JP2007085241A - 火花点火式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 低負荷側の運転領域においても圧縮自己着火運転を実行可能な火花点火式エンジンを提供する。
【解決手段】 エンジンの部分負荷運転領域において筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせる。エンジンの運転状態を検出する運転状態判定手段１１０と、排気を筒内に残存させて内部ＥＧＲを行う排気残存手段４２，４３，６２と、排気との熱交換によって吸気を加熱する吸気加熱手段４４，４６，４７と、運転状態検出手段からの検出結果に基づいてこの排気残存手段４２，４３，６２および吸気加熱手段４４，４６，４７を制御することにより圧縮自己着火を行わせる燃焼制御手段１２０とを備える。この燃焼制御手段１２０は、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち低負荷側の運転領域で排気残存手段４２，４３，６２を作動させるとともに当該部分負荷運転領域の全域で吸気加熱手段４４，４６，４７を作動させるように構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は火花点火式エンジンに関し、特に、予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ：Homogeneous-Charge Compression-Ignition combustion。この明細書で「圧縮自己着火」という）を行わせる運転モードと火花点火を行わせる運転モードとを有する火花点火式エンジンに関するものである。

火花点火式のエンジンにおいて、圧縮自己着火を促進するために、吸気を加熱する吸気加熱手段を有するエンジンが知られている。例えば特許文献１に開示された技術では、排気熱を利用した熱交換器と、この熱交換器に吸気通路から分岐して吸気を導くバイパス通路と、吸気のバイパス量を制御する切換バルブとを有し、部分負荷運転領域でこの切換バルブを調整して吸気を上記熱交換器で加熱して気筒に導入することにより、筒内温度を高めて圧縮自己着火の促進を図っている。
特開平１１−６２５８９号公報

ところで、低負荷側で圧縮自己着火運転を実行するためには、相当、筒内温度を高める必要がある。また、圧縮自己着火は燃焼効率が高いため、点火プラグによって着火させる場合に比べて燃焼温度および排気温度が低いことが知られている。

このため、上記特許文献１に開示の排気との熱交換では、エンジンの低負荷領域においてはたとえ暖機が十分に行われた後であっても十分に吸気を加熱することができず失火の虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低負荷側の運転領域においても圧縮自己着火運転を実行可能な火花点火式エンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る火花点火式エンジンは、エンジンの部分負荷運転領域において筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした火花点火式エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気を筒内に残存させて内部ＥＧＲを行う排気残存手段と、排気との熱交換によって吸気を加熱する吸気加熱手段と、運転状態検出手段からの検出結果に基づいてこの排気残存手段および吸気加熱手段を制御することにより圧縮自己着火を行わせる燃焼制御手段とを備え、この燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち少なくとも低負荷側の運転領域で排気残存手段を作動させるとともに当該部分負荷運転領域のうち少なくとも上記所定の低負荷側の運転領域を越える高負荷側の運転領域で吸気加熱手段を作動させるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、燃焼制御手段によって圧縮自己着火が行われる所定の部分負荷運転領域のうち少なくとも低負荷側の運転領域で排気残存手段が作動されることにより、排気を筒内に残存させて内部ＥＧＲによって吸気（新気）が直接排気とミキシングされる。このため、ミキシングにより吸気を十分に暖めて圧縮自己着火に必要な温度にまで効率的に昇温させることができ、これにより低負荷側の運転領域における失火を可及的に抑制することができる。

しかも、燃焼制御手段は圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち少なくとも高負荷側の運転領域で排気熱を隔壁を介して吸気に移動させる吸気加熱手段を作動させるように構成されているので、負荷の増大に伴って筒内温度が上昇した気筒に吸気加熱手段によって加熱された吸気を導入して筒内温度を更に上昇させることができ、内部ＥＧＲを低減させても或いは内部ＥＧＲの実行を停止させても圧縮自己着火を行うことができる。このため、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域の高負荷側領域では、内部ＥＧＲを低減して燃焼に寄与する吸気量を多くすることで十分な出力を得ることができ、これによりこの部分負荷運転領域を高負荷側に拡大させることができ、さらなる燃費改善効果を得ることができる。

圧縮自己着火が行われる上記部分負荷運転領域における低負荷側の運転領域において、上記燃焼制御手段によって吸気加熱手段を停止させるものであってもよいが、上記燃焼制御手段は、上記所定の低負荷側の運転領域においても上記吸気加熱手段を作動させるように構成されているのが好ましい（請求項２）。

このように構成すれば、吸気加熱手段によって加熱された吸気を気筒内に導入させて、その吸気をさらに内部ＥＧＲで加熱することができ、筒内温度をより効率的に上昇させることができ、圧縮自己着火による失火を防止することができる。

一方、圧縮自己着火が行われる上記部分負荷運転領域のうち高負荷側の運転領域において、上記燃焼制御手段によって排気残存手段を制御して内部ＥＧＲの量を漸次低減させるものであってもよいが、上記燃焼制御手段は、上記部分負荷運転領域における高負荷側の運転領域においては上記排気残存手段を停止させるように構成されているのが好ましい（請求項３）。

このように構成すれば、内部ＥＧＲの実行を停止させて圧縮自己着火により確実に燃焼させることにより十分な出力を得ることができる。したがって、燃費改善のための圧縮自己着火を行う運転領域をさらに高負荷側に拡大することができる。

上記排気残存手段の具体的構成は特に限定されるものではない。例えば上記排気残存手段は、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段とを備え、上記燃焼制御手段は、上記所定の低負荷側の運転領域で吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁するとともに、排気弁の再開弁動作を行わせることにより排気を筒内に残存させて圧縮自己着火を行わせるように排気残存手段を制御するように構成することもできる（請求項４）。

このように構成すれば、エンジンの運転状態が所定の低負荷側の運転領域にあるときに、吸気弁の早閉じおよび排気弁の再開弁動作により多量の内部ＥＧＲが導入され、この内部ＥＧＲによって吸気を昇温させてこれにより圧縮自己着火が確実に行われるようになる。

この発明において、上記燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われている部分負荷運転領域における特定領域で点火による着火アシストを行うように構成されているのが好ましい（請求項５）。

このように構成すれば、圧縮自己着火が行われる運転領域、特に低負荷側の運転領域において圧縮自己着火による効果を得つつ、失火を確実に防止することができる。

また、この発明において、上記吸気加熱手段の下流側における吸気通路は所定長さにわたってその周囲に断熱材が配設されているのが好ましい（請求項６）。

このように構成すれば、吸気加熱手段によって加熱された吸気の温度低下を可及的に抑えることができ、より効率的に筒内温度を高めることができる。

また、エンジンの部分負荷運転領域において筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした火花点火式エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段と、排気との熱交換によって吸気を加熱する吸気加熱手段と、運転状態検出手段からの検出結果に基づいて排気弁駆動手段、吸気弁駆動手段および吸気加熱手段を制御することにより圧縮自己着火を行わせる燃焼制御手段とを備え、この燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち低負荷側の運転領域で、吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁しかつ排気弁の再開弁動作を行わせることにより排気を筒内に残存させて圧縮自己着火を行わせるとともに、上記吸気加熱手段を作動させるように構成され、一方、部分負荷運転領域のうち上記低負荷側の運転領域を超える高負荷側の運転領域で、吸気弁を吸気下死点以降の所定の時期に閉弁しかつ排気弁の再開弁動作を停止させるとともに、上記吸気加熱手段を作動させるように構成してもよい。

この発明によれば、エンジンの運転状態が所定の低負荷側運転領域にあるときに、吸気弁の開弁によって吸気行程の初期から吸気加熱手段によって加熱された比較的熱い吸気が筒内に導入されるとともに、吸気弁の早閉じおよび排気弁の再開弁動作によって熱い内部ＥＧＲが筒内に導入され、排気が吸気と直接かつ十分にミキシングされる。このため、筒内温度を効率的に上昇させることができ、この低負荷側の広い運転領域で失火を抑制して確実に圧縮自己着火を行わせることができる。また、部分負荷運転領域のうち高負荷側の運転領域では吸気弁の早閉じおよび排気弁の再開弁動作が停止されて吸気加熱手段によって吸気が加熱されるだけであるので、加熱された、十分な量の吸気を筒内に導入させることができて高負荷側運転領域における出力を充分に確保することができる。

ここで、エンジンの運転状態が所定の低負荷側運転領域にあるときに、排気弁を排気行程の途中で閉じるとともに吸気弁を吸気行程の途中で開く、所謂マイナスオーバーラップをさせるように構成して内部ＥＧＲを残存させるようにすることも考えられる。しかしながら、マイナスオーバーラップではそのオーバーラップ量を増大させると吸気を充分に筒内に導入させ難く、このためこの低負荷側の運転領域でも高負荷側になると吸気量不足に基づく出力不足が懸念され、一方、オーバーアップ量を減少させると排気と吸気とのミキシング量が減少して、たとえ吸気加熱手段で吸気を加熱したとしても失火を招き易い傾向にある。したがって、好ましくはこのように構成すれば、低負荷側運転領域で安定した圧縮自己着火を行うことができ、高負荷側運転領域で内部ＥＧＲを停止して吸気加熱手段だけによる吸気加熱によって充分な出力を確保しつつ、安定した圧縮自己着火運転を行うことができる。

本発明の火花点火式エンジンによると、圧縮自己着火が行われる所定の部分負荷運転領域のうち低負荷側の運転領域においても吸気を十分に暖めて圧縮自己着火による失火を可及的に抑制することができ、一方、所定の高負荷側の運転領域で内部ＥＧＲを低減して十分な出力を得ることができるという利点がある。このため、この圧縮自己着火が行われる所定の部分負荷運転領域を低負荷側および高負荷側にそれぞれ拡大させることができ、さらなる燃費改善効果を得ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の実施の一形態に係る４サイクル火花点火式エンジン１０の概略構成を示す構成図であり、図２は図１に係るエンジン本体２０の一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。

これらの図において、図示の４サイクル火花点火式エンジン１０のエンジン本体２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有している。

シリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。各気筒２４には、クランクシャフト２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。

各燃焼室２６の側部には、当該燃焼室２６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８が設けられている。また、各燃焼室２６の頂部には、点火プラグ２９が装備され、そのプラグ先端が燃焼室２６内に臨んでいる。点火プラグ２９には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路２９ａが接続されている。

エンジン本体２０は、当該気筒２４内に対して新気を供給する吸気システム３０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とを有している。

吸気システム３０は、新気を気筒２４内に供給するための吸気通路３１と、この吸気通路３１の下流側に連通するインテークマニホールド３２を備え、このインテークマニホールド３２はサージタンクから分岐してそれぞれ対応する気筒２４に接続される分岐吸気管３３を備えている。図示の実施形態において、各気筒２４には、２つ一組の吸気ポート２４ａが形成されており（図１参照）、前記分岐吸気管３３の下流端は、各気筒２４の吸気ポート２４ａに対応して二股に形成されている。

吸気システム３０の吸気通路３１には、吸気流量を調節するスロットル弁３５が設けられている。このスロットル弁３５は、図略のアクチュエータによって開閉駆動されるように構成されている。また、このスロットル弁３５の上流側の吸気通路３１には、第１三方弁３８が設けられている。この第１三方弁３８は、電磁弁として構成され、図略のアクチュエータによって個別に所望量だけ開閉できるように構成されている。

この第１三方弁３８の上流側の吸気通路３１にはバイパス通路３９が設けられ、このバイパス通路３９の下流端が第１三方弁３８に接続されている。このバイパス通路３９には、ヒータ４４が設けられ、バイパス通路３９を流通する新気を加熱可能に構成されている。したがって、上記第１三方弁３８を切り換えることにより、外気を直接インテークマニホールド３２に導入したり、この外気を所望の割合でヒータ４４で加熱してからインテークマニホールド３２に導入したりすることができるようになっている。

さらに、この吸気通路３１のバイパス通路３９の分岐部分近傍には、加熱通路４５が分岐接続されている。この加熱通路４５の途中には、冷却水熱交換器４６と、排気熱交換器４７とが接続されている。

加熱通路４５は、各熱交換器４６，４７で熱交換して昇温した新気を吸気側に還流するためのものである。加熱通路４５の下流側には気筒２４毎に分岐した分岐管４５ａが設けられ、各分岐管４５ａの下流端は各分岐吸気管３３にそれぞれ設けられた第２三方弁４８に接続されている。この第２三方弁４８も電磁弁として構成され、図略のアクチュエータによって個別に所望量だけ開閉できるように構成されている。したがって、上記第２三方弁４８を切り換えることにより、インテークマニホールド３２から新気を分岐吸気管３３に導入したり、加熱通路４５を経て吸熱された新気を分岐吸気管３３に導入したりすることができるようになっている。

冷却水熱交換器４６は、エンジン本体２０の水冷システム４９に接続されて、エンジン本体２０のウォータジャケット２０ａ（図２参照）からラジエータ（図示せず）に還流する冷却水が当該エンジン本体２０で吸収した熱を、当該熱交換器４６の隔壁を介して間接的に、加熱通路４５を流通する吸気に吸収させるためのものである。

排気熱交換器４７は、エンジン本体２０の排気管５１に接続され、既燃ガスの熱を、当該熱交換器４７の隔壁を介して間接的に、加熱通路４５を流通する吸気に吸収させるためのものである。排気熱交換器４７は加熱通路４５において冷却水熱交換器４６の下流側に配置されている。

上記した吸気通路３１、バイパス通路３９および加熱通路４５は、いずれも配管等によって構成されている。ヒータ４４および各熱交換器４６，４７の下流側に配置された、これらの配管、およびインテークマニホールド３２は、その所定の部分が例えばグラスウール等を含む断熱帯が巻き付けられることにより形成された断熱部３７によって包囲されている。したがって、この断熱部３７によって、ヒータ４４および各熱交換器４６，４７で加熱された吸気の放熱が抑制され、この吸気によって効率よく気筒２４が暖められる。

当実施形態において、上記したヒータ４４と、各熱交換器４６，４７とが吸気加熱システム７０の主要部をなしている。特に、排気熱交換器４７がエンジンから排出される排気の熱を利用して吸気を加熱するものとなっている。

各気筒２４に設けられた各吸気ポート２４ａには吸気弁４０が設けられ、図示の実施形態では吸気ポート２４ａに対応して各気筒毎に２つずつの吸気弁４０が設けられている。各吸気弁４０は、動弁機構４１によって駆動される構成になっている。この動弁機構４１は、吸気弁４０の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段を有し、当実施形態では、吸気弁駆動手段として、吸気弁４０の開弁タイミング（位相角度）を変更可能なＶＣＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃａｍｓｈａｆｔ Ｔｉｍｉｎｇ機構）４２と、吸気弁４０のリフト量（開弁量）を無段階で変更可能なＶＶＥ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｅｖｅｎｔ）４３とを備えている。

図３は、図１の実施形態に係る動弁機構４１の具体的な構成を示す斜視図である。

同図に示すように、動弁機構４１は、各気筒２４が並ぶ方向（図１参照）に沿って延びるカムシャフト４１ａを備えており、このカムシャフト４１ａに対してＶＣＴ４２とＶＶＥ４３とが組み込まれている。

ＶＣＴ４２は、カムシャフト４１ａの端部に固定されるロータ（入力部材）４２ａと、ロータ４２ａの外周に同心に配置されたケーシング（出力部材）４２ｂと、このケーシング４２ｂに固定され、前記カムシャフト４１ａの外周に相対的に回動自在に配置されたスプロケット４２ｃとを有している。スプロケット４２ｃには、クランクシャフト２１（図２参照）から駆動力を伝達するチェーン４２ｄが巻回されている。また、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとの間には、図略の作動油室が形成されており、電磁弁４２ｅの油圧制御によって、ロータ４２ａとケーシング４２ｂは、一体的な回転動作または相対的な回転動作に切換えられるようになっている。これにより、ＶＣＴ４２は、クランクシャフト２１に対するカムシャフト４１ａの位相をずらすことで吸気弁４０の開弁開始時期および閉弁時期を同時に変更することが可能な作動時期可変機構を構成している。後述するように、電磁弁４２ｅは、ＥＣＵ１００によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、ロータ４２ａとケーシング４２ｂとが連結と非連結とに切換わるようになっている。

次に、ＶＶＥ４３は、吸気弁４０に対応して各気筒毎に一対ずつの吸気カム４３ａ、４３ｂを備えている。これらの吸気カム４３ａ，４３ｂは、その間に設けられたスリーブ状の連結部４３ｃによって互いに連結され、カムシャフト４１ａに対して相対回転自在に取り付けられている。

図４は、図３のＶＶＥ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リフト量が最大のときを示している。

図３並びに図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、カムシャフト４１ａに対して相対回転自在に取り付けられた吸気カム４３ａ，４３ｂを揺動させるために、カムシャフト４１ａには、気筒２４毎に設けられた偏心カム４３ｄが固定されている。この偏心カム４３ｄは、図４（Ａ）〜（Ｄ）から明らかなように、カムシャフト４１ａに対して偏心している。偏心カム４３ｄの外周には、オフセットリンク４３ｅが回動自在に取り付けられている。オフセットリンク４３ｅの外周部には、径方向に突出する突部４３ｆが一体に設けられている。この突部４３ｆには、カムシャフト４１ａと平行な連結ピン４３ｇが貫通しており、この連結ピン４３ｇによって、オフセットリンク４３ｅの両側面には、それぞれリンクアーム４３ｈ、４３ｉの一端部が回動自在に取り付けられている。一方のリンクアーム４３ｈは、オフセットリンク４３ｅと前記吸気カム４３ｂとを連結するものであり、その他端部が、カムシャフト４１ａと平行なピン４３ｊによって吸気カム４３ｂの膨出部近傍部分に回動自在に連結されている。また、他方のリンクアーム４３ｉは、オフセットリンク４３ｅの位相を変更するコントロールシャフト４３ｋにオフセットリンク４３ｅを連結するためのものであり、このコントロールシャフト４３ｋに固定されたコントロールアーム４３ｍの端部に対し、リンクアーム４３ｉの他端部がカムシャフト４１ａと平行なピン４３ｎで回動自在に連結されている。

図３に示すように、コントロールシャフト４３ｋの途中部には、扇形のウォームホイール４３ｐが固定されており、このウォームホイール４３ｐに噛合するウォームギヤ４３ｑが、ステッピングモータ４３ｒによって回転駆動されるようになっている。後述するように、ステッピングモータ４３ｒは、ＥＣＵ１００によって駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、コントロールアーム４３ｍの位相が決定され、それによってオフセットリンク４３ｅの位相が決定されるので、タペット６１を駆動する吸気カム４３ｂの回動軌跡が当該吸気弁４０の軸方向において変化し、バルブリフト量が無段階で変更されるようになっている。

図４（Ｂ）に示すように、タペット６１は、吸気弁４０のバルブステム４０ａの端部に固定されている。他方、吸気弁４０のバルブステム４０ａは、周知のバルブガイド４０ｂにガイドされている。このバルブガイド４０ｂの外周には、スプリングシート部４０ｃが一体に形成されており、このスプリングシート部４０ｃには、当該タペット６１の内奥部に形成されたスプリングシート部６１ａとの間に縮設されるバルブスプリング４０ｄが着座している。

前記吸気カム４３ｂは、このタペット６１に接合し、バルブスプリング４０ｄの付勢力を受けている。

この状態において、ステッピングモータ４３ｒによりコントロールシャフト４３ｋおよびコントロールアーム４３ｍを回動させて、図４（Ａ）（Ｂ）に示すようにピン４３ｎをコントロールシャフト４３ｋの下方に位置付けると、吸気カム４３ｂの揺動角が大きくなり、リフトピークにおけるバルブのリフト量が最も大きな大リフト制御状態になる。また、そこからコントロールアーム４３ｍなどの回動によってピン４３ｎを上方へ移動させると、これに応じて吸気カム４３ｂの揺動角は小さくなり、図４（Ｃ）（Ｄ）に示すようにピン４３ｎをカムシャフト４１ａの上方に位置付けると、バルブのリフト量が最も小さな小リフト制御状態になる。

図４（Ａ）（Ｂ）に示す大リフト制御状態において、吸気カム４３ｂは、同図（Ｂ）に示すようにカムノーズの先端側でタペット６１を押圧し、該タペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせたリフトピークの状態（吸気カム４３ｂがタペット６１を介して吸気弁４０を大きくリフトさせた状態）と、同図（Ａ）に示すように吸気弁４０（吸気弁４０）のリフト量が０になる状態との間で揺動する。小リフト制御状態である図４（Ｃ）（Ｄ）の場合も同様にリフトピークの状態（カムノーズの基端側でタペット６１を押圧）とリフト量０の状態との間で揺動する（同図（Ｄ）および（Ｃ）参照）。

図５は、図４（Ｂ）（Ｄ）の制御状態を模式的に表わすものであり、（Ａ）は大リフト制御位置、（Ｂ）は小リフト制御位置に対応している。なお図５（Ａ）（Ｂ）では、コントロールアーム４３ｍおよびリンクアーム４３ｈ，４３ｉについては簡略に直線で表しており、また、偏心カム４３ｄの中心（オフセットリンク４３ｅの外輪の中心）の回転軌跡を符号Ｔ０として示している。

まず、図５（Ａ）を参照して吸気カム４３ｂ自体のプロファイルを説明すると、この吸気カム４３ｂの周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面（ベースサークル区間）θ１と、該θ１に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面（リフト区間）θ２とが形成されている。

図５（Ａ）に実線で示すのは吸気弁４０がリフトピーク近傍にある図４（Ｂ）の状態であり、このときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが最も上方に引き上げられ、吸気カム４３ｂは、カム面θ２のカムノーズ先端側がタペット６１に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはバルブリフト量Ｈが０の状態（図４（Ａ））であり、このときには吸気カム４３ｂの基円面θ１がタペット６１に接していて、吸気弁４０が閉じた状態になっている。

そして、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク４３ｅの一端側（図の下端側）は、図に矢印で示すようにカムシャフト４１ａの軸心Ｘ周りを公転することになるが、このオフセットリンク４３ｅの他端部の変位はそこに連結されたリンクアーム４３ｉによって規制される。すなわち、リンクアーム４３ｉは、コントロールシャフト４３ｋの下方に位置付けられたピン４３ｎを中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク４３ｅの他端側（連結ピン４３ｇ）は、偏心カム４３ｄが１回転する度に、ピン４３ｎを中心として往復円弧運動をすることになる（この連結ピン４３ｇの運動軌跡をＴ１として示す）。

前記連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ１に伴い、この同じ連結ピン４３ｇによって一端部がオフセットリンク４３ｅに連結されているリンクアーム４３ｈの他端部（ピン４３ｊ）は、図にＴ２として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン４３ｊによってリンクアーム４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン４３ｇが上方に移動するときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが上方に引き上げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズがタペット６１を押し下げ、これによりバルブスプリング４０ｄ（図４（Ｂ）参照）を圧縮しながら、吸気弁４０をリフトさせる。

一方、連結ピン４３ｇが下方に移動するときには、リンクアーム４３ｈによってピン４３ｊが下方に押し下げられて、吸気カム４３ｂのカムノーズが上昇することになるので、前記の圧縮されたバルブスプリング４０ｄの反力によってタペット６１が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、吸気弁４０が引き上げられて、吸気通路の吸気ポート２４ａが閉じられる。

つまり、大リフト制御状態では、吸気カム４３ｂがその周面の基円面θ１およびカム面θ２の略全体によってタペット６１を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応してバルブのリフト量が大きくなるものである。

また、前記の大リフト制御状態から、コントロールアーム４３ｍをコントロールシャフト４３ｋの軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させて、図４（Ｄ）や図５（Ｂ）に示すように、リンクアーム４３ｉの回動軸であるピン４３ｎを大リフト制御状態よりもカムシャフト４１ａの回転方向の手前側に位置付けると、小リフト制御状態になる。この図５（Ｂ）においても図５（Ａ）と同様に吸気弁４０がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、リフト量Ｈが０の状態を仮想線で示している。

図５（Ｂ）において、カムシャフト４１ａ（偏心カム４３ｄ）が回転すると、前記大リフト制御状態と同様にオフセットリンク４３ｅの連結ピン４３ｇはリンクアーム４３ｉによって変位が規制され、コントロールシャフト４３ｋの側方に位置するピン４３ｎを中心として、往復円弧運動Ｔ３をする（リンクアーム４３ｉは図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する）。そして、その連結ピン４３ｇの往復円弧運動Ｔ３に伴ってリンクアーム４３ｈのピン４３ｊが往復円弧運動Ｔ４をし、そのピン４３ｊによってリンクアーム４３ｈに連結されている吸気カム４３ｂが、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁４０を開閉するようになる。

つまり、小リフト制御状態では、前記大リフト制御状態と比べて吸気カム４３ｂの揺動角が小さくなり、この吸気カム４３ｂが、その周面の基円面θ１およびこれに連続するカム面θ２の一部分のみによってタペット６１を押圧するようになって、バルブのリフト量が小さくなるものである。

なお、当実施形態では、図２に示すように、４気筒のエンジンに対してＶＶＥ４３を２組設け、各ＶＶＥ４３が２気筒ずつ個別に、排気弁のリフト量の調節を行い得るようになっている。

上述したＶＣＴ４２、ＶＶＥ４３により、吸気弁４０は、その開閉タイミング並びにバルブリフト量Ｈを変更可能に構成されている。

次に、排気システム５０は、図１、図２に示すように、各気筒２４に２つ一組で形成された排気ポート２４ｂに接続された二股状の分岐排気管５１を下流排出側で集合させたエキゾーストマニホールド５２と、このエキゾーストマニホールド５２の下流側集合部に接続されて、エキゾーストマニホールド５２から既燃ガスを排出する排気通路５３とを有している。

上記各排気ポート２４ｂには排気弁６０が設けられている。この排気弁６０も、一つの気筒２４に対し、２つ一組で装備されている。各排気弁６０は、動弁機構６２によって駆動されるようになっている。この動弁機構６２は、排気弁６０を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作を可能にするように構成されるとともに、この再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段として、ロストモーション機能を有する弁動作切換機構７０を備えている。

すなわち、上記動弁機構６２は、伝動機構６４と、伝動機構６４を介しクランクシャフト２１の駆動力で駆動されるカムシャフト６２ａとを備え、一方の排気弁６０に対し、異なる位相で排気弁６０を駆動する二組の排気カム６２ｂ、６２ｃがカムシャフト６２ａに設けられるとともに、これらの排気カム６２ｂ、６２ｃと一方の排気弁６０との間に弁動作切換機構７０が設けられている。そして、この弁動作切換機構７０により、排気カム６２ｂ、６２ｃの両方の駆動を排気弁６０に伝える状態と一方の排気カム６２ｂの駆動のみを排気弁６０に伝える状態とに切換可能となっている。二組の排気カム６２ｂ、６２ｃのうちの一方は、排気行程において気筒２４内の既燃ガスを排出するために排気弁６０を開く第１排気カム６２ｂであり、他方は、後述する吸気行程で排気弁６０を再度開いて、筒内に排気を還流させて内部ＥＧＲを行う第２排気カム６２ｃである。当実施形態では、第１排気カム６２ｂは２つ一組の対をなしており、第２排気カム６２ｃはカムシャフト６２ａの軸方向において第１排気カム６２ｂ、６２ｂ間に配置されている（図７参照）。なお、他方の排気弁６０は、カムシャフト６２ａに設けられた１つの排気カムで直動式のタペットを介して駆動され、常に排気行程でのみ開かれるようになっている。

上記弁動作切換機構７０の具体的構造を、図６〜図８によって説明する。

図６は弁動作切換機構７０の分解斜視図、図７は弁動作切換機構７０の正面断面図、図９は弁動作切換機構７０の平面断面図である。

これらの図を参照して、弁動作切換機構７０は、第２排気カム６２ｃが排気弁６０のステム６０ａを押し下げる機能をＯＮ／ＯＦＦするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。

すなわち、この弁動作切換機構７０は、矩形のハウジング７１と、ハウジング７１内に昇降可能に収容され、前記排気弁６０のステム６０ａの端部に固定されるサイドタペット７２と、サイドタペット７２に対し、当該サイドタペット７２と相対変位可能に組み付けられ、センタタペット７３とを有している。そして、上記サイドタペット７２に第１排気カム６２ｂが当接し、センタタペット７３に第２排気カム６２ｃが当接している。

サイドタペット７２は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト６２ａと直交する直径方向に収容凹部７２ａを形成している。収容凹部７２ａの両側の壁部７２ｂには、前記カムシャフト６２ａと平行な挿通孔７２ｃが形成されている。各挿通孔７２ｃには、有底のスリーブ状ホルダ７５ａ、７５ｂが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。一方のスリーブ状ホルダ７５ａの外側には軸受７６が固定され、その軸受７６に保持された転動体７６ａが、ハウジング７１の内壁に形成された縦溝７１ａに転がり接触している。これにより、サイドタペット７２は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向（排気弁６０を開閉する方向）沿いに移動可能になっている。サイドタペット７２の下部には、バルブスプリング６０ｄを受けるスプリングシート７２ｄが固定されている。

他方、センタタペット７３は、平面でみて前記サイドタペット７２の収容凹部７２ａの輪郭に沿う「Ｉ」字形の構造体であり、前記収容凹部７２ａと、ハウジング７１に設けられた係止部に規定されたストロークＳにおいて、サイドタペット７２に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記排気カム６２ｃに臨んでいる。

センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａの底部に配置された一対のコイルばね７７によって、常時、排気カム６２ｃの方へ付勢されている。このコイルばね７７は、バルブスプリング６０ｄよりも付勢力が充分小さくなるよう、ばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット７２の壁部７２ｂの上面と、センタタペット７３の上面とは、図７に示すように面一になっている。センタタペット７３には、上記自由状態において前記挿通孔７２ｃと同心に連通するピン孔７３ａが穿設されている。このピン孔７３ａには、ピンユニット７８が収容されている。

ピンユニット７８は、一方のスリーブ状ホルダ７５ａの内に出没可能に設けられたロックプランジャ７８ａと、このロックプランジャ７８ａとスリーブ状ホルダ７５ａの間に介装されるコイルばね７８ｂと、ロックプランジャ７８ａのコイルばね７８ｂと反対側に同心に配置されたロックピン７８ｃと、ロックピン７８ｃを前記ロックプランジャ７８ａ側に駆動するために他方のスリーブ状ホルダ７５ｂ内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ７８ｄと、ロックピン７８ｃを支持するためにピン孔７３ａの両開口端に固定される一対のブッシュ７８ｅ、７８ｆと、ロックピン７８ｃの略中央部に一体形成されたフランジ７８ｇと軸受７６の配置されている側のブッシュ７８ｅとの間に介装されて、フランジ７８ｇを介し、ロックピン７８ｃをロック解除プランジャ７８ｄ側へ付勢するコイルばね７８ｈとを有している。自由状態において、ロックプランジャ７８ａおよびロックピン７８ｃは、それぞれ壁部７２ｂと、センタタペット７３との間に介在し、センタタペット７３をサイドタペット７２にロックした状態になる。この状態では、サイドタペット７２が第１排気カム６２ｂに駆動されたときに排気弁６０を開作動するとともに、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されたときもサイドタペット７２を介して排気弁６０を開作動することになる。

また、軸受７６が設けられた側とは反対側において、壁部７２ｂとこれに固定されたスリーブ状ホルダ７５ｂとには、作動油路ＰＨが形成されている。そして、後述するＥＣＵ１００の制御によって、この作動油路ＰＨに作動油回路７９から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ７８ｄが、図７、図８の左側に駆動されて、ロックピン７８ｃを壁部７２ｂからセンタタペット７３へ押込み、これと同時にロックプランジャ７８ａも対応する壁部７２ｂ内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット７３が第２排気カム６２ｃに駆動されると、センタタペット７３は、サイドタペット７２の収容凹部７２ａ内で昇降し、その力は、コイルばね７７に吸収されて排気弁６０には伝達されなくなる。これにより、サイドタペット７２が第１排気カム６２ｂに駆動されたときにのみ排気弁６０が開作動して、第２カム６２ｃによる排気弁６０の開作動（吸気行程での排気弁の再開弁動作）を停止させることが可能になる。作動油回路７９には、電磁弁７９ａが設けられており、この電磁弁７９ａは、制御装置としてのＥＣＵ１００によって制御されるようになっている。

なお、当実施形態では、図２に示すように、作動油回路７９及び電磁弁７９ａを２組設けることにより、２気筒ずつ個別に弁動作切換機構７０を作動させることができるようになっている。

図１を参照して、このエンジン１０には、その運転状態を検出するために、種々のセンサが設けられている。例えば、吸気通路３１には、スロットル弁３５の下流にエアフローセンサ８１が設けられるとともに、第２三方弁４８の下流側に吸気温センサ８２が設けられる。また、この吸気通路３１に設けられた第１および第２三方弁３８，４８のアクチュエータには、当該アクチュエータの駆動を検出して各三方弁３８，４８の開度を検出する開度センサ（図示せず）が設けられている。さらに、バイパス通路３９に配設されたヒータ４４には、温度センサ８３が内蔵され、ヒータ４４で加熱された吸気の温度を検出することができるようになっている。また、加熱通路４５の排気熱交換器４７の下流側には各熱交換器４６，４７によって加熱された吸気の温度を検出するための加熱吸気温センサ８４が設けられている。さらに、シリンダブロック２２には、クランクシャフト２１の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ８５が設けられるとともに、ウォータジャケット２０ａを流通する冷却水温度を検出するエンジン水温センサ８６が設けられている（図２参照）。この他、エンジン負荷を検出するためのアクセル開度センサ８７等が設けられている。

また、４サイクル火花点火式エンジン１０には、ＥＣＵ１００が設けられている。

図１に示すように、このＥＣＵ１００には、エンジン１０の運転状態を検出するために、エアフローセンサ８１、吸気温センサ８２、温度センサ８３、加熱吸気温センサ８４、クランク角センサ８５、エンジン水温センサ８６、アクセル開度センサ８７が入力要素として接続されている。一方、ＥＣＵ１００には、第１および第２三方弁３８，４８、スロットル弁３５、吸気システム３０および排気システム５０の動弁機構４１，６２、ヒータ４４、燃料噴射弁２８、点火回路２９ａ等が制御要素として接続されている。

図１を参照して、、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。

ＥＣＵ１００のメモリ１０２には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図２に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷等の運転状態を判定する運転状態判定手段１１０と、判定された運転状態に応じてエンジンの燃焼を制御する燃焼制御手段１２０と、判定された運転状態に応じてスロットル弁３５，第１および第２三方弁３８、４８を制御する弁制御手段１３０と、ヒータ４４を作動させてバイパス通路３９を流通する吸気を加熱させる制御を行うヒータ制御手段１４０とを機能的に有している。

上記燃焼制御手段１２０は、吸気システム３０の動弁機構４１に設けられたＶＣＴ４２の電磁弁４２ｅを制御するＶＣＴ制御手段１２１と、吸気システム３０に設けられたＶＶＥ４３のステッピングモータ４３ｒを制御するＶＶＥ制御手段１２２と、電磁弁７９ａ、を駆動制御することにより、排気弁６０に対して設けられた弁動作切換機構７０を切換制御する排気弁制御手段１２３と、点火プラグ２９による点火を制御する点火制御手段１２４とを含んでいる。

次に、ＥＣＵ１００に記憶されている制御特性について説明する。図９は、上記ＥＣＵ１００の燃焼制御手段１２０による運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。

同図に示すように、ＥＣＵ１００に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火運転（図中にＨＣＣＩと表記）を行う領域Ａと、火花点火運転（図中にＳＩと表記）を行う領域Ｂとが設定されている。圧縮自己着火運転の領域Ａは、エンジン回転数Ｎが比較的低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の領域となっている。また、火花点火運転の領域Ｂは、圧縮自己着火運転の領域Ａ以外の領域、つまり高回転側および高負荷側の領域である。

また、領域Ａは、さらに細分化され、吸気弁４０の早閉じ並びに排気弁６０の再開弁動作による内部ＥＧＲ、および吸気加熱によって圧縮自己着火を促進する領域Ａ０と、吸気加熱だけによって圧縮自己着火を促進する領域Ａ１とが設定されている。領域Ａ０は、領域Ａ内における所定のエンジン負荷以下の領域となっている。一方、領域Ａ１は、圧縮自己着火が行われる領域Ａのうち上記領域Ａ１を越える高負荷側の領域である。当実施形態では、領域Ａ０は、極低負荷側の領域として設定され、領域Ａ１に比べて狭く設定されている。

ＥＣＵ１００の運転状態判定手段１１０は、クランク角センサ８５やアクセル開度センサ８７等から、エンジンの運転状態を検出し、運転状態が上記領域Ａ０，Ａ１，Ｂの何れにあるかを判定する。

燃焼制御手段１２０は、上記運転状態判定手段１１０の判定に応じてエンジンの運転モードを、エンジン１０の運転モードが、圧縮自己着火による運転モード（ＨＣＣＩモード）と火花点火による運転モード（ＳＩモード）との間で切換制御を行うとともに、上記ＨＣＣＩモードによる運転中においてもエンジンの運転状態に応じて、筒内に排気を還流させることにより排気を残存させて内部ＥＧＲを行うとともに吸気をヒータ４４や各熱交換器４６，４７で加熱する吸気加熱付内部ＥＧＲモードと、この内部ＥＧＲを停止させて吸気を各熱交換器４６，４７で加熱する吸気加熱モードとの間で切換制御を行うように設定されている。

図１０は、運転状態に応じた吸気弁４０および排気弁６０の開弁動作の特性を示す図である。この運転状態に応じた開弁動作の特性を説明する。

領域Ａ０では、内部ＥＧＲモードによる制御が行われ、図１０に示すように排気弁６０の開弁動作ＥＸ１、吸気弁４０の開弁動作ＩＮａおよび排気弁６０の再開弁動作ＥＸ２が設定される。つまり、排気弁６０が排気行程で開かれ（ＥＸ１）、次いで、吸気上死点付近で排気弁６０が閉じられるとともに吸気弁４０が開かれ（ＩＮａ）、さらに吸気行程の途中で排気弁６０が再開弁動作を行い（ＥＸ２）、かつ、吸気弁４０が下死点より前で閉弁するように設定される。なお、再開弁動作における排気弁６０のリフト量は排気行程でのリフト量に比べて小さく設定されている。そして、このような設定に従って吸気弁４０および排気弁６０が開閉作動するように、ＶＣＴ制御手段１２１、ＶＶＥ制御手段１２２および排気弁制御手段１２３による制御が行われる。

したがって、この領域Ａ０では、吸気行程で吸気弁４０が早閉じされ、代わりに排気弁６０が再開弁されることにより排気ポート２４ｂに排出された既燃ガスの一部が再び気筒２４内に還流され、当該既燃ガスが筒内に残存されて内部ＥＧＲが行われる。

一方、領域Ａ１および領域Ｂでは、図１０（Ｂ）に示すように、排気弁６０は排気行程における開弁動作ＥＸ１のみを行って、吸気行程での再開弁動作ＥＸ２を停止し、吸気弁４０は、領域Ａ０での開弁特性と比べて吸気弁閉弁時期が遅角（好ましくは下死点後まで遅角）され、開弁期間および開弁リフト量が大きくなるように開弁特性（ＩＮｂ）が設定される。そして、このような設定に従って吸気弁４０および排気弁６０が開閉作動するように、ＶＣＴ制御手段１２１、ＶＶＥ制御手段１２２および排気弁制御手段１２３による制御が行われる。

したがって、この領域Ａ１では、吸気弁４０の開弁特性が通常時特性に切り換えられるとともに排気弁６０の再開弁動作が停止され、内部ＥＧＲが停止される。

次に、運転状態に応じた吸気の加熱特性の変化について説明する。

領域Ａ０では、ヒータ４４が作動されるように設定される。当実施形態ではヒータ４４の出力がエンジン負荷に伴って漸次低減するように設定され、領域Ａ０と領域Ａ１との境界で０、つまりＯＦＦとなるように、ヒータ制御手段１４０による制御が行われる。

また、この領域Ａ０では、バイパス通路３９の下流側の第１三方弁３８が、このバイパス通路３９からのみインテークマニホールド３２に新気が導入されるように設定される。したがって、インテークマニホールド３２には、ヒータ４４によって加熱された新気が導入される。さらに、この領域Ａ０では、分岐吸気管３３に配設された第２三方弁４８が、インテークマニホールド３２に導入された新気と、加熱通路４５を通過することにより冷却水熱交換器４６および排気熱交換器４７によって昇温された新気とが所定の割合で混合されるように設定される。この混合される新気の目標吸気温度および目標吸気量は、エンジンの運転状態に応じて予め定められ、ＥＣＵ１００のメモリ１０２に記憶されている。そして、筒内に導入される吸気の温度および量が上記目標吸気温度および目標吸気量となるように、エアフローセンサ８１、吸気温センサ８２、温度センサ８３、加熱吸気温センサ８４等からの出力信号に基づいてスロットル弁３５、第１および第２三方弁３８，４８の弁制御手段１３０による開度制御が行われる。

一方、領域Ａ１では、ヒータ制御手段１４０によってヒータ４４が停止されるとともに、第１三方弁３８によってバイパス通路３９を閉塞して吸気通路３１からインテークマニホールド３２に新気が導入されるように設定される。したがって、インテークマニホールド３２には、新気がそのまま導入されることになる。また、インテークマニホールド３２に導入された新気と、加熱通路４５を通過することにより冷却水熱交換器４６および排気熱交換器４７によって昇温された新気とが所定の割合で混合されるように第２三方弁４８が設定され、上記領域Ａ０における場合と同様に、エアフローセンサ８１、吸気温センサ８２、温度センサ８３、加熱吸気温センサ８４等からの出力信号に基づいてスロットル弁３５、第１および第２三方弁３８，４８の弁制御手段１３０による開度制御が行われる。

また、領域Ｂでは、第１三方弁３８によってバイパス通路３９を閉塞して吸気通路３１からインテークマニホールド３２に新気が導入されるように設定されるとともに、第２三方弁４８によって加熱通路４５を閉塞してインテークマニホールド３２のみから新気が筒内に導入されるように設定される。そして、このような設定および運転状態に従ってスロットル弁３５、第１および第２三方弁３８，４８が動作するように、弁制御手段１３０による制御が行われる。

次に、図１１を参照して、運転領域の移行に伴う弁動作の切換、および着火状態の切換について説明する。図１１は、４気筒４サイクルエンジンの各気筒の行程と、領域移行時の着火状態の変化とを示している。なお、この図において、Ｆは燃料噴射、ＣＩは自己着火、ＳＩは火花点火、ＡＳＩはアシスト用火花点火をそれぞれ示している。

この図のように、各気筒では１サイクル（エンジン２回転）の間に吸入、圧縮、膨張、排気の４行程が順次行われる。そして、４気筒４サイクルエンジンでは一般に、気筒列方向一端側から順に第１〜第４気筒（＃１〜＃４）とすると、第２気筒（＃２）、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）の順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって上記各行程が行われる。

また、当実施形態では第１、第２気筒（＃１，＃２）を第１グループ、第３、第４気筒（＃３，＃４）を第２グループとして、各グループ毎に２気筒ずつ、吸気弁４０および排気弁６０の開弁特性が制御される。

このようにした場合に、運転状態判定手段により内部ＥＧＲおよび吸気加熱による圧縮自己着火が行われる領域Ａ０（図９参照）から内部ＥＧＲを停止して吸気加熱のみによる圧縮自己着火が行われる領域Ａ１（図９参照）への移行が判定されたとき、排気弁の動作中はその特性を切換えることができないため、移行判定時点ｔ_０後に、各グループ毎に、２気筒のうちで排気弁６０の再開弁動作が遅い方の気筒の再開弁動作終了直後に、電磁弁７９ａが制御されることにより再開弁動作が停止されるように排気弁開弁特性が切換えられる。この排気弁開弁特性切換のタイミングは、図１１中に一点鎖線の楕円で囲って示すように、第１グループでは第１気筒の圧縮行程（第２気筒の膨張行程）、第２グループでは第４気筒の圧縮行程（第３気筒の膨張行程）となる。

当実施形態では領域Ａ０では、点火制御手段１２４によって火花点火による着火アシストを行うように設定されている。すなわち、点火制御手段１２４は、領域Ａ０で圧縮自己着火を促進するため、圧縮上死点前に点火（図１１中に符号ＡＳＩを付して示す）を行わせるように点火回路２９ａを制御する。このアシスト用の着火は、領域Ａ１への移行に伴う排気弁６０の再開弁動作が停止された後は停止される。そして、領域Ａ１から領域Ｂに移行された場合に点火制御手段１２４による火花点火制御が行われる。

図１２は、ＥＣＵ１００の燃焼制御手段１２０等による制御の一例をフローチャートで示している。このフローチャートを図９〜図１１も参照しつつ説明する。

ＥＣＵ１００はまずステップＳ１で、各種センサ８１〜８７等からの信号に基づいて各種パラメータを読み込む。そして、ステップＳ３およびステップＳ５で、エンジン本体２０の暖機が完了し、運転状態が領域Ａにあるか否かを判定し、その判定がＮＯの場合、つまり運転状態が高負荷側領域（領域Ｂ）にある場合やエンジン冷機時には、ステップＳ７で、全気筒とも、エンジン回転数および負荷に応じてＳＩ（火花点火運転）モードによる制御が行われ、通常時吸排気弁の開弁特性（図１０（Ｂ）参照）および点火時期で、火花点火運転を行う。このとき、ヒータ４４や各熱交換器４６，４７等の吸気加熱手段は停止された状態となっている。

ステップＳ３およびステップＳ５でともにＹＥＳのときは、ステップＳ９で、運転状態が領域Ａ０にあるか否かを判定し、その判定がＹＥＳの場合には運転状態が極低負荷運転領域（領域Ａ０）にあり筒内温度が低温であると判断して、ステップＳ１１で、ＨＣＣＩモードのうち吸気加熱付内部ＥＧＲモードによる運転を実行する。すなわち、ヒータ４４および各熱交換器４６，４７による吸気加熱を実行するとともに、全気筒とも内部ＥＧＲモードのマップから求めた吸排気弁の開弁特性とし（図１０（Ａ）参照）、つまり吸気弁はその閉時期が下死点より前で小リフトの特性、排気弁は再開弁を実行する特性とし、これにより吸気を充分に加熱して筒内温度を上昇させ圧縮自己着火運転を行う。なお、この領域Ａ０にある場合には、圧縮上死点前の所定時期に火花点火による着火アシストが行われ、圧縮自己着火の特性を生かしつつ、失火を確実に防止するようになされている。

一方、ステップＳ９の判定がＮＯの場合には、運転状態が領域Ａの中でも高負荷側の領域（領域Ａ１）にあると判断して、ステップＳ１３で、ＨＣＣＩモードのうち吸気加熱モードによる運転を実行する。すなわち、ヒータ４４による吸気加熱を停止するとともに、各熱交換器４６，４７だけで吸気を加熱し、また、全気筒とも通常時吸排気弁の開弁特性（図１０（Ｂ）参照）とし、火花点火を停止して圧縮自己着火運転を行う。

ステップＳ１１およびステップＳ１３でのヒータ４４、各熱交換器４６，４７での吸気加熱は、吸気温センサ８２による吸気温Ｔとメモリ１０２に記憶されている目標吸気温Ｔ０との差に応じてヒータ４４，第１および第２三方弁３８，４８を制御することにより行われる。

以上のような当実施形態による火花点火式エンジンによると、領域Ａ０で吸気弁４０はその閉時期が下死点より前で小リフトの特性、排気弁６０は再開弁を実行する特性とされることにより、吸気弁４０の開弁によってヒータ４４や各熱交換器４６，４７で加熱された吸気がまず筒内に導入され、続いて排気弁６０の再開弁動作によって熱い排気を筒内に還流させて、この排気が吸気と直接かつ充分にミキシングされる。このため、筒内温度を効率的に上昇させることができ、この低負荷側の広い運転領域で失火を抑制して確実に圧縮自己着火を行わせることができる。

しかも、領域Ａのうち高負荷側の運転領域Ａ１では吸気弁４０の早閉じおよび排気弁６０の再開弁動作が停止されるとともにヒータ４４による吸気加熱も停止され、各熱交換器４６，４７だけで吸気が加熱されるだけであるので、適度に加熱された、十分な量の吸気を筒内に導入させることができて領域Ａ１における出力を充分に確保することができる。すなわち、領域Ａ１では負荷の増大に伴って筒内温度が上昇した気筒２４に各熱交換器４６，４７によって適度に加熱された吸気が導入されて筒内温度を適度に上昇させることができ、内部ＥＧＲを低減させても或いは内部ＥＧＲの実行を停止させても圧縮自己着火を行うことができる。このため、領域Ａ１では内部ＥＧＲを停止させて燃焼に寄与する吸気量を多くすることで十分な出力を得ることができ、これによりＨＣＣＩモードによる運転領域を高負荷側に拡大させることができ、さらなる燃費改善効果を得ることができる。

なお、以上に説明した火花点火式エンジンは、本発明に係るエンジンの一実施形態であって、同エンジンの具体的構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、変形例を以下に説明する。

上記実施形態では、排気を筒内に残存させるために、排気弁６０の再開弁動作を行うように構成されているが、この排気を筒内に残存させるための具体的手段は特に限定されるものではない。したがって、図１３に示すように、排気行程で排気弁６０を開弁するとともに（図中ＥＸ１で示す）、吸気弁４０を開弁させ（図中ＩＮｃで示す）、吸気ポート２４ａに排気を吹き返させて吸気行程での吸気弁４０の開弁動作（図中ＩＮｂで示す）に伴って排気を筒内に還流させることにより排気を筒内に残存させるようにしてもよい。

また、領域Ａ０で排気弁６０を排気行程の途中で閉じるとともに吸気弁４０を吸気行程の途中で開く、所謂マイナスオーバーラップをさせるように構成して内部ＥＧＲを残存させるようにしてもよい。ただし、このようなマイナスオーバラップでは、そのオーバーラップ量を増大させると吸気を充分に筒内に導入させ難く、このためこの極低負荷側の領域Ａ０でも高負荷側になると吸気量不足に基づく出力不足が懸念され、一方、オーバーラップ量を減少させると排気と吸気とのミキシング量が減少して、たとえ熱交換器４６，４７等で吸気を加熱したとしても失火を招き易い傾向にある。したがって、好ましくは当実施形態のように、排気弁６０の再開弁動作による内部ＥＧＲを導入するのが好ましい。

また、上記実施形態では、領域Ａ０でヒータ４４および各熱交換器４６，４７で吸気を加熱するように構成されているが、内部ＥＧＲのみによって圧縮自己着火運転を行うものであってもよい。ただし、、筒内温度を充分に加熱させてより確実に極低負荷領域Ａ０での失火を防止する観点から、上記実施形態のようにヒータ４４および各熱交換器４６，４７で吸気を加熱するのが好ましい。この場合、ヒータ４４の出力は運転状態に応じて適宜変更するものであっても良いが、その出力が一定に設定されているものであってもよい。

さらに、上記実施形態における冷却水熱交換器４６やヒータ４４は適宜省略するものであってもよいが、より広範囲かつ緻密な吸気温設定を可能とする点でこれらの吸気加熱手段が設けられているのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る４サイクル火花点火式エンジンの概略構成を示す構成図である。 図１に係るエンジンの一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。 図１の実施形態に係る動弁機構の具体的な構成を示す斜視図である。 図３中に示すのＶＶＥ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リフト量が最大のときを示している。 図４（Ｂ）（Ｄ）の制御状態を模式的に表わすものであり、（Ａ）は大リフト制御位置、（Ｂ）は小リフト制御位置に対応している。 排気弁に対して設けられた弁動作切換機構の分解斜視図である。 上記弁動作切換機構の正面断面図である。 上記弁動作切換機構の平面断面図である。 図１の実施形態に係るエンジンにおいて運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。 排気弁吸気弁の開弁特性を示す図であって、（Ａ）は極低負荷側運転領域にある場合の特性、（Ｂ）は極低負荷側領域以外の領域にある場合の特性を示す。 ４気筒４サイクルエンジンの各気筒の行程と、運転領域の移行時の着火状態の変化とを示す説明図である。 ＥＣＵの燃焼制御手段等による制御の一例を示すフローチャートである。 排気を筒内に残存させるための吸排気弁の特性を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン
２０ エンジン本体
２４ 気筒
３７ 断熱部
３８ 第１三方弁
３９ バイパス通路
４１ 動弁機構
４２ ＶＣＴ
４３ ＶＶＥ
４５ 加熱通路
４６ 冷却水熱交換器
４７ 排気熱交換器
４８ 第２三方弁
６２ 動弁機構
７０ 弁動作切換機構
８２ 吸気温センサ
８４ 加熱吸気温センサ
１１０ 運転状態判定手段
１２０ 燃焼制御手段
１２１ ＶＣＴ制御手段
１２２ ＶＶＥ制御手段
１２３ 排気弁制御手段
１２４ 点火制御手段
１３０ 弁制御手段
１４０ ヒータ制御手段

Claims (7)

1. エンジンの部分負荷運転領域において筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした火花点火式エンジンにおいて、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気を筒内に残存させて内部ＥＧＲを行う排気残存手段と、排気との熱交換によって吸気を加熱する吸気加熱手段と、運転状態検出手段からの検出結果に基づいてこの排気残存手段および吸気加熱手段を制御することにより圧縮自己着火を行わせる燃焼制御手段とを備え、
   この燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち少なくとも低負荷側の運転領域で排気残存手段を作動させるとともに当該部分負荷運転領域のうち少なくとも上記低負荷側の運転領域を越える高負荷側の運転領域で吸気加熱手段を作動させるように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジン。
2. 上記燃焼制御手段は、上記部分負荷運転領域における低負荷側の運転領域においても上記吸気加熱手段を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式エンジン。
3. 上記燃焼制御手段は、上記部分負荷運転領域における高負荷側の運転領域においては上記排気残存手段を停止させるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の火花点火式エンジン。
4. 上記排気残存手段は、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段とを備え、
   上記燃焼制御手段は、上記所定の低負荷側の運転領域で吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁するとともに、排気弁の再開弁動作を行わせることにより排気を筒内に残存させて圧縮自己着火を行わせるように排気残存手段を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の火花点火式エンジン。
5. 上記燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われている部分負荷運転領域における特定領域で点火による着火アシストを行うように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の火花点火式エンジン。
6. 上記吸気加熱手段の下流側における吸気通路は所定長さにわたってその周囲に断熱材が配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の火花点火式エンジン。
7. エンジンの部分負荷運転領域において筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした火花点火式エンジンにおいて、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作の実行、停止を切換可能にする排気弁駆動手段と、吸気弁の開閉タイミングを可変にする吸気弁駆動手段と、排気との熱交換によって吸気を加熱する吸気加熱手段と、運転状態検出手段からの検出結果に基づいて排気弁駆動手段、吸気弁駆動手段および吸気加熱手段を制御することにより圧縮自己着火を行わせる燃焼制御手段とを備え、
   この燃焼制御手段は、圧縮自己着火が行われる部分負荷運転領域のうち低負荷側の運転領域で、吸気弁を吸気上死点付近で開弁して下死点より前で閉弁しかつ排気弁の再開弁動作を行わせることにより排気を筒内に残存させて圧縮自己着火を行わせるとともに、上記吸気加熱手段を作動させるように構成され、一方、部分負荷運転領域のうち上記低負荷側の運転領域を超える高負荷側の運転領域で、吸気弁を吸気下死点以降の所定の時期に閉弁しかつ排気弁の再開弁動作を停止させるとともに、上記吸気加熱手段を作動させるように構成されていることを特徴とする火花点火式エンジン。

Images