JP2000073803A

JP2000073803A - 筒内噴射ガソリンエンジン

Info

Publication number: JP2000073803A
Application number: JP11091898A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuda; 隆福田; Hisashi Aoyama; 尚志青山; Toru Noda; 徹野田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】内部ＥＧＲ量の増大化を図って、ＮＯｘの低
減化を図ると共に、燃料の気化性の向上、スモークやＨ
Ｃの排出の抑制を図りつつ、ピストン冠面にバルブリセ
スを設ける必要性をなくして、未燃ＨＣの排出の抑制、
Ｓ／Ｖ比の低減、燃費向上等を図ることができる筒内噴
射ガソリンエンジンを提供することを目的とする。【解決手段】機関の高負荷時には吸気バルブと排気バ
ルブとの開期間がオーバーラップするようにするが、機
関の低負荷時には、例えば、排気バルブが吸気ＴＤＣの
前で閉じることで、吸・排気バルブが非オーバラップ状
態（マイナスオーバラップ）となるようにする。即ち、
バルブタイミング制御で、排気バルブの閉時期を進角さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は筒内噴射ガソリンエ
ンジンに関し、特に、燃焼性の向上、燃費向上及び排気
浄化性能向上等を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、筒内噴射ガソリンエンジンにおい
て、機関の低負荷時（成層燃焼時）には高負荷時（均質
燃焼時）よりも、吸気バルブの開時期を進角することに
より、吸・排気バルブのオーバラップを増大させて、内
部ＥＧＲ（排気還流）の増大を図るようにしたものが知
られている（特開平４−１８３９４５号公報参照）。

【０００３】このものでは、吸・排気バルブのオーバラ
ップが増大することにより、燃焼室内に残留する高温の
既燃ガス量が増大し、この残留既燃ガスが吸入行程時に
新気と混合するため筒内ガス温度が上昇し、着火前の混
合気温度を高く保つことが可能なため、燃料の気化が促
進され、燃焼速度が上昇して、成層燃焼時に燃焼が安定
化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来技
術のように、吸・排気バルブのオーバラップを増大させ
ても、例えば吸気管負圧が小さい場合には、内部ＥＧＲ
量はあまり増えず、ＮＯｘを十分に低減するだけのＥＧ
Ｒ効果が得られない。

【０００５】又、内部ＥＧＲ量が少ない結果、燃料の気
化性に劣り、スモークやＨＣの排出を抑制できない。と
ころで、筒内噴射ガソリンエンジンにおいては、圧縮比
を高めるべく、ピストン冠面を盛り上げ、この盛り上げ
たところにボウル部を設けるようにしている。

【０００６】このため、従来技術のように、吸気バルブ
の開時期を進角する構成では、ピストン上死点付近での
吸気バルブのリフト量が大きくなるため、吸気バルブと
ピストン冠面の盛り上がった部位との干渉のおそれが生
じ、これを防止するため、ピストン冠面にバルブリセス
を設ける必要性がある。

【０００７】このようにバルブリセスを設けると、燃料
のボウル部からのこぼれが生じ易くなり、このこぼれに
起因する未燃ＨＣの排出が増加し、ピストン冠面の表面
積増大に伴って、表面積／体積比（Ｓ／Ｖ比）が増大
し、燃焼室からの放出される熱量の増大を招き、燃焼効
率の低下による燃費低下のおそれもある。

【０００８】ところで、ある一定のバルブタイミングに
おいては、成層燃焼運転時にある一定の回転速度で考え
た場合、低負荷運転時においては、発生すべきトルクが
少ないため、高負荷に比して燃焼に必要な吸入空気量は
少なくて良く、又、燃焼室内での発熱量が少ないことか
ら、筒内温度が比較的低い状態にあり、燃料の気化が不
十分となり、燃焼が不完全となる場合が考えられる。

【０００９】又、筒内温度を上昇させるために、吸入空
気量をスロットル弁の絞り等で制限することが考えられ
るが、この場合にはポンプロスが増大するため、燃費悪
化を引き起こすことが考えられる。

【００１０】更に、吸入バルブと排気バルブの非オーバ
ラップ状態（マイナスＯ／Ｌ）における非オーバラップ
量を大きくするためには、バルブ作動角を小さくする必
要があり、この場合、一般的にはバルブサージ（バルブ
動作がカムに追従できなくなる）を避けるために、バル
ブリフト量も同時に減少させるが、この場合にも、ポン
プロスが生じ、燃費悪化の原因となることが考えられ
る。

【００１１】一方、上記の低負荷運転時に対して、高負
荷運転時では、逆に必要吸入空気量が多く必要であり、
スロットル弁は略全開状態で運転する。この場合、吸入
空気量が不足する場合があり、スモーク等の発生の虞が
ある。

【００１２】次に、成層燃焼運転時に、機関発生トルク
を一定として、回転速度を変化させた場合には、低回転
時においては筒内に生成されるガス流動（主にスワール
［タンブルの場合もある］）が高回転に比して弱いこ
と、爆発間隔が長くなることで、燃焼室内温度が低いこ
と等の原因で、燃料の気化が不十分となり、ひいては、
燃焼悪化を引き起し易くなる。

【００１３】逆に高回転では、筒内ガス流動が強くなる
ため、燃料噴霧の気化が良好になり過ぎて、燃料噴霧が
分散し易く、点火プラグ周りの成層化が困難になり、燃
焼が不安定になり易い。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、内部ＥＧＲ量の増大化を図って、ＮＯｘの低減化
を図ると共に、燃料の気化性の向上、スモークやＨＣの
排出の抑制を図りつつ、ピストン冠面にバルブリセスを
設ける必要性をなくして、未燃ＨＣの排出の抑制、Ｓ／
Ｖ比の低減、燃費向上等を図ることができると共に、成
層燃焼運転時において、機関負荷や回転速度等の機関運
転状態に応じて吸・排気バルブの非オーバラップ量（マ
イナスＯ／Ｌ量）を制御することにより、燃焼性の向
上、燃費向上、スモーク等の発生の解消等を図ることが
できる筒内噴射ガソリンエンジンを提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて
なる筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、吸気バルブ及
び排気バルブを駆動する動弁装置にバルブの開閉時期を
可変に制御する可変動弁機構が備える一方、機関の負荷
を検出する機関負荷検出手段と、前記機関負荷検出手段
から出力される検出信号に基づいて、機関の低負荷時に
排気バルブの閉時期を進角して、吸・排気バルブを非オ
ーバラップ状態とすると共に、機関の高負荷時に通常の
排気バルブ閉時期とするバルブ開閉時期制御手段と、を
含んで構成されたことを特徴とする。

【００１６】請求項２に係る発明は、前記バルブ開閉時
期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力さ
れる検出信号に基づいて、機関の低負荷時に排気バルブ
の閉時期を進角し、かつ、吸気バルブの開時期を遅角し
て、吸・排気バルブを非オーバラップ状態とすると共
に、機関の高負荷時に通常の排気バルブ閉時期及び吸気
バルブ開時期とするバルブ開閉時期制御手段を含んで構
成されたことを特徴とする。

【００１７】請求項３に係る発明は、前記バルブ開閉時
期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力さ
れる検出信号に基づいて、機関の低負荷時に排気バルブ
の閉時期を進角して、吸・排気バルブを非オーバラップ
状態とすると共に、排気バルブの開時期を遅角し、か
つ、機関の高負荷時に通常の排気バルブ閉時期及び開時
期とするバルブ開閉時期制御手段を含んで構成されたこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項４に係る発明は、前記バルブ開閉時
期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力さ
れる検出信号に基づいて、機関の低負荷時に排気バルブ
の閉時期を進角し、吸気バルブの開時期を遅角して、吸
・排気バルブを非オーバラップ状態とすると共に、排気
バルブの開時期を遅角し、吸気バルブの閉時期を進角
し、かつ、機関の高負荷時に通常の排気バルブの閉時
期、吸気バルブの開時期、排気バルブの開時期及び吸気
バルブの閉時期とするバルブ開閉時期制御手段を含んで
構成されたことを特徴とする。

【００１９】請求項５に係る発明は、排気バルブの閉時
期からピストン上死点までの間と、ピストン上死点から
吸気バルブの開時期までの間を略同等としたことを特徴
とする。

【００２０】請求項６に係る発明は、前記吸気バルブの
開時期を、筒内圧力と吸気管負圧とが略同等となる時期
とすることを特徴とする。

【００２１】請求項７に係る発明は、機関の運転状態を
検出する機関運転状態検出手段を含んで構成され、前記
機関運転状態検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関運転状態に応じて前記排気バルブの閉時期を可
変制御することを特徴とする。

【００２２】請求項８に係る発明は、機関の運転状態を
検出する機関運転状態検出手段を含んで構成され、前記
機関運転状態検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関運転状態に応じて、前記吸気バルブの開閉時期
及び排気バルブの開閉時期を可変制御して吸・排気バル
ブの非オーバラップ量を制御することを特徴とする。

【００２３】請求項９に係る発明は、前記機関運転状態
検出手段から出力される検出信号に基づいて、機関の成
層燃焼運転時において、機関負荷が低いほど吸・排気バ
ルブの非オーバラップ量を増加させることを特徴とす
る。

【００２４】請求項１０に係る発明は、前記機関運転状
態検出手段から出力される検出信号に基づいて、機関の
成層燃焼運転時において、機関回転速度が低いほど吸・
排気バルブの非オーバラップ量を増加させることを特徴
とする。

【００２５】請求項１１に係る発明は、前記非オーバラ
ップ量は、前記機関運転状態検出手段から出力される検
出信号に基づいて、機関の燃焼が不安定であると判定さ
れたときには、予め設定された値よりも減少させること
を特徴とする。

【００２６】請求項１２に係る発明は、前記可変動弁機
構は、バルブの開閉時期と共にバルブリフトを可変に制
御する構成であって、前記吸・排気バルブの非オーバラ
ップ量の増加と共に、吸気バルブと排気バルブのうち少
なくとも吸気バルブのバルブリフト量を機関運転状態に
基づいて可変制御することを特徴とする。

【００２７】請求項１３に係る発明は、前記バルブリフ
ト量は、バルブ作動角を減少する割合に対して小さい割
合で減少させることを特徴とする。

【００２８】請求項１４に係る発明は、前記動弁装置
は、クランク軸とカム軸との位相を変化させる機構を有
することを特徴とする。

【００２９】請求項１５に係る発明は、前記動弁装置
は、クランク軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期
的に変化させる機構を有することを特徴とする。

【００３０】請求項１６に係る発明は、前記動弁装置
は、複数のカムを切換える機構を有することを特徴とす
る。請求項１７に係る発明は、前記動弁装置は、油圧力
によってバルブを駆動する装置であることを特徴とす
る。

【００３１】請求項１８に係る発明は、前記動弁装置
は、電磁力によってバルブを駆動する装置であることを
特徴とする。

【００３２】請求項１９に係る発明は、ピストン冠面に
凹凸部が形成されていることを特徴とする。請求項２０
に係る発明は、前記ピストン冠面が盛り上げられ、この
盛り上げられた部位にボウル部が設けられたことを特徴
とする。

【００３３】かかる発明の作用について説明する。請求
項１に係る発明において、機関の低負荷時（成層燃焼
時）に、排気バルブの閉時期を進角することにより、排
気バルブの閉時期時点で燃焼室内に閉じ込められた既燃
焼ガスが内部ＥＧＲとなり、ＮＯｘが低減する。この内
部ＥＧＲは、比較的高温であるため、燃料の気化が促進
され、ピストン冠面への燃料付着が抑制され、ピストン
冠面に付着した燃料が拡散燃焼することによるスモーク
の発生やＨＣの排出の抑制を行うことができる。

【００３４】特に、請求項１９及び２０に係る発明にお
いて、ピストン冠面に凹凸部が形成されている筒内噴射
ガソリンエンジン、例えば、圧縮比を高めるべく、ピス
トン冠面を盛り上げ、この盛り上げたところにボウル部
を設けるようにした筒内噴射ガソリンエンジンにおいて
は、吸気バルブの開時期を進角する構成とすると、バル
ブとピストン冠面の盛り上がった部位との干渉のおそれ
が生じ、これを防止するため、ピストン冠面にバルブリ
セスを設ける必要性があるが、排気バルブの閉時期を進
角する構成では、上記の干渉のおそれがないため、バル
ブリセスを設ける必要がなくなる。

【００３５】この結果、燃料のボウル部からのこぼれに
起因する未燃ＨＣの排出、表面積／体積比（Ｓ／Ｖ比）
の増大、燃焼効率の低下による燃費低下のおそれがなく
なる。

【００３６】請求項２に係る発明において、排気バルブ
の閉時期〜ピストン上死点の間の圧縮に要した仕事の一
部を、ピストン上死点〜吸気バルブの開時期の間で回収
できるため、燃費的に有利である。

【００３７】請求項３に係る発明において、ピストン上
死点〜排気バルブの開時期の間の有効膨張比が大きくな
り、筒内圧を有効に仕事として取り出せ、燃費の向上を
図ることができる。又、機関の高負荷時には、通常の排
気バルブの開時期とすることにより、排気の押し出し損
失が低減される。

【００３８】請求項４に係る発明において、請求項２に
係る発明の排気バルブの閉時期〜ピストン上死点の圧縮
仕事を回収する効果と、請求項３に係る発明の有効膨張
比を大きくする効果に加え、吸気バルブの閉時期〜ピス
トン上死点の有効圧縮比を拡大できるという効果を得ら
れ、良好な燃焼を得ることができる。

【００３９】請求項５に係る発明において、排気バルブ
の閉時期〜ピストン上死点間の圧縮に要した仕事をピス
トン上死点〜吸気バルブの閉時期間に略完全に回収でき
るため、ポンプロスの低減を図れ、燃費の向上を図るこ
とができる。

【００４０】請求項６に係る発明において、吸気バルブ
の開時期は吸気管負圧が大きいほど遅角することにな
り、更にポンプロスの低減を図れ、燃費の向上をより図
ることができる。

【００４１】請求項７に係る発明において、さまざまな
機関運転状態に対応して、最適なＥＧＲ量を設定でき、
ＮＯｘの低減効果を十分に発揮させることができ、か
つ、過大なＥＧＲ量による燃焼不安定化等を防止でき
る。

【００４２】請求項８〜１０に係る発明において、成層
燃焼運転時に非オーバラップ量を可変としたことによ
り、運転領域に応じた最適なバルブタイミングによっ
て、最適な内部ＥＧＲ率を得ることができ、もって、内
部ＥＧＲを行うことによる筒内温度の上昇、噴霧の気化
促進による燃費向上、ＨＣ、スモーク、ＮＯｘの低減効
果がより高められる。

【００４３】請求項１１に係る発明において、例えば機
関内部の汚れ等により失火等の機関の燃焼が不安定であ
る状態が発生した場合には、それに対応して内部ＥＧＲ
率を減ずることにより、常に良好な燃費、排気性能が得
られる。

【００４４】請求項１２及び１３に係る発明において、
吸・排気バルブの非オーバラップ量の増加と共に、吸気
バルブと排気バルブのうち少なくとも吸気バルブのバル
ブリフト量を機関運転状態に基づいて可変制御するよう
にしたから、例えば成層燃焼運転時の低回転、低負荷領
域の筒内ガス流動強化が図れ、燃料噴霧の気化が促進さ
れて、成層燃焼を良好にし、逆に、例えば、中回転、中
負荷領域（成層燃焼運転時における高回転時時）には、
過剰な流動が抑制されて、燃料噴霧の過分散が抑制され
ると共に、吸入空気量が確保され、広範囲の成層燃焼運
転が可能になる。

【００４５】請求項１４に係る発明において、クランク
軸とカム軸との位相を変化させることで、作動角一定の
ままバルブタイミングがシフトすることになり、排気バ
ルブの閉時期及び／又は吸気バルブの開時期の進角，遅
角制御が行える。

【００４６】請求項１５に係る発明において、クランク
軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期的に変化させ
ることで、バルブタイミングと作動角とを同時に変更可
能であり、例えば吸気バルブの閉時期を固定として開時
期のみを変化させることが可能となる。

【００４７】請求項１６に係る発明において、バルブの
リフト特性の異なる複数のカムを使い分けることで、バ
ルブタイミングと作動角とが同時に変更される。請求項
１７に係る発明において、カム駆動ではなく、油圧力に
よってバルブが開閉駆動され、油圧力の発生タイミング
の制御によってバルブタイミングが変更される。

【００４８】請求項１８に係る発明において、カム駆動
ではなく、電磁力によってバルブが開閉駆動され、電磁
力の発生タイミングの制御によってバルブタイミングが
変更される。

【００４９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によると、内部ＥＧ
Ｒ量の増大化を図れ、ＮＯｘの低減化を図ることができ
ると共に、燃料の気化性の向上、スモークやＨＣの排出
の抑制を図ることができる。

【００５０】請求項２に係る発明によれば、燃費の向上
を図ることができる。請求項３に係る発明において、燃
費の向上を図ることができると共に、排気の押し出し損
失を低減できる。

【００５１】請求項４に係る発明によれば、燃費向上を
図ることができると共に、良好な燃焼を得ることができ
る。請求項５に係る発明によれば、ポンプロスの低減を
図れ、燃費の向上を図ることができる。

【００５２】請求項６に係る発明によれば、更にポンプ
ロスの低減を図れ、燃費の向上をより図ることができ
る。請求項７に係る発明によれば、最適なＥＧＲ量を設
定でき、ＮＯｘの低減効果をより高めることができると
共に、燃焼不安定化等を防止できる。

【００５３】請求項８〜１０に係る発明によれば、最適
な内部ＥＧＲ率を得ることができ、もって、内部ＥＧＲ
を行うことによる筒内温度の上昇、噴霧の気化促進によ
る燃費向上、ＨＣ、スモーク、ＮＯｘの低減効果をより
高めることができる。

【００５４】請求項１１に係る発明によれば、例えば機
関内部の汚れ等により失火等の機関の燃焼が不安定であ
る状態が発生した場合においても、常に良好な燃費、排
気性能を得ることができる。

【００５５】請求項１２及び１３に係る発明によれば、
広範囲の成層燃焼運転を可能にすることができる。請求
項１４に係る発明によれば、排気バルブの閉時期及び／
又は吸気バルブの開時期の進角，遅角制御が容易に行え
る。

【００５６】請求項１５に係る発明によれば、例えばバ
ルブの閉時期を固定として開時期のみを変化させること
が可能となる。請求項１６に係る発明によれば、バルブ
のリフト特性の異なる複数のカムを使い分けることで、
バルブタイミングと作動角とが同時に変更される。

【００５７】請求項１７に係る発明によれば、カム駆動
ではなく、油圧力によってバルブが開閉駆動され、油圧
力の発生タイミングの制御によってバルブタイミングを
容易に変更できる。

【００５８】請求項１８に係る発明によれば、カム駆動
ではなく、電磁力によってバルブが開閉駆動され、電磁
力の発生タイミングの制御によってバルブタイミングを
容易に変更できる。

【００５９】請求項１９及び２０に係る発明によれば、
ピストン冠面に凹凸部が形成されている筒内噴射ガソリ
ンエンジン、例えば、圧縮比を高めるべく、ピストン冠
面を盛り上げ、この盛り上げたところにボウル部を設け
るようにした筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、ピス
トン冠面にバルブリセスを設ける必要性をなくして、未
燃ＨＣの排出の抑制、Ｓ／Ｖ比の低減、燃費向上等を図
ることができる。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は、本発明の筒内噴射ガソリンエ
ンジンの一実施形態のシステム構成図である。

【００６１】この図１において、アクセル開度センサ１
は、運転者によって操作されるアクセルペダルの開度を
検出する。クランク角センサ２は、単位クランク角毎の
ポジション信号及び気筒間の行程位相差毎のリファレン
ス信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの
発生数を計測することにより、或いは、前記リファレン
ス信号の発生周期を計測することにより、エンジン回転
速度Ｎ（rpm)が検出される。

【００６２】エアフローメータ３は、エンジン４の吸入
空気流量Ｑａを検出する。水温センサ５は、エンジン４
の冷却水温度Ｔｗを検出する。尚、本実施形態では、前
記冷却水温度Ｔｗをエンジン４の温度を代表するパラメ
ータとして用いる。

【００６３】エンジン４には、各気筒毎に、燃料を直接
シリンダ内に噴射する燃料噴射弁６、及び、燃焼室に装
着されて点火を行う点火栓７が設けられる。前記燃料噴
射弁６は、シリンダの略中央に向けて斜め下方に燃料を
噴射するように取り付けられている。

【００６４】一方、エンジン４の吸気通路８にはスロッ
トル弁９が介装され、該スロットル弁９は、ＤＣモータ
等のスロットルアクチュエータ１０によって開閉駆動さ
れるようになっている。

【００６５】前記各種センサ類からの検出信号は、ＣＰ
Ｕ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェース等を含ん
で構成されるコントロールユニット１１へ入力され、該
コントロールユニット１１は、前記センサ類からの信号
に基づいて検出される運転状態に応じて、スロットル弁
９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６による燃料噴射量
及び噴射タイミングを制御し、前記点火栓７による点火
時期を制御する。

【００６６】また、エンジン４の吸気バルブ１２（ＩＮ
Ｔ）及び排気バルブ１３（ＥＸＨ）をそれぞれにカムで
駆動する動弁装置には、バルブの開閉時期（バルブタイ
ミング）を可変に制御する可変動弁機構１４ａ，１４ｂ
が備えられている。

【００６７】ここで、前記コントロールユニット１１に
よるバルブタイミング制御を図２のフローチャートに従
って説明する。図２のフローチャートにおいて、まず、
Ｓ１では、各種センサからの出力を読み込む。Ｓ２で
は、各種センサからの出力に基づいて、機関の低負荷時
であるか否かを判別する。

【００６８】低負荷時であるときには、Ｓ３へ進み、低
負荷時のバルブタイミング値を参照して、Ｓ５に進む。
高負荷時であるときには、Ｓ４へ進み、高負荷時のバル
ブタイミング値を参照して、Ｓ５に進む。

【００６９】Ｓ５では、Ｓ３或いはＳ４で参照したバル
ブタイミング値に基づいて、バルブタイミングの切換え
を実行する。ここで、第１の実施形態では、機関の低負
荷時に排気バルブの閉時期を進角して、吸・排気バルブ
を非オーバラップ状態とし、かつ、機関の高負荷時に通
常の排気バルブ閉時期とする制御を実行する。

【００７０】即ち、機関の高負荷時には、図３及び図４
に示すように、排気バルブ１３が吸気ＴＤＣの後で閉
じ、かつ、吸気バルブ１２が吸気ＴＤＣの前で開くこと
で、排気バルブ１３の開期間（ＥＸＨ）と吸気バルブ１
２の開期間（ＩＮＴ）が、吸気ＴＤＣ前後でオーバーラ
ップする通常のバルブタイミングになるように、前記可
変動弁機構１４ａ，１４ｂを制御する。尚、以下、吸気
バルブ１２の開時期をＩＶＯ、閉時期をＩＶＣと記し、
排気バルブ１３の開時期をＥＶＯ、閉時期をＥＶＣと記
す。

【００７１】また、機関の低負荷時には、図５及び図６
に示すように、排気バルブ１３が吸気ＴＤＣの前で閉じ
ることで、吸・排気バルブが非オーバラップ状態となる
ようにする。

【００７２】即ち、図２のフローチャートのＳ３及びＳ
５のバルブタイミング制御は、排気バルブ１３の閉時期
を進角させるものであり（この場合、ＥＶＯも進角す
る）、係る切り換えを可能にする可変動弁機構１４ａ，
１４ｂとしては、クランク軸に対するカム軸の位相を切
り換える公知の機構を用いることができる。

【００７３】尚、可変動弁機構１４ａ，１４ｂとして
は、クランク軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期
的に変化させてバルブタイミングと作動角とを可変に制
御できる機構のものを用いても良く、この場合、ＥＶＯ
を通常の状態に維持したままＥＶＣを進角することも可
能である。

【００７４】このように、上記第１の実施形態では、高
負荷時には吸気バルブ１２と排気バルブ１３との開期間
がオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）するようにするが、低負荷
時には、前記オーバーラップを発生させずに、吸気バル
ブ１２と排気バルブ１３が非オーバラップ状態（マイナ
スＯ／Ｌ）となるようにする。

【００７５】尚、図７は、上記の低負荷時における圧力
線図、図８は、吸気バルブと排気バルブの開時期をオー
バーラップさせる高負荷時の圧力線図である。以上のよ
うに、機関の低負荷時（成層燃焼時）に、ＥＶＣを進角
することにより、ＥＶＣ時点で燃焼室内に閉じ込められ
た既燃焼ガスが内部ＥＧＲとなり、ＮＯｘが低減する。
この内部ＥＧＲは、比較的高温であるため、燃料の気化
が促進され、ピストン冠面への燃料付着が抑制され、ピ
ストン冠面に付着した燃料が拡散燃焼することによるス
モークの発生やＨＣの排出の抑制を行うことができる。

【００７６】また、ピストン冠面に凹凸部を有する筒内
噴射ガソリンエンジン、例えば、圧縮比を高めるべく、
ピストン冠面を盛り上げ、この盛り上げたところにボウ
ル部を設けるようにした筒内噴射ガソリンエンジンにお
いては、従来技術のように、吸気バルブの開時期を進角
する構成とすると、バルブとピストン冠面の盛り上がっ
た部位との干渉のおそれが生じ、これを防止するため、
ピストン冠面にバルブリセスを設ける必要性があるが、
上記の実施形態のように、ＥＶＣを進角する構成では、
上記の干渉のおそれがないため、バルブリセスを設ける
必要がなくなる。

【００７７】この結果、燃料のピストン冠面のボウル部
からのこぼれに起因する未燃ＨＣの排出、表面積／体積
比（Ｓ／Ｖ比）の増大、燃焼効率の低下による燃費低下
のおそれがなくなる。

【００７８】次に、第２の実施形態におけるバルブタイ
ミング制御について説明する。即ち、この実施形態で
は、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角し、か
つ、吸気バルブの開時期を遅角して、吸・排気バルブを
非オーバラップ状態とし、かつ、機関の高負荷時に通常
の排気バルブ閉時期及び吸気バルブ開時期とする制御を
実行する。

【００７９】即ち、先の実施形態と同様に、機関の高負
荷時には、図３及び図４に示すように、通常のバルブタ
イミングになるように、前記可変動弁機構１４ａ，１４
ｂを制御する。

【００８０】また、機関の低負荷時には、図９及び図１
０に示すように、排気バルブ１３が吸気ＴＤＣの前で閉
じ、かつ吸気バルブ１２が吸気ＴＤＣの後で開くこと
で、吸・排気バルブ１２，１３が非オーバラップ状態と
なるようにする。

【００８１】即ち、図２のフローチャートのＳ３及びＳ
５のバルブタイミング制御は、ＥＶＣを進角させ（この
場合、ＥＶＯは進角せず）、かつ、ＩＶＯを遅角させる
ものであり、係る切り換えを可能にする可変動弁機構１
４ａ，１４ｂとしては、クランク軸の角速度に対するカ
ム軸の角速度を周期的に変化させてバルブタイミングと
作動角とを可変に制御できる機構を用いる。

【００８２】かかる実施形態によれば、上述の第１の実
施形態の作用・効果に加え、ＥＶＣ〜吸気ＴＤＣの間の
圧縮に要した仕事の一部を、吸気ＴＤＣ〜ＩＶＯの間で
回収できるため、燃費的に有利である。

【００８３】又、上記のように、ＥＶＯが進角しないた
め、有効膨張比の縮小に伴う燃費の悪化を生じることが
ない。尚、図１１は、上記の実施形態における低負荷時
における圧力線図である。

【００８４】次に、第３の実施形態におけるバルブタイ
ミング制御について説明する。即ち、この実施形態で
は、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角して、
吸・排気バルブを非オーバラップ状態とすると共に、排
気バルブの開時期を遅角し、かつ、機関の高負荷時に通
常の排気バルブ閉時期及び開時期とする制御を実行す
る。

【００８５】即ち、先の実施形態と同様に、機関の高負
荷時には、図３及び図４に示すように、通常のバルブタ
イミングになるように、前記可変動弁機構１４ａ，１４
ｂを制御する。

【００８６】また、機関の低負荷時には、図１２及び図
１３に示すように、排気バルブ１３が吸気ＴＤＣの前で
閉じることで、吸・排気バルブ１２，１３が非オーバラ
ップ状態となるようにする。

【００８７】即ち、図２のフローチャートのＳ３及びＳ
５のバルブタイミング制御は、ＥＶＣを進角させると共
に、ＥＶＯを遅角させるものであり、係る切り換えを可
能にする可変動弁機構１４ａ，１４ｂとしては、クラン
ク軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期的に変化さ
せてバルブタイミングと作動角とを可変に制御できる機
構を用いる。

【００８８】かかる実施形態によれば、上述の第１の実
施形態の作用・効果に加え、吸気ＴＤＣ〜ＥＶＯの間の
有効膨張比が大きくなり、筒内圧を有効に仕事として取
り出せ、燃費の向上を図ることができる。又、機関の高
負荷時には、通常のＥＶＯとすることにより、排気の押
し出し損失が低減される。

【００８９】次に、第４の実施形態におけるバルブタイ
ミング制御について説明する。即ち、この実施形態で
は、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角、か
つ、吸気バルブの開時期を遅角して、吸・排気バルブを
非オーバラップ状態とすると共に、排気バルブの開時期
を遅角、かつ、吸気バルブの閉時期を進角し、機関の高
負荷時に通常の排気バルブの閉時期、吸気バルブの開時
期、排気バルブの開時期及び吸気バルブの閉時期とする
制御を実行する。

【００９０】即ち、先の実施形態と同様に、機関の高負
荷時には、図３及び図４に示すように、通常のバルブタ
イミングになるように、前記可変動弁機構１４ａ，１４
ｂを制御する。

【００９１】また、機関の低負荷時には、図１４及び図
１５に示すように、排気バルブ１３が吸気ＴＤＣの前で
閉じ、かつ吸気バルブが吸気ＴＤＣの後で開くことで、
吸・排気バルブ１２，１３が非オーバラップ状態となる
ようにする。

【００９２】即ち、図２のフローチャートのＳ３及びＳ
５のバルブタイミング制御は、ＥＶＣを進角させると共
に、ＥＶＯを遅角させ、かつ、ＩＶＯを遅角させるもの
であり、係る切り換えを可能にする可変動弁機構１４
ａ，１４ｂとしては、クランク軸の角速度に対するカム
軸の角速度を周期的に変化させてバルブタイミングと作
動角とを可変に制御できる機構を用いる。

【００９３】かかる実施形態によれば、上述の第１の実
施形態の作用・効果に加え、第２の実施形態のＥＶＣ〜
吸気ＴＤＣの圧縮仕事を回収する効果と、第３の実施形
態の有効膨張比を大きくする効果に加え、ＩＶＣ〜吸気
ＴＤＣの有効圧縮比を拡大できるという効果を得られ、
良好な燃焼を得ることができる。

【００９４】ここで、上述の第２の実施形態並びに第４
の実施形態においては、排気バルブの閉時期から吸気Ｔ
ＤＣまでの間と、吸気ＴＤＣから吸気バルブの開時期ま
での間を略同等とするのが好ましい。

【００９５】例えば、第５の実施形態として、図１６及
び図１７に示すように、機関の低負荷時にＥＶＣを進角
し、かつ、ＩＶＯを遅角して、吸・排気バルブ１２，１
３を非オーバラップ状態とし、かつ、機関の高負荷時に
通常のＥＶＣ及びＩＶＯとする制御を実行するに際し
て、ＥＶＣから吸気ＴＤＣまでの間と、吸気ＴＤＣから
ＩＶＯまでの間を略同等とする。

【００９６】かかる実施形態によれば、ＥＶＣ〜吸気Ｔ
ＤＣ間の圧縮に要した仕事を吸気ＴＤＣ〜ＩＶＣ間に略
完全に回収できるため、ポンプロスの低減を図れ、燃費
の向上を図ることができる。

【００９７】又、ＩＶＯ時点でバックファイヤが発生す
るおそれを回避できる。更に、吸気バルブ１２のカムと
排気バルブ１３のカムが逆回転するタイプの動弁機構を
有するものでは、吸気バルブ１２と排気バルブ１３の可
変機構が一つで実現できる利点もある。

【００９８】尚、図１８は、上記の実施形態における低
負荷時における圧力線図である。又、上述の第２の実施
形態並びに第４の実施形態においては、吸気バルブの開
時期を、筒内圧力と吸気管負圧とが略同等となる時期と
するのが好ましい。

【００９９】例えば、第６の実施形態として、図１９及
び図２０に示すように、機関の低負荷時に排気バルブの
閉時期を進角し、かつ、吸気バルブの開時期を遅角し
て、吸・排気バルブを非オーバラップ状態とし、かつ、
機関の高負荷時に通常の排気バルブ閉時期及び吸気バル
ブ開時期とする制御を実行するに際して、吸気バルブの
開時期を、筒内圧力と吸気管負圧とが略同等となる時期
とする。

【０１００】図２１は、かかる第６の実施形態のコント
ロールユニット１１によるバルブタイミング制御を説明
するフローチャートであり、まず、Ｓ１１では、各種セ
ンサからの出力を読み込む。Ｓ１２では、各種センサか
らの出力に基づいて、機関の低負荷時であるか否かを判
別する。

【０１０１】低負荷時であるときには、Ｓ１３へ進み、
低負荷時のバルブタイミング値を参照して、Ｓ１４に進
む。このＳ１４では、ＩＶＯの遅角量を演算し、Ｓ１６
に進む。

【０１０２】高負荷時であるときには、Ｓ１５へ進み、
高負荷時のバルブタイミング値を参照して、Ｓ１６に進
む。Ｓ１６では、Ｓ１４或いはＳ１５で参照したバルブ
タイミング値に基づいて、バルブタイミングの切り換え
を実行する。

【０１０３】ここで、図２１のフローチャートのＳ１４
において、吸気管内の圧力と筒内の圧力とが一致する時
期に吸気バルブ１２が開かれるように、ＩＶＯの遅角量
を演算するが、具体的に、以下のようにして遅角量を演
算できる。

【０１０４】即ち、Ｐを筒内圧力、Ｖを燃焼室容積、θ
をクランク角、ｎをポリトロープ指数とすると、一般
に、往復式エンジンの筒内圧力Ｐと燃焼室容積Ｖとの間
には、下式の関係が成り立つ。

【０１０５】ＰＶⁿ＝const. また、クランク半径・コンロッド長等が既知であれば、
燃焼室容積Ｖは、クランク角θの関数として求められ
る。

【０１０６】Ｖ＝ｆ（θ）ここで、吸気管圧力Ｐ_intake＝吸気バルブ12の開時期Ｉ
ＶＯにおける筒内圧Ｐ _IVOとなる吸気バルブ12の開時期
θ_IVOを求めるためには、排気バルブ13の閉時期における筒内圧Ｐ_EVc＝１気圧排気バルブ13の閉時期における燃焼室容積Ｖ_EVc＝ｆ
（θ_EVc）吸気管圧力Ｐ_intake＝センサによる測定値又は運転条件
による推定値として、上記３つの値が既知であるとして、以下の式を
解けば良い。

【０１０７】Ｐ_EVc・Ｖ_EVc ⁿ＝Ｐ_intake・Ｖ_IVO ⁿ Ｖ_IVO＝ｆ（θ_IVO）ポリトロープ指数ｎについては、通常1.2 〜1.4 程度の
値となるが、ここでは、作動ガスが既燃ガスであること
から、ｎ＝1.25〜1.30程度として演算すれば良い。

【０１０８】尚、簡易的には、吸気管圧力が大気圧に近
いときほど遅角量を小さく設定する構成としても良い。
図２２は、上記の第６の実施形態における低負荷時の圧
力線図である。

【０１０９】かかる実施形態によると、ＩＶＯは吸気管
負圧が大きいほど遅角することになり、第５の実施形態
よりも、更にポンプロスの低減を図れ、燃費の向上をよ
り図ることができる。

【０１１０】更に、上述の各実施形態において、機関回
転速度、機関負荷、機関冷却水温等の機関運転状態に応
じて排気バルブの閉時期を可変制御するのが好ましい
（図２３及び図２４参照：第７の実施形態）。

【０１１１】図２５は、かかる第７の実施形態のコント
ロールユニット１１によるバルブタイミング制御を説明
するフローチャートであり、まず、Ｓ２１では、各種セ
ンサからの出力を読み込む。Ｓ２２では、各種センサか
らの出力に基づいて、機関の低負荷時であるか否かを判
別する。

【０１１２】低負荷時であるときには、Ｓ２３へ進み、
ＥＶＣを機関運転状態に応じて割り付けたテーブルを参
照して、そのときのＥＶＣを決定する。Ｓ２４では、第
６の実施形態と同様にＩＶＯの遅角量を演算し、Ｓ２５
に進む。

【０１１３】高負荷時であるときには、Ｓ２５へ進み、
高負荷時のバルブタイミング値を参照して、Ｓ２６に進
む。Ｓ２６では、Ｓ２４或いはＳ２６で参照したバルブ
タイミング値に基づいて、バルブタイミングの切換えを
実行する。

【０１１４】かかる実施形態によれば、さまざまな機関
運転状態に対応して、最適なＥＧＲ量を設定でき、ＮＯ
ｘの低減効果を十分に発揮させることができ、かつ、過
大なＥＧＲ量による燃焼不安定化等を防止できる。因み
に、ＥＧＲ量はＥＶＣ時点での燃焼室容積で決定され
る。

【０１１５】次に、本発明の第８の実施形態について説
明する。先ず、この実施形態におけるコントロールユニ
ット１１によるバルブタイミング制御を図２６のフロー
チャートに従って説明する。

【０１１６】このフローチャートにおいて、先ず、Ｓ３
１では、各種センサからの出力を読み込む。Ｓ３２で
は、Ｓ３１で読み込んだ各種センサからの出力より、コ
ントロールユニット１１内にその機能を有する運転状態
検出手段によって運転状態を検出する。

【０１１７】Ｓ３３では、運転状態に応じて予め設定さ
れた、吸気バルブ１２の開閉時期、排気バルブ１３の開
閉時期をマップを参照して検索する。Ｓ３４では、Ｓ３
２にて運転状態検出手段により検出された運転状態、特
に、検出された機関回転速度、機関トルク及びクランク
角センサ２の角速度変化及び角加速度変化から燃焼不安
定状態、例えば失火であるか否かが判定され、失火であ
ると判定されると、Ｓ３５に進み、失火ではないと判定
されると、Ｓ３７に進む。

【０１１８】Ｓ３５では、Ｓ３４にて失火であると判定
されたので、バルブタイミングを基準マップ値よりも非
オーバラップ量（マイナスＯ／Ｌ量）が小さい側に所定
値シフトする。

【０１１９】Ｓ３６では、基準バルブタイミングマップ
を、Ｓ３４、Ｓ３５での失火状態等の学習により、今後
のタイミングを書き換える。Ｓ３７では、実際のバルブ
タイミングを切り換える。

【０１２０】次に、上記の実施形態のバルブタイミング
制御の詳細について説明する。可変動弁機構としては、
クランク軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期的に
変化させて、バルブタイミングと作動角とを可変に制御
できる機構を用いる。

【０１２１】本実施形態では、図２７に示すように、高
回転、高負荷領域に関しては、均質運転され、中回転、
中負荷以下の領域は成層運転される。均質運転の場合、
バルブタイミングは、図２８及び図２９に示すタイミン
グとする。

【０１２２】即ち、図２８及び図２９に示すように、排
気バルブ１３が吸気ＴＤＣの後で閉じ、かつ、吸気バル
ブ１２が吸気ＴＤＣの前で開くことで、排気バルブ１３
の開期間と吸気バルブ１２の開期間が、吸気ＴＤＣ前後
でオーバーラップする通常のバルブタイミングになるよ
うに、可変動弁機構１４ａ，１４ｂを制御する。

【０１２３】そして、図２７に示すように、成層燃焼運
転領域を低回転、低負荷領域及び中回転、中負荷領域の
２つに分け、運転状態に応じて低回転、低負荷領域、中
回転、中負荷領域に応じたバルブタイミングとする。

【０１２４】低回転、低負荷の場合には、図３０及び図
３１に示すように、排気バルブ１３の閉弁時期を進角
し、図３２に示すような所望の内部ＥＧＲ率を確保する
ような時期に設定される。

【０１２５】又、吸気バルブ１２開弁時期については、
図３０及び図３１に示すように、即ち、先に説明した実
施形態のように、排気バルブ１３の閉弁のタイミングに
合わせて、ＴＤＣ〜排気バルブ１３閉までの期間とＴＤ
Ｃから吸気バルブ１２開までの期間を略同等、若しくは
吸気管内と筒内の圧力が略同等となるタイミングに設定
される。

【０１２６】又、排気バルブ１３の開弁時期は、膨張比
を大きく取るために、ＢＤＣ＋設定される。更に、吸気
バルブ１２の閉弁時期は有効圧縮比（実圧縮比）が大き
く取れるように、ＢＤＣ近くに設定される。

【０１２７】一方、中回転、中負荷の場合には、図３３
及び図３４に示すように非オーバラップ量（マイナスＯ
／Ｌ量）を減じて、内部ＥＧＲ量を減ずると共に、吸気
バルブ閉時期を遅角、排気バルブ開時期を進角させて、
相応の吸入空気量を得るように設定される。

【０１２８】尚、図３５は運転領域毎の要求排気バルブ
閉時期（ＥＶＣ）マップ、図３６は運転領域毎の要求排
気バルブ開時期（ＥＶＯ）マップ、図３７は運転領域毎
の要求吸気バルブ開時期（ＩＶＯ）マップ、図３８は運
転領域毎の要求吸気バルブ閉時期（ＩＶＣ）マップであ
る。

【０１２９】ここで、本実施形態での図２７の非オーバ
ラップ（マイナスＯ／Ｌ）マップは、図２６のフローチ
ャートのＳ３３（基準バルブタイミングマップ）に対応
しており、運転状態に応じて３つの領域毎に設定された
バルブタイミングとしている。

【０１３０】ところで、成層燃焼運転時においては、バ
ルブの製造時及び組み付け時のバラツキや、燃料噴射弁
やピストン、点火プラグ等の汚れ等により燃焼状態が個
々の機関により異なる場合が考えられ、この場合、図２
７に示したマップによるバルブタイミング設定では、失
火等を引き起こすことが考えられる。

【０１３１】この場合、運転者に常に良好なドライバビ
リティを提供すると共に、低エミッションを両立するた
めに、前述したように、運転状態検出手段、例えば、ク
ランク角センサ２より入力された信号を基に失火判定を
行っており、その判定手法は既に知られているように、
クランク角に基づいて、クランク角速度の変化や、クラ
ンク角加速度変化等を計算し、夫々のしきい値と比較す
ることにより失火を判定する。

【０１３２】即ち、図２６のフローチャートのＳ３４で
失火判定を行い、失火が検出されなければ、実際にマッ
プ値通りの可変幅でバルブタイミングを切り換え、失火
が検出された場合には、Ｓ３６でバルブタイミングを非
オーバラップ量が小となるように、具体的には、例えば
排気バルブ閉時期を１°ＣＡ遅角すると共に、それに応
じて吸気バルブ開時期を１°ＣＡ進角した値をマップ値
として書き換え、書き換えられたバルブタイミングに制
御される。

【０１３３】以上説明したように、第８の実施形態で
は、所望の内部ＥＧＲ率を得るための基準バルブタイミ
ングマップを有し、運転領域に応じて内部ＥＧＲ率を変
化させると共に、機関内部の汚れ等により失火等が発生
した場合には、それに対応して内部ＥＧＲ率を減ずるこ
とにより、常に良好な燃費、排気性能が得られる。

【０１３４】次に、本発明の第９の実施形態について説
明する。この実施形態においては、図１に示した動弁装
置の可変動弁機構１４ａ，１４ｂは、バルブの開閉時期
（バルブタイミング）を可変に制御すると共にそのバル
ブリフト量を可変に制御する構成とされる。

【０１３５】上述した第８の実施形態のバルブリフト及
びバルブタイミングを図３９に、本実施形態のバルブリ
フト及びバルブタイミングを図４０に示す。これらの図
の対比から明らかなように、バルブリフトが不変な上記
の第８の実施形態に対して、第９の実施形態では、吸気
バルブ１２のバルブリフトも可変に制御するようにして
いる。

【０１３６】具体的には、排気弁側は、第８の実施形態
と同様の可変動弁機構とし、吸気弁側は、カムフェイス
を切り換えて、バルブタイミングを３段に切換可能な可
変動弁機構とする。

【０１３７】ここでの吸気バルブ１２のリフト量は、バ
ルブの加速度をフルリフト時と同様に設定すると、作動
角の減少に応じてリフト量を減少させる必要がある。但
し、成層燃焼運転に限定して、該当カムフェイスを使用
する場合には、使用回転速度が限定できるため、比較的
高いリフトが設定可能となる。

【０１３８】この実施形態では、作動角減少に対応する
分だけリフト量を減少させると言う一般的な例とは、作
動角減少に対応する分だけリフト量を減少させない点で
異なる。

【０１３９】本実施形態において狙っている効果は、成
層燃焼運転時の低回転、低負荷領域の筒内ガス流動強化
であり、このとき、吸気バルブリフトを小とし、燃料噴
霧の気化を促進し、成層燃焼を良好にし、逆に、中回
転、中負荷領域（成層燃焼運転時における高回転時時）
には、吸気バルブリフトを最大限リフトさせ、過剰な流
動を抑制し、燃料噴霧の過分散を抑制すると共に、吸入
空気量を確保している。

【０１４０】このような設定により、広範囲の成層燃焼
運転が可能になる。又、吸気行程燃料噴射運転において
は、吸気バルブリフトはフルリフトに設定する。

【０１４１】このように、吸気バルブリフトを減ずるこ
とによって、ポンプロスが増加するが、前記のように作
動角に応じた吸気バルブリフト減とすると、このポンプ
ロスが大きくなり、燃費悪化を引き起こすため、この実
施形態では、ポンプロスの小さい低回転、低負荷領域に
限って低リフトとしている。

【０１４２】尚、図４１は運転領域毎の要求吸気バルブ
リフトマップ、図４２は第９の実施形態での運転領域毎
の吸気バルブリフトマップである。以上の第９の実施形
態においては、吸・排気バルブの非オーバラップ量の増
加と共に、吸気バルブ１２のバルブリフト量を機関運転
状態に基づいて可変制御するようにしているが、吸気バ
ルブ１２と排気バルブ１３の両方のバルブリフト量を機
関運転状態に基づいて可変制御するようにしても良い。

【０１４３】又、上記各実施形態では、吸気バルブ１２
及び排気バルブ１３の動弁装置としてカムによってバル
ブを開閉駆動する装置を用いる構成として、カムフェイ
スを多段に切り換えて、バルブタイミングを切り換える
構成としたが、油圧力や電磁力によってバルブを駆動す
る動弁装置であっても良く、この場合、油圧力や電磁力
の発生タイミングの制御によって、上記のいずれの実施
形態におけるバルブタイミングも実現可能であり、か
つ、バルブタイミング設定の自由度がより高く、連続的
な可変制御が可能であるため、最適なバルブタイミング
に容易に設定でき、より効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の筒内噴射ガソリンエンジンの一実施
形態のシステム構成図

【図２】第１〜第５の実施形態のバルブタイミング制
御を説明するフローチャート

【図３】第１〜第５の実施形態の高負荷時のバルブタ
イミングを示す図

【図４】第１〜第５の実施形態の高負荷時のバルブタ
イミングを示す図

【図５】第１の実施形態の低負荷時のバルブタイミン
グを示す図

【図６】第１の実施形態の低負荷時のバルブタイミン
グを示す図

【図７】同上の低負荷時における圧力線図

【図８】吸気バルブと排気バルブの開時期をオーバー
ラップさせる高負荷時の圧力線図

【図９】第２の実施形態の低負荷時のバルブタイミン
グを示す図

【図１０】第２の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１１】同上の低負荷時における圧力線図

【図１２】第３の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１３】第３の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１４】第４の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１５】第４の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１６】第５の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１７】第５の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図１８】同上の低負荷時における圧力線図

【図１９】第６の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図２０】第６の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図２１】第６の実施形態のバルブタイミング制御を
説明するフローチャート

【図２２】同上の低負荷時の圧力線図

【図２３】第７の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図２４】第７の実施形態の低負荷時のバルブタイミ
ングを示す図

【図２５】第７の実施形態のバルブタイミング制御を
説明するフローチャート

【図２６】第８の実施形態のバルブタイミング制御を
説明するフローチャート

【図２７】第８の実施形態における運転領域毎のマイ
ナスＯ／Ｌマップ

【図２８】通常（吸気行程＝均質運転）時のバルブタ
イミングを示す図

【図２９】通常（吸気行程＝均質運転）時のバルブタ
イミングを示す図

【図３０】成層低回転低負荷時の大マイナスＯ／Ｌの
バルブタイミングを示す図

【図３１】成層低回転低負荷時の大マイナスＯ／Ｌの
バルブタイミングを示す図

【図３２】内部ＥＧＲ率要求マップ

【図３３】成層高回転高負荷時（中回転中負荷）の小
マイナスＯ／Ｌのバルブタイミングを示す図

【図３４】成層高回転高負荷時（中回転中負荷）の小
マイナスＯ／Ｌのバルブタイミングを示す図

【図３５】運転領域毎の要求排気バルブ閉時期（ＥＶ
Ｃ）マップ

【図３６】運転領域毎の要求排気バルブ開時期（ＥＶ
Ｏ）マップ

【図３７】運転領域毎の要求吸気バルブ開時期（ＩＶ
Ｏ）マップ

【図３８】運転領域毎の要求排気バルブ閉時期（ＩＶ
Ｃ）マップ

【図３９】第８の実施形態におけるバルブリフト及び
バルブタイミングを示す図

【図４０】第９の実施形態におけるバルブリフト及び
バルブタイミングを示す図

【図４１】運転領域毎の要求吸気バルブのバルブリフ
トを説明する図

【図４２】第９の実施形態における運転領域毎の吸気
バルブのバルブリフトマップ

【符号の説明】

１アクセル開度センサ２クランク角センサ３エアフローメータ４エンジン５水温センサ６燃料噴射弁７点火栓８吸気通路９スロットル弁１０スロットルアクチュエータ１１コントロールユニット１２吸気バルブ１３排気バルブ１４ａ，１４ｂ可変動弁機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備
えてなる筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、吸気バルブ及び排気バルブを駆動する動弁装置にバルブ
の開閉時期を可変に制御する可変動弁機構を備える一
方、機関の負荷を検出する機関負荷検出手段と、前記機関負荷検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角して、
吸・排気バルブを非オーバラップ状態とすると共に、機
関の高負荷時に通常の排気バルブ閉時期とするバルブ開
閉時期制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする筒内噴射ガソリン
エンジン。
【請求項２】前記バルブ開閉時期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角し、か
つ、吸気バルブの開時期を遅角して、吸・排気バルブを
非オーバラップ状態とすると共に、機関の高負荷時に通
常の排気バルブ閉時期及び吸気バルブ開時期とするバル
ブ開閉時期制御手段を含んで構成されたことを特徴とす
る請求項１記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項３】前記バルブ開閉時期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角して、
吸・排気バルブを非オーバラップ状態とすると共に、排
気バルブの開時期を遅角し、かつ、機関の高負荷時に通
常の排気バルブ閉時期及び開時期とするバルブ開閉時期
制御手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１
記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項４】前記バルブ開閉時期制御手段に代えて、前記機関負荷検出手段から出力される検出信号に基づい
て、機関の低負荷時に排気バルブの閉時期を進角し、吸
気バルブの開時期を遅角して、吸・排気バルブを非オー
バラップ状態とすると共に、排気バルブの開時期を遅角
し、吸気バルブの閉時期を進角し、かつ、機関の高負荷
時に通常の排気バルブの閉時期、吸気バルブの開時期、
排気バルブの開時期及び吸気バルブの閉時期とするバル
ブ開閉時期制御手段を含んで構成されたことを特徴とす
る請求項１記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項５】排気バルブの閉時期からピストン上死点ま
での間と、ピストン上死点から吸気バルブの開時期まで
の間を略同等としたことを特徴とする請求項２又は４記
載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項６】前記吸気バルブの開時期を、筒内圧力と吸
気管負圧とが略同等となる時期とすることを特徴とする
請求項２，４及び５のうちいずれか１つに記載の筒内噴
射ガソリンエンジン。
【請求項７】機関の運転状態を検出する機関運転状態検
出手段を含んで構成され、前記機関運転状態検出手段から出力される検出信号に基
づいて、機関運転状態に応じて前記排気バルブの閉時期
を可変制御することを特徴とする請求項１〜６のうちい
ずれか１つに記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項８】機関の運転状態を検出する機関運転状態検
出手段を含んで構成され、前記機関運転状態検出手段から出力される検出信号に基
づいて、機関運転状態に応じて、前記吸気バルブの開閉
時期及び排気バルブの開閉時期を可変制御して吸・排気
バルブの非オーバラップ量を制御することを特徴とする
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の筒内噴射ガソ
リンエンジン。
【請求項９】前記機関運転状態検出手段から出力される
検出信号に基づいて、機関の成層燃焼運転時において、
機関負荷が低いほど吸・排気バルブの非オーバラップ量
を増加させることを特徴とする請求項８記載の筒内噴射
ガソリンエンジン。
【請求項１０】前記機関運転状態検出手段から出力され
る検出信号に基づいて、機関の成層燃焼運転時におい
て、機関回転速度が低いほど吸・排気バルブの非オーバ
ラップ量を増加させることを特徴とする請求項８記載の
筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１１】前記非オーバラップ量は、前記機関運転
状態検出手段から出力される検出信号に基づいて、機関
の燃焼が不安定であると判定されたときには、予め設定
された値よりも減少させることを特徴とする請求項９又
は１０記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１２】前記可変動弁機構は、バルブの開閉時期
と共にバルブリフトを可変に制御する構成であって、前記吸・排気バルブの非オーバラップ量の増加と共に、
吸気バルブと排気バルブのうち少なくとも吸気バルブの
バルブリフト量を機関運転状態に基づいて可変制御する
ことを特徴とする請求項８〜１１のうちいずれか１つに
記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１３】前記バルブリフト量は、バルブ作動角を
減少する割合に対して小さい割合で減少させることを特
徴とする請求項１２記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１４】前記動弁装置は、クランク軸とカム軸と
の位相を変化させる機構を有することを特徴とする請求
項１〜１３のうちいずれか１つに記載の筒内噴射ガソリ
ンエンジン。
【請求項１５】前記動弁装置は、クランク軸の角速度に
対するカム軸の角速度を周期的に変化させる機構を有す
ることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか１つ
に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１６】前記動弁装置は、複数のカムを切換える
機構を有することを特徴とする請求項１〜１３のうちい
ずれか１つに記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項１７】前記動弁装置は、油圧力によってバルブ
を駆動する装置であることを特徴とする請求項１〜１３
のうちいずれか１つに記載の筒内噴射ガソリンエンジ
ン。
【請求項１８】前記動弁装置は、電磁力によってバルブ
を駆動する装置であることを特徴とする請求項１〜１３
のうちいずれか１つに記載の筒内噴射ガソリンエンジ
ン。
【請求項１９】ピストン冠面に凹凸部が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１８のうちいずれか１つに
記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
【請求項２０】前記ピストン冠面が盛り上げられ、この
盛り上げられた部位にボウル部が設けられたことを特徴
とする請求項１９記載の筒内噴射ガソリンエンジン。