JP6191836B2

JP6191836B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP6191836B2
Application number: JP2015020457A
Authority: JP
Inventors: 拓仁奥村; 修平新谷; 頌示藤原; 滋中川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: JP2016142230A

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、気筒毎に複数の排気バルブを備えたエンジンの制御装置に関する。

従来、吸気動作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て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システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０５１０１７号公報

ところで、上述したような従来の内部ＥＧＲシステムでは、燃焼室内に逆流した既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が燃焼室内で不均一に分布することに起因して、運転負荷が高くなるほど燃焼重心が進角し、圧縮上死点近傍で着火が生じるようになる。その結果、急激な筒内圧力上昇が生じ易くなり、燃焼騒音が増大するので、内部ＥＧＲを使用する運転領域を高負荷側に拡大することが難しい。

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、燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部ＥＧＲを使用する運転領域を高負荷側に拡大することができる、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、気筒毎に複数の排気バルブを備えたエンジンの制御装置であって、上記複数の排気バルブのそれぞれの開閉時期及び／又はリフト量を変化させる排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、上記排気バルブの開閉時期及び／又はリフト量の変更指示を上記排気側可変バルブ機構に出力する可変バルブ機構制御手段と、を有し、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を制御する排気ガス導入量制御手段と、上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における低負荷側の第１運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの全てを上記第１の駆動モードで駆動させ、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの一部を上記第１の駆動モードで駆動させ、他の排気バルブを上記第２の駆動モードで駆動させ、上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域と上記第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を維持し、上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域から上記第２運転領域に切り替わったときに、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードで駆動する上記排気バルブの閉弁時期を上記第１運転領域における閉弁時期よりも遅角させ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、エンジンの運転状態が所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させるので、排気ガスを全ての排気ポートから気筒内へ再導入させた場合と比較して、気筒内へ再導入された排気ガスを気筒内により均一に分布させることができ、運転負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。これにより、運転負荷の増大に伴う燃焼重心の進角による燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部ＥＧＲを使用する運転領域を高負荷側に拡大することができる。
また、このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる場合においても、気筒内へ再導入される排気ガスの量の減少を抑制することができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。
また、このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる場合、吸気行程において開弁した排気バルブが設けられた排気ポートから気筒内へ再導入される排気ガスの量を増大させるので、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。

あるいは、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、気筒毎に複数の排気バルブを備えたエンジンの制御装置であって、上記複数の排気バルブのそれぞれの開閉時期及び／又はリフト量を変化させる排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、上記排気バルブの開閉時期及び／又はリフト量の変更指示を上記排気側可変バルブ機構に出力する可変バルブ機構制御手段と、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を制御する排気ガス導入量制御手段と、上記気筒に設けられた吸気バルブのリフト量を変化させる吸気側可変バルブ機構と、を有し、上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における低負荷側の第１運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの全てを上記第１の駆動モードで駆動させ、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの一部を上記第１の駆動モードで駆動させ、他の排気バルブを上記第２の駆動モードで駆動させ、上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域と上記第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を維持し、上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域から上記第２運転領域に切り替わったときに、上記吸気側可変バルブ機構により、吸気工程における上記吸気バルブのリフト量を上記第１運転領域におけるリフト量よりも減少させ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、エンジンの運転状態が所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させるので、排気ガスを全ての排気ポートから気筒内へ再導入させた場合と比較して、気筒内へ再導入された排気ガスを気筒内により均一に分布させることができ、運転負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。これにより、運転負荷の増大に伴う燃焼重心の進角による燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部ＥＧＲを使用する運転領域を高負荷側に拡大することができる。
また、このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる場合においても、気筒内へ再導入される排気ガスの量の減少を抑制することができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。
また、このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる場合、吸気行程において吸気ポートから気筒内へ流入する吸気量が減少するので、それに応じて気筒内へ再導入される排気ガスの量を増大させることができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。

また、本発明において、好ましくは、エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、火花点火燃焼が行われる。
このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が予混合圧縮自己着火燃焼領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、吸気工程において各気筒の一部の排気バルブのみを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させるので、排気ガスを全ての排気ポートから気筒内へ再導入させた場合と比較して、気筒内へ再導入された排気ガスを気筒内により均一に分布させることができ、運転負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。これにより、内部ＥＧＲを使用して予混合圧縮自己着火燃焼を行う運転領域を高負荷側に拡大することができる。

本発明によるエンジンの制御装置によれば、燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部ＥＧＲを使用する運転領域を高負荷側に拡大することができる。

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バルブ及び排気バルブのリフトカーブを示す線図であり、（ａ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の低負荷側、（ｂ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の高負荷側、（ｃ）はエンジンのＳＩ領域における吸気バルブ及び排気バルブ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排気バルブの作動モードの切替処理のフローチャートである。運転状態が第２運転領域にあるエンジンを本発明の実施形態による制御装置が制御した場合の燃焼特性と従来の制御装置が制御した場合の燃焼特性とを比較した線図であり、（ａ）は内部ＥＧＲ率と燃焼重心との関係、（ｂ）は内部ＥＧＲ率とエンジンの上限負荷との関係、（ｃ）はエンジン負荷と燃焼音レベルとの関係を示す線図である。

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バルブ２１及び排気バルブ２２がそれぞれ配設されている。

吸気バルブ２１及び排気バルブ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バルブ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バルブ２２に伝達するロストモーション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バルブ２２に伝達しているときには、排気バルブ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バルブ２２に伝達しているときには、排気バルブ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。なお、排気バルブ２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

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。排気バルブ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。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気バルブ２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気バルブ２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロフィールの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気バルブ２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、吸気バルブ２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、吸気バルブ２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、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。吸気バルブ２１もまた、ＶＶＴ７２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。なお、吸気側にＶＶＬ７４を適用せずに、ＶＶＴ７２のみを適用し、吸気バルブ２１の開弁時期及び閉弁時期のみを変更するようにしてもよい。

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、後述するように、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、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。

吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３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におけるサージタンク３３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、吸気バルブ側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気バルブ側の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）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、本発明におけるエンジンの制御装置に相当し、可変バルブ機構制御手段及び排気ガス導入量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、低負荷側の第１運転領域と高負荷側の第２運転領域とに区分されている。詳細は後述するが、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域における第１運転領域又は第２運転領域のどちらの領域内にあるかに応じて、気筒１８毎に複数設けられた排気バルブ２２のそれぞれの作動モードが切り替えられる。

［吸気バルブ及び排気バルブの動作］
次に、図４を参照して、本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブの動作を説明する。図４は、本発明の実施形態による吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブを示す線図であり、（ａ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の低負荷側、（ｂ）はエンジンのＨＣＣＩ領域の高負荷側、（ｃ）はエンジンのＳＩ領域における吸気バルブ及び排気バルブのリフトカーブの一例を示している。

吸気側のＶＶＬ７４における小リフトカムのプロフィールは、図４（ａ）及び（ｂ）に実線で例示するように、相対的に小さいリフト量の１つのカム山を有し、吸気側のＶＶＬ７４における大リフトカムのプロフィールは、図４（ｃ）に実線で例示するように、相対的に大きいリフト量の１つのカム山を有している。
ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、吸気バルブ２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達しているときには、図４（ｃ）に示すように、吸気バルブ２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。図４の例では、大リフトカムと小リフトカムとは、開弁時期を同じにして切り替わるように設定されているので、ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気バルブ２１に伝達している場合、吸気バルブ２１の閉弁時期は圧縮工程中まで遅れるように設定され、遅閉じミラーサイクルが実現される。

排気側のＶＶＬ７１における第１カムのカムプロフィールは、図４（ａ）及び（ｂ）に破線で例示するように、リフトカーブにおける閉弁側に、クランク角の進行に対してリフトを略一定に維持するリフト棚部２２２を有し、第２カムのカムプロフィールは、図４（ｃ）に破線で例示するように、リフト棚部を有さずに、一つのカム山を有する。

排気側のＶＶＬ７１のロストモーション機構が、第１カムの作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、図４（ａ）及び（ｂ）に破線で例示するように、排気バルブ２２は、開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト棚部２２２において所定リフト量を維持した上で、閉弁に至る特殊モードで作動をする。これに対し、ロストモーション機構が、第２カムの作動状態を排気バルブ２２に伝達しているときには、図４（ｃ）に破線で例示するように、排気バルブ２２は開弁をした後、クランク角の進行に伴いリフト量が次第に大きくなり、少なくとも排気行程中で所定のピークに至った後、リフト量が次第に小さくなって、そのまま閉弁する通常モードで作動をする。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジン１の運転状態に応じて切り替えられ、具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する際に利用され、通常モードは、それ以外のときに利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させることを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、内部ＥＧＲ制御を行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。

ここで、図４（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、排気側のＶＶＬ７１における第１カムのカムプロフィールについて、さらに詳細に説明をする。図４（ａ）の破線は、排気バルブ２２の閉時期の位相を最も遅角側に設定したときの、排気バルブ２２のリフトカーブ２２１であり、図３（ｂ）の破線は、排気バルブ２２の閉時期の位相を最も進角側に設定したときの、排気弁２２のリフトカーブ２２１である。第１カムは、上述の通り、そのリフトカーブ２２１における閉弁側にリフト棚部２２２を有するように構成されている。ここで、リフトカーブ２２１における閉弁側とは、リフトカーブ２２１におけるピークを挟んだ両側を、開弁側と閉弁側とに分けたときの閉弁側に相当する。図４（ａ）に示すように、ＶＶＴ７５によって排気バルブ２２の閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は、吸気行程の、少なくとも前半に位置するようになる。ここでいう「前半」は、吸気行程を前半と後半とに２等分したときの前半に相当する。従って、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、吸気行程時に排気バルブ２２が開弁することに伴い、気筒１８内に戻される。こうして、排気ガスの一部が、実質的に、気筒１８内に残留することになる（つまり、内部ＥＧＲ制御）。

リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークよりも低いリフト量に設定されている。図４（ａ）に示すように、ＶＶＴ７５によって排気バルブ２２の開閉時期の位相を遅角したときに、リフト棚部２２２は上死点（Top Dead Center：ＴＤＣ）に位置する場合がある。そのため、実施形態では、リフト棚部２２２のリフト量は、上死点に位置するピストン１４の上面と干渉しない限度において、最大リフト量となるように設定される。こうすることで、内部ＥＧＲの最大量を、できるだけ多い量に設定することが可能になる。例えば、リフト棚部２２２のリフト量は、リフトカーブ２２１のピークにおけるリフト量に対して、１／２以下の範囲で、適宜、設定することが可能である。
また、リフト棚部２２２の長さ（つまり、クランク角の進行方向の長さ）は、設定可能な最大リフト量に基づいて、要求される最大の内部ＥＧＲガス量を満足することができるように設定される。

なお、排気バルブ２２の特殊モードにおいては、図４に示したように、排気行程での開弁後、リフト棚部２２２を通じて開弁状態を維持した上で、吸気行程で閉弁するようなカムプロフィールの代わりに、排気行程での開弁後に一旦閉弁をした後、吸気行程で再び開弁するようなカムプロフィールを採用してもよい。

［ＶＶＬによる排気バルブの作動モードの切替処理］
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施形態による排気バルブ２２の作動モードの切替処理を説明する。図５は、本発明の実施形態による排気バルブ２２の作動モードの切替処理のフローチャートであり、図６は、運転状態が第２運転領域にあるエンジンを本発明の実施形態による制御装置が制御した場合の燃焼特性と従来の制御装置が制御した場合の燃焼特性とを比較した線図であり、（ａ）は内部ＥＧＲ率と燃焼重心との関係、（ｂ）は内部ＥＧＲ率とエンジンの上限負荷との関係、（ｃ）はエンジン負荷と燃焼音レベルとの関係を示す線図である。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、排気バルブ２２の作動モードの切替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、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Ｓ３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の運転領域が第１運転領域である場合、ステップＳ４に進み、ＰＣＭ１０は、各気筒１８に設けられている複数の排気バルブ２２の全てについてＶＶＬ７１をオンにし、各排気バルブ２２を特殊モードで作動させる。
例えば、例えば各気筒１８に２つの排気バルブ２２が設けられている場合、ＰＣＭ１０は、それらの２つの排気バルブ２２についてＶＶＬ７１をオンにする。即ち、各気筒１８における各排気バルブ２２は、排気工程及び吸気工程においていわゆる二度開きを行う。これにより、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、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の運転領域が第１運転領域ではない（第２運転領域である）場合、ステップＳ５に進み、ＰＣＭ１０は、各気筒１８に設けられている複数の排気バルブ２２の一部についてＶＶＬ７１をオンにし、その排気バルブ２２を特殊モードで作動させると共に、他の排気バルブ２２についてＶＶＬ７１をオフにし、その排気バルブ２２を通常モードで作動させる。
例えば、例えば各気筒１８に２つの排気バルブ２２が設けられている場合、ＰＣＭ１０は、各気筒１８における一方の排気バルブ２２についてＶＶＬ７１をオンにし、他方の排気バルブ２２についてＶＶＬ７１をオフにする。即ち、各気筒１８における一方の排気バルブ２２は排気工程及び吸気工程においていわゆる二度開きを行い、他方の排気バルブ２２は排気工程のみで一度開きを行う。これにより、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、二度開きを行った排気バルブ２２が設けられている一方の排気ポート１７のみを通って気筒１８内に戻される。

上述のように、エンジン１の運転領域が第２運転領域である場合、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスの一部は、二度開きを行った排気バルブ２２が設けられている一方の排気ポート１７のみを通って気筒１８内に戻されるので、従来のように排気ガスを各排気ポート１７から気筒１８内に逆流させた場合と比較して、気筒１８内に逆流した排気ガス（内部ＥＧＲガス）に強いスワールが発生し、内部ＥＧＲガスが燃焼室内により均一に分布するようになる。これは、気筒１８内に逆流する内部ＥＧＲガスの位置の偏りや、内部ＥＧＲガスが一方の排気ポート１７のみを通ることによる流速の増大によるものと考えられる。

上述のように、一方の排気バルブ２２で二度開きを行う本実施形態のエンジン１では、両方の排気バルブ２２で二度開きを行う従来のエンジンと比較して内部ＥＧＲガスが燃焼室内により均一に分布することにより、図６（ａ）に示すように、第２運転領域において使用されるＥＧＲ率の範囲にわたって、本実施形態のエンジン１では、従来のエンジンと比較して運転負荷の増大時における燃焼重心の進角が抑制され、又は遅角側にシフトする。
即ち、内部ＥＧＲ実行時における運転負荷の増大に伴う燃焼重心の進角が抑制されるので、図６（ｂ）に示すように、一方の排気バルブ２２で二度開きを行う本実施形態のエンジン１では、両方の排気バルブ２２で二度開きを行う従来のエンジンと比較して、第２運転領域において使用されるＥＧＲ率の範囲にわたって、エンジン１の上限負荷を上昇させることができる。
また、図６（ｃ）に示すように、両方の排気バルブ２２で二度開きを行う従来のエンジンでは運転負荷が増大すると燃焼音のレベルが基準値を超えてしまうが、一方の排気バルブ２２で二度開きを行う本実施形態のエンジン１では、上述のように運転負荷の増大時における燃焼重心の進角が抑制され、圧縮上死点近傍における急激な筒内圧力上昇が抑制されるので、運転負荷が増大しても燃焼音のレベルが基準値を超えない。

また、図５のステップＳ２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）と判定した場合、ステップＳ６に進み、ＰＣＭ１０は、各気筒１８に設けられている複数の排気バルブ２２の全てについてＶＶＬ７１をオフにし、各排気バルブ２２を通常モードで作動させる。この場合、各気筒１８に設けられている複数の排気バルブ２２の全ては吸気行程時に閉弁しているので、排気行程中に排気ポート１７に排出された排気ガスが気筒１８内に戻されることはない。
ステップＳ４、Ｓ５又はＳ６の後、ＰＣＭ１０は処理を終了する。

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、油圧で作動し、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バルブ２２に伝達するロストモーション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を用いてもよく、電磁駆動や空気圧駆動のＶＶＬを用いてもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン１の運転領域が第１運転領域から第２運転領域に切り替わった場合、ＰＣＭ１０は、各気筒１８に設けられている複数の排気バルブ２２の一部について二度開きさせ、その他の排気バルブ２２を一度開きさせるが、全ての排気バルブ２２を二度開きさせる第１運転領域と比較して、吸気行程中に気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量が減少することが予測される。
そこで、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転状態が第１運転領域と第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量を維持するようにエンジン１の動弁系を制御することが好ましい。

具体的には、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わったときに、ＰＣＭ１０は、例えば、排気側のＶＶＴ７５により、二度開きする（即ち特殊モードで駆動する）排気バルブ２２の閉弁時期を、第１運転領域における閉弁時期よりも遅角させ、吸気工程において気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量を増大させる。これにより、エンジン１の運転状態が全ての排気バルブ２２が二度開きする第１運転領域から一部の排気バルブ２２のみが二度開きする第２運転領域に切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入されるＥＧＲガスの量が維持される。

あるいは、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わったときに、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７４により、吸気工程における吸気バルブ２１のリフト量を第１運転領域におけるリフト量よりも減少させる。これにより、吸気行程において吸気ポート１６から気筒１８内へ流入する吸気量が減少するので、それに応じて気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量が増大する。これにより、エンジン１の運転状態が全ての排気バルブ２２が二度開きする第１運転領域から一部の排気バルブ２２のみが二度開きする第２運転領域に切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入されるＥＧＲガスの量が維持される。

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、エンジン１の運転状態がＨＣＣＩ領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、吸気工程において各気筒１８の一部の排気バルブ２２のみを開弁させて排気ガスを排気ポート１７から気筒１８内へ再導入させるので、排気ガスを全ての排気ポート１７から気筒１８内へ再導入させた場合と比較して、気筒１８内へ再導入された排気ガスを気筒１８内により均一に分布させることができ、運転負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。これにより、運転負荷の増大に伴う燃焼重心の進角による燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部ＥＧＲを使用するＨＣＣＩ領域を高負荷側に拡大することができる。

また、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転状態が第１運転領域と第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量を維持するようにエンジン１の動弁系を制御するので、エンジン１の運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒１８の一部の排気バルブ２２のみを開弁させて排気ガスを排気ポート１７から気筒内へ再導入させる場合においても、気筒１８内へ再導入される排気ガスの量の減少を抑制することができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。

特に、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＴ７５により、二度開きする（即ち特殊モードで駆動する）排気バルブ２２の閉弁時期を、第１運転領域における閉弁時期よりも遅角させ、吸気工程において気筒１８内へ再導入されるＥＧＲガスの量を増大させるので、エンジン１の運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒１８の一部の排気バルブ２２のみを開弁させて排気ガスを排気ポート１７から気筒１８内へ再導入させる場合、吸気行程において開弁した排気バルブ２２が設けられた排気ポート１７から気筒内へ再導入される排気ガスの量を増大させることができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。

また、エンジンの運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わったときに、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７４により、吸気工程における吸気バルブ２１のリフト量を第１運転領域におけるリフト量よりも減少させるので、エンジン１の運転状態が第１運転領域から第２運転領域に切り替わり、吸気工程において各気筒１８の一部の排気バルブ２２のみを開弁させて排気ガスを排気ポート１７から気筒１８内へ再導入させる場合、吸気行程において吸気ポート１６から気筒１８内へ流入する吸気量を減少させ、それに応じて気筒１８内へ再導入される排気ガスの量を増大させることができ、これにより、内部ＥＧＲガス量の減少による着火性の低下を防止できる。

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
２２排気バルブ
７１ＶＶＬ（排気側）
７４ＶＶＬ（吸気側）
７５ＶＶＴ（排気側）

Claims

気筒毎に複数の排気バルブを備えたエンジンの制御装置であって、
上記複数の排気バルブのそれぞれの開閉時期及び／又はリフト量を変化させる排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、上記排気バルブの開閉時期及び／又はリフト量の変更指示を上記排気側可変バルブ機構に出力する可変バルブ機構制御手段と、を有し、
吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を制御する排気ガス導入量制御手段と、
上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、
上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における低負荷側の第１運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの全てを上記第１の駆動モードで駆動させ、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの一部を上記第１の駆動モードで駆動させ、他の排気バルブを上記第２の駆動モードで駆動させ、
上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域と上記第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を維持し、
上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域から上記第２運転領域に切り替わったときに、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードで駆動する上記排気バルブの閉弁時期を上記第１運転領域における閉弁時期よりも遅角させることを特徴とするエンジンの制御装置。
気筒毎に複数の排気バルブを備えたエンジンの制御装置であって、
上記複数の排気バルブのそれぞれの開閉時期及び／又はリフト量を変化させる排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、上記排気バルブの開閉時期及び／又はリフト量の変更指示を上記排気側可変バルブ機構に出力する可変バルブ機構制御手段と、
吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を制御する排気ガス導入量制御手段と、
上記気筒に設けられた吸気バルブのリフト量を変化させる吸気側可変バルブ機構と、
を有し、
上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、吸気工程において上記排気バルブを開弁させて排気ガスを排気ポートから気筒内へ再導入させる第１の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、上記エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記第１の駆動モードにおける上記排気バルブの閉弁時期よりも進角した時期に上記排気バルブを閉弁させる第２の駆動モードで上記排気バルブを駆動させ、
上記可変バルブ機構制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における低負荷側の第１運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの全てを上記第１の駆動モードで駆動させ、上記エンジンの運転状態が上記所定領域における高負荷側の第２運転領域にある場合、上記排気側可変バルブ機構により、上記複数の排気バルブの一部を上記第１の駆動モードで駆動させ、他の排気バルブを上記第２の駆動モードで駆動させ、
上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域と上記第２運転領域との間で切り替わったときに、吸気工程において気筒内へ再導入される排気ガスの量を維持し、
上記排気ガス導入量制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記第１運転領域から上記第２運転領域に切り替わったときに、上記吸気側可変バルブ機構により、吸気工程における上記吸気バルブのリフト量を上記第１運転領域におけるリフト量よりも減少させることを特徴とするエンジンの制御装置。
上記エンジンでは、上記エンジンの運転状態が上記所定領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、上記エンジンの運転状態が上記所定領域外にある場合、火花点火燃焼が行われる、請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。