期間が図４（ａ）の状態よりも長くなっているので、この状態においてスーパーチャージャー８１による過給を行うと、燃焼室１９内へ過給された吸気が既燃ガスを排気ポートから押し出し、燃焼室１９内へ既燃ガスを導入することができない。そこで、ＰＣＭ１０は、低負荷ＨＣＣＩ領域（第１運転領域）において、エアバイパスバルブ８５を開くことにより、スーパーチャージャー８１による過給を行わないようにしている。

一方、中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域（第２運転領域）において、ＰＣＭ１０は、排気行程から吸気行程にかけて吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるＮＶＯ期間を負荷に応じて設定し、気筒１８内に残留する既燃ガス量を制御する。
具体的には、ＰＣＭ１０は、予め実験的に設定したマップを参照し、負荷に応じた要求内部ＥＧＲ率を達成するためのＮＶＯ期間を決定し、そのＮＶＯ期間に基づいてＶＶＬ７４及びＶＶＴ７５を制御する。
すなわち、ＰＣＭ１０は、エンジン負荷の増大に応じて要求内部ＥＧＲ率が小さくなるほど、ＶＶＴ７５によって排気弁２２のバルブタイミングを遅角させることにより、排気行程における排気弁２２の閉弁時期を遅角させ、且つ、ＶＶＬ７４により吸気弁２１の閉弁時期を保持しつつリフト量を大きくすることにより、吸気行程における吸気弁２１の開弁時期を進角させる。これにより、ＮＶＯ期間を短縮し、ＮＶＯ期間を設けたことで気筒１８内に残留する既燃ガス量を減少させる。すなわち、図４（ｃ）に示した中負荷ＨＣＣＩ領域におけるＮＶＯ期間と比較して、図４（ｄ）に示した相対的にエンジン負荷が高い高負荷ＨＣＣＩ領域におけるＮＶＯ期間は短くなる。

また、高負荷ＨＣＣＩ領域では、エンジン負荷の増大に応じた発熱量の増大により気筒１８内の温度が高くなるので、過早着火を抑制するために、高温の内部ＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲ弁５１１を開くことにより、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。

ＳＩ領域において、ＰＣＭ１０は、ＶＶＬ７４により吸気弁２１の開弁時期を吸気行程上死点近傍に保持しつつ、リフト量を図４（ｄ）に示した高負荷ＨＣＣＩ領域の場合よりもさらに大きくすることにより、吸気弁２１の閉弁時期を圧縮行程中まで遅角させる。これにより、いわゆる遅閉じミラーサイクルを実現し、ＨＣＣＩモードの場合と比較して低い圧縮比によりエンジン１を運転するようにしている。

［エンジン制御処理］
次に、図５を参照して、本発明の実施形態によるエンジン制御処理を説明する。図５は、本発明の実施形態によるエンジン制御処理のフローチャートである。排気弁２２の作動モードの切替処理のフローチャートである。図５に示す処理は、ＰＣＭ１０によって、車両の運転時に所定の周期で繰り返し実行される。

図５に示すように、エンジン制御処理が開始されると、まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１０は、各種のセンサから入力された検出信号等に基づき、エンジン１の運転状態を取得する。

次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ１０は、ステップＳ１において取得したエンジン１の運転状態（例えば、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン水温等）に基づき、目標トルクを実現するために必要な充填効率、過給圧、ＥＧＲ率を決定する。

次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ領域であるか否かを判定する。その結果、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ領域である場合、ステップＳ４に進み、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ領域における低負荷側の領域である低負荷ＨＣＣＩ領域（第１運転領域）であるか否かを判定する。

その結果、エンジン１の運転領域が低負荷ＨＣＣＩ領域である場合、ステップＳ５に進み、ＰＣＭ１０は、ＶＶＬ７１をオンにし、各排気弁２２を特殊モードで作動させることにより、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように排気の二度開きを行う。これにより、排気行程中に排気ポート１７に排出された既燃ガスの一部は、吸気行程において各排気ポート１７から気筒１８内に戻される。

一方、エンジン１の運転領域が低負荷ＨＣＣＩ領域ではない（中負荷ＨＣＣＩ領域又は高負荷ＨＣＣＩ領域（すなわち第２運転領域）である）場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ１０は、予め実験的に設定したマップを参照し、ステップＳ２において決定したＥＧＲ率を達成するためのＮＶＯ期間を決定し、その決定したＮＶＯ期間に基づき、ＶＶＬ７１をオフにして排気弁２２を通常モードで作動させるとともに、図４（ｃ）、（ｄ）を参照して説明したようにＶＶＬ７４及びＶＶＴ７５を制御する。これにより、ＮＶＯ期間の長さに応じた量の既燃ガスが気筒１８内に残留する。

また、ステップＳ３において、エンジン１の運転領域がＨＣＣＩ領域ではない（ＳＩ領域である場合、ステップＳ７に進み、ＰＣＭ１０は、ＶＶＬ７１をオフにして排気弁２２を通常モードで作動させるとともに、図４（ｅ）を参照して説明したようにＶＶＬ７４を制御して吸気弁２１の閉弁時期を圧縮行程中まで遅角させ、遅閉じミラーサイクルを実現する。

ステップＳ５、Ｓ６又はＳ７の後、ステップＳ８に進み、ＰＣＭ１０は、ステップＳ２において決定した充填効率、過給圧、ＥＧＲ率を実現するように、スロットル弁３６、エアバイパスバルブ８３、ＥＧＲ弁５１１のアクチュエータを制御する。
ステップＳ８の後、ＰＣＭ１０はエンジン制御処理を終了する。

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
まず、上述した実施形態では、ＶＶＬ７１は、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するカムシフティング機構を含んで構成されていると説明したが、これとは異なる構成のＶＶＬを用いてもよい。

また、上述した実施形態では、吸気側には、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更可能な連続可変バルブリフト機構を含んで構成されたＶＶＬ７４が設けられていると説明したが、排気側のＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５と同様にＶＶＬ及びＶＶＴを設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン１には過給機としてスーパーチャージャー８１が設けられていると説明したが、スーパーチャージャー８１に代えてターボ過給機を備えるようにしてもよく、スーパーチャージャー８１及びターボ過給機の両方を備えるようにしてもよい。

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジンの制御装置１の作用効果を説明する。

まず、ＰＣＭ１０は、低負荷ＨＣＣＩ領域（第１運転領域）では排気の二度開きにより既燃ガスを気筒１８内に導入し、低負荷ＨＣＣＩ領域よりも過給圧の高い中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域（第２運転領域）では排気の二度開きを停止するとともにＮＶＯ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させるので、過給圧が相対的に低い低負荷ＨＣＣＩ領域では排気の二度開きを行うことで冷却損失を低減しながら必要な既燃ガスを確保することができるとともに、過給圧が相対的に高い中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域では排気の二度開きによる既燃ガスの押し出しを回避してＮＶＯ期間に応じた既燃ガスを確保することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる。

また、ＰＣＭ１０は、低負荷ＨＣＣＩ領域では、吸気行程において、吸気弁２１の開弁時期以降に排気弁２２を閉弁させるとともに、エンジン負荷が高くなるほど吸気弁２１の開弁時期を進角させ、中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域では、エンジン負荷が高くなるほどＮＶＯ期間を短縮するので、低負荷ＨＣＣＩ領域では吸気弁２１の開弁時期を制御することにより燃焼室内へ導入する既燃ガス量を制御できるとともに、中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域ではＮＶＯ期間を制御することにより燃焼室内へ導入する既燃ガス量を制御することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、負荷に応じた過給と燃焼室内へ導入する既燃ガス量の制御とを両立することができる。

特に、ＰＣＭ１０は、低負荷ＨＣＣＩ領域では、スーパーチャージャー８１による過給を停止し、中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域では、スーパーチャージャー８１による過給を行うので、過給が行われない低負荷ＨＣＣＩ領域では排気の二度開きを行うことで冷却損失を低減しながら必要な既燃ガスを確保することができるとともに、過給が行われる中負荷ＨＣＣＩ領域及び高負荷ＨＣＣＩ領域では排気の二度開きによる既燃ガスの押し出しを回避してＮＶＯ期間に応じた既燃ガスを確保することができ、これにより、冷却損失を低減しつつ、高負荷時に過給機により過給を行う場合においても既燃ガスを確実に燃焼室内へ導入することができる。

１エンジン（エンジン本体）
１０ＰＣＭ
１６吸気ポート
１７排気ポート
１８気筒
２１吸気弁
２２排気弁
７１ＶＶＬ（排気側）
７４ＶＶＬ（吸気側）
７５ＶＶＴ（排気側）
８１スーパーチャージャー
８３エアバイパスバルブ

Claims

過給機を備え、所定の運転領域において圧縮自己着火燃焼を行うエンジンの制御装置であって、
排気行程における排気弁の閉弁時期を変化させ、吸気行程中に排気弁を開弁させる排気側可変バルブ機構と、
吸気行程における吸気弁の開弁時期を変化させる吸気側可変バルブ機構と、
上記エンジンの運転状態に応じて上記排気側可変バルブ機構及び上記吸気側可変バルブ機構を制御する可変バルブ機構制御手段と、
上記エンジンの運転状態に応じて上記過給機による過給圧を制御する過給制御手段とを有し、
上記可変バルブ機構制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼を行う運転領域における低負荷側の第１運転領域では、排気行程から吸気行程において上記排気弁を上死点で閉弁させるのと同時に上死点で開弁させるように上記排気側可変バルブ機構を制御して既燃ガスを気筒内に導入し、上記圧縮自己着火燃焼を行う運転領域における上記第１運転領域よりも高負荷側の第２運転領域では、排気行程から吸気行程において上記吸気弁及び上記排気弁の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒内に残留させ、且つ、吸気行程中は上記排気弁を閉弁させておくように上記排気側可変バルブ機構及び上記吸気側可変バルブ機構を制御し、
上記過給制御手段は、上記第２運転領域における過給圧を上記第１運転領域における過給圧よりも高くする
ことを特徴とするエンジンの制御装置。
上記可変バルブ機構制御手段は、上記第１運転領域では、吸気行程において、上記排気側可変バルブ機構により上記吸気弁の開弁時期以降に上記排気弁を閉弁させ、上記吸気側可変バルブ機構により、エンジン負荷が高くなるほど上記吸気弁の開弁時期を進角させ、上記第２運転領域では、上記排気側可変バルブ機構及び上記吸気側可変バルブ機構により、エンジン負荷が高くなるほど上記ネガティブオーバーラップ期間を短縮する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
上記過給制御手段は、上記第１運転領域では、上記過給機による過給を停止し、上記第２運転領域では、上記過給機による過給を行う請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。