內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種新的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，能夠提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，并且提高高負荷側(cè)的火花點火燃燒的抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，還能夠抑制火花點火燃燒時所擔心的燃燒噪音。該內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)在內(nèi)燃機設(shè)有控制內(nèi)部EGR量的可變氣門控制機構(gòu)、控制機械壓縮比的可變機械壓縮比控制機構(gòu)，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制。
【專利說明】
內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種改變在燃燒室的混合氣體的燃燒方式的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，尤其是涉及切換壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒來改變?nèi)紵绞降膬?nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在作為燃料使用汽油的汽油式內(nèi)燃機的領(lǐng)域，通常采用通過火花塞的火花點火來強制地使混合氣體燃燒的火花點火燃燒(Spark Ignit1n Com bust1n)，但近年，代替這種火花點火燃燒，推進所謂將壓縮自點火燃燒(Compress1n Self — Ignit1nCombust1n)適用于汽油式內(nèi)燃機的研究。壓縮自點火燃燒是指，在通過活塞的壓縮所制造出來的高溫、高壓環(huán)境下，通過自點火使混合氣體燃燒。
[0003]壓縮自點火燃燒是混合氣體在燃燒室內(nèi)同時頻繁自點火的燃燒，與燃燒借助火焰?zhèn)鞑ヂ龜U大的火花點火燃燒相比，燃燒期短，可獲得更高的熱效率。另外，這種壓縮自點火燃燒與使用輕油的柴油式內(nèi)燃機的擴散燃燒不同，所以也稱為預混合壓縮點火燃燒(Homogeneous Charge Compress1n Ignit1n:HCCI)。
[0004]作為這樣并用火花點火燃燒和壓縮自點火燃燒的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，公知有例如日本特開2013 - 227941號公報(專利文獻I)記載的燃燒系統(tǒng)。專利文獻I記載的可變?nèi)紵到y(tǒng)，使用將機械壓縮比(=幾何學壓縮比)提高至18左右的內(nèi)燃機，通過導入內(nèi)部EGR(Internal Exhaust Gas Recircul at1n)，實現(xiàn)在低負荷區(qū)域燃燒效率良好的壓縮自點火燃燒，并且在壓縮自點火燃燒中變成異常燃燒的高負荷區(qū)域切換為火花點火燃燒，通過進行在壓縮行程的后期噴射高壓燃料的高壓滯后點火噴射，實現(xiàn)快速燃燒，抑制高機械壓縮比引起的火花點火燃燒中的爆震發(fā)生。
[0005]專利文獻I中，以30MPa以上這種非常高的噴射壓力，而且在壓縮行程的后期以后(例如BTDC20?0°CA)這種在大幅度滯后的時期噴射燃料。而且，在這種高壓下且在滯后的時刻進行的噴射，能夠縮短未燃混合氣體的存在期間，回避異常燃燒。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2013 — 227941號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]但是，如果在高負荷區(qū)域進行上述的高壓滯后點火噴射，燃燒速度就會變得過快，雖然能夠抑制爆震，但燃燒噪音會變得過大。而且，在專利文獻I中，作為內(nèi)部EGR的控制方法，使用排氣門的二次打開控制和流通換向氣門的開度控制雙方。但是，也有可能內(nèi)部EGR的控制精度及控制響應(yīng)性不充分，無法得到充分的燃燒穩(wěn)定性。另外，由于在高機械壓縮比的內(nèi)燃機的壓縮行程后半程進行高壓滯后點火噴射，所以需要進一步提高高壓燃料栗的機械強度，產(chǎn)生需要進行高壓燃料栗的大幅度改造，或驅(qū)動摩擦力增加這種次要的問題。
[0010]本發(fā)明的目的在于，提供一種新的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，能夠提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，而且提高高負荷側(cè)的火花點火燃燒的抗爆性及燃燒穩(wěn)定性，另外可以抑制因火花點火燃燒而擔心的燃燒噪音。
[0011]本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，具備:可變氣門控制機構(gòu)，其控制向內(nèi)燃機的燃燒室供給的內(nèi)部EGR量；可變機械壓縮比控制機構(gòu)，其控制所述燃燒室的機械壓縮比；控制單元，其將在所述內(nèi)燃機的燃燒室的混合氣體的燃燒方式切換為壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒中的任一種，并且控制所述可變氣門控制機構(gòu)及可變機械壓縮比控制機構(gòu)，所述內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)的特征在于，在進行所述壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制，優(yōu)先執(zhí)行所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，而在進行所述火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，而且提高高負荷側(cè)的火花點火燃燒的抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，另外，可以抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。
【附圖說明】
[0013]圖1是適用本發(fā)明的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)的構(gòu)成圖；
[0014]圖2是圖1所示的排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)的立體圖；
[0015]圖3是表示圖2所示的排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)的構(gòu)成的剖視圖；
[0016]圖4A是構(gòu)成排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E- VVA)的排氣輔助升程控制機構(gòu)的搖臂的頂視圖；
[0017]圖4B是圖4A所示的排氣輔助升程控制機構(gòu)的搖臂的主視圖；
[0018]圖5A是說明排氣輔助升程控制機構(gòu)的小輔助升程控制時(非升程時)的動作的說明圖；
[0019]圖5B是說明排氣輔助升程控制機構(gòu)的小輔助升程控制時(最高點升程時)的動作的說明圖；
[0020]圖6A是說明排氣輔助升程控制機構(gòu)的大輔助升程控制時(非升程時)的動作的說明圖；
[0021]圖6B是說明排氣輔助升程控制機構(gòu)的大輔助升程控制時(最高點升程時)的動作的說明圖；
[0022]圖7A是說明構(gòu)成排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)的排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)在最提前角位置的動作的說明圖；
[0023]圖7B是說明排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)在最滯后角位置的動作的說明圖；
[0024]圖8A是說明可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的最大機械壓縮比下的動作的說明圖；
[0025]圖8B是說明可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的最小機械壓縮比下的動作的說明圖；
[0026]圖9是用于說明與熱機(暖機)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的負荷對應(yīng)的燃燒方式的說明圖；
[0027]圖10是用于說明圖9所示燃燒方式的可變?nèi)紵到y(tǒng)的各控制參數(shù)根據(jù)負荷的控制特性的說明圖；
[0028]圖11是說明熱機運轉(zhuǎn)狀態(tài)及冷機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的可變氣門機構(gòu)(VVA)的進氣門和排氣門的升程特性的特性圖；
[0029]圖12是用于說明與冷機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的負荷對應(yīng)的燃燒方式的說明圖；
[0030]圖13是用于說明圖12所示的燃燒方式的可燃燃燒系統(tǒng)的各控制參數(shù)根據(jù)負荷的控制特性的說明圖；
[0031]圖14是用于說明本發(fā)明的其它實施例的可變?nèi)紵到y(tǒng)的各控制參數(shù)根據(jù)負荷的控制特性的說明圖；
[0032]圖15是說明圖14所示的可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的進氣門和排氣門的相位和升程的關(guān)系的說明圖。
[0033]附圖標記說明
[0034]I…排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL)、2…排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E —VTC)、3…進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC)、103…活塞、104…燃燒室、109…可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)、120…燃料噴射氣門、123…進氣門、124...排氣門、122…火花塞。
【具體實施方式】
[0035]以下，使用附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明，但本發(fā)明不限于以下的實施方式，在本發(fā)明的技術(shù)性概念之中，各種變形例及應(yīng)用例也包含在其范圍內(nèi)。
[0036](實施例1)
[0037]在說明本發(fā)明的具體的實施例前，簡單地說明適用本發(fā)明的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)的整體構(gòu)成、具備排氣輔助升程控制機構(gòu)、進氣側(cè)及排氣側(cè)氣門正時控制機構(gòu)的可變氣門機構(gòu)(VVA)的構(gòu)成、及可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的構(gòu)成。
[0038]圖1中，在內(nèi)燃機100的氣缸體101和氣缸蓋102之間經(jīng)由活塞103形成有燃燒室104，并且在氣缸蓋102的大致中央位置設(shè)置有火花塞105?；钊?03經(jīng)由一端部與活塞銷106連結(jié)的連桿107與曲軸108連結(jié)，該曲軸108使得冷機時的通常起動及怠速停車后的自動起動經(jīng)由齒輪機構(gòu)由啟動馬達進行。在連桿107和曲軸108之間設(shè)置有能夠使機械壓縮比ε變化的可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR) 109。
[0039]曲軸108具有多個軸頸部和曲柄銷110，軸頸部旋轉(zhuǎn)自如地支承在氣缸體101的主軸承。曲柄銷I1從軸頸部偏心規(guī)定量，在此旋轉(zhuǎn)自如地連結(jié)有下連桿111。該下連桿111可分割為左右兩個部件，曲柄銷110旋轉(zhuǎn)自如地嵌合在大致中央的連結(jié)孔。
[0040]經(jīng)由連結(jié)銷112與下連桿111的一端部連結(jié)的上連桿107 (具備連桿功能)的上端部通過活塞銷106轉(zhuǎn)動自如地連結(jié)在活塞103?；钊?03受到燃燒壓力而在氣缸體101的氣缸113內(nèi)進行往復運動。在氣缸113的上部配置有開閉自如地支承于氣缸蓋102內(nèi)的進氣門123和排氣門124。經(jīng)由連結(jié)銷114與下連桿111的另一端部連結(jié)的控制連桿115的下端部經(jīng)由控制軸116可擺動地連結(jié)于氣缸體101的下部。S卩，控制軸116支承于氣缸體101，并且具有從其旋轉(zhuǎn)中心偏心的偏心凸輪116a，在該偏心凸輪116a上可旋轉(zhuǎn)地連結(jié)有控制連桿115的下端部。
[0041]基于來自控制單元即控制裝置117的控制信號，使用了電動馬達的壓縮比控制促動器118控制控制軸116的轉(zhuǎn)動位置。因此，如果可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR) 109的控制軸116被壓縮比控制捉動器118向一方向(逆時針方向)轉(zhuǎn)動，偏心凸輪116a的中心位置就會位于圖中左下方。由此，控制連桿115的下端的擺動支承位置變化，活塞103的行程位置變化，可以使機械壓縮比變到最大控制位置，即，活塞上止點位置變到最高的控制位置。
[0042]另一方面，如果控制軸116向另一方向(順時針方向)轉(zhuǎn)動，則偏心凸輪116a的中心位置就會位于圖中垂直上方。由此，控制連桿115的下端的擺動支承位置變化，活塞103的行程位置變化，可以使機械壓縮比變到最小控制位置，S卩，活塞上止點位置變到最低的控制位置。在此，也可以將限制控制軸116的逆時針方向的最大旋轉(zhuǎn)的未圖示的止動部位置設(shè)定為最大控制位置，將限制順時針方向的最大旋轉(zhuǎn)的止動部位置設(shè)定為最小控制位置。在此，機械壓縮比ε是指活塞103的下止點(BDC)的氣缸內(nèi)容積除以活塞103的上止點(TDC)的氣缸內(nèi)容積所得的值。另外，可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR) 109例如可以是日本特開2002 - 276446號公報記載的構(gòu)成。
[0043]在氣缸體101安裝有檢測水套內(nèi)的水溫的水溫傳感器119，并且在氣缸蓋102設(shè)置有向燃燒室104內(nèi)噴射燃料的氣缸內(nèi)燃料噴射門120。另外，開閉形成于氣缸蓋102的內(nèi)部的進氣口 121及排氣口 122的進氣門123及排氣門124在每一氣缸分別滑動自如地設(shè)有兩個，并且，在進氣門123側(cè)及排氣門124側(cè)設(shè)置有可變氣門控制機構(gòu)(VVA)。在進氣門123側(cè)設(shè)置有進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC)3，在排氣門124側(cè)設(shè)置有由輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I和排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2構(gòu)成的排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)。此外，在本實施例中，作為氣門正時控制機構(gòu)采用液壓方式，但也可以是使用電動馬達的電動方式，另外，當然也可以是并用液壓方式和電動方式的并用式。
[0044]對于可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)和排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)的具體的構(gòu)成和其動作將在后面說明?？勺儥C械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)和排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E —VVA)、以及進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3通過控制裝置117動作。向控制裝置117輸入圖示的傳感器信號，另外，輸出各控制機構(gòu)的驅(qū)動信號。另外，將排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC)統(tǒng)稱為可變氣門控制機構(gòu)(VVA)。
[0045]排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)具備控制排氣門124的氣門升程及動作角(開期間)的排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL)、和控制排氣門124的開閉時期(氣門正時)的排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC)2。在此，排氣輔助升程不僅是指控制排氣行程中開閉的排氣門124的開氣門升程，而且還指在進氣行程也使排氣門124打開規(guī)定量，控制其開氣門升程。排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) I在日本特開平11 — 264319號公報等已知。
[0046]在本實施例中，設(shè)置該排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的理由是為了在進氣行程中打開排氣門124，將高溫的燃燒氣體作為內(nèi)部EGR再導入至由氣缸113和活塞103形成的燃燒室104內(nèi)。而且，通過該排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I適當控制排氣輔助升程特性，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒和燃燒效率良好的壓縮自點火燃燒。此外，本發(fā)明以適當控制內(nèi)部EGR來提高壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性為目的，因此，不限于排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1的具體結(jié)構(gòu)，可以利用各種內(nèi)部EGR控制機構(gòu)。另外，如圖1所示，本實施例中同時設(shè)置有改變機械壓縮比(=幾何學的壓縮比)的可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，通過該機械壓縮比的控制，進行火花點火燃燒的抗爆震性提高及燃燒噪音的降低。
[0047]本實施例中，通過這些可變氣門控制機構(gòu)(VVA)和可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的組合，提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，并且提高高負荷側(cè)的火花點火燃燒的抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，還抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。
[0048]接著，對于排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E — VVA)的具體的構(gòu)成和其動作簡單地進行說明。該實施方式的排氣側(cè)可變氣門機構(gòu)(E - VVA)如圖2及圖3所示，具備:第一、第二排氣門124a、124b，在氣缸蓋102上經(jīng)由未圖不的氣門導向件滑動自如地設(shè)置，開閉兩個排氣口，在每一個氣缸設(shè)置一對(兩個)；驅(qū)動軸4，配置于內(nèi)燃機前后方向，內(nèi)部為中空狀；單一的擺動機構(gòu)6，配置于各排氣門124a、124b的上端部；旋轉(zhuǎn)凸輪5，與驅(qū)動軸4的外周一體設(shè)置，是經(jīng)由擺動機構(gòu)6使第一、第二排氣門124a、124b進行開閉動作的排氣主升程凸輪；擺動凸輪7，旋轉(zhuǎn)自如地支承于驅(qū)動軸4的外周，是同樣地經(jīng)由擺動機構(gòu)6使第一、第二排氣門124a、124b進行開閉動作的排氣輔助升程凸輪；后述的驅(qū)動凸輪13，與驅(qū)動軸4的外周一體設(shè)置；傳遞機構(gòu)8，連結(jié)驅(qū)動凸輪13和擺動凸輪7之間，將驅(qū)動凸輪13的旋轉(zhuǎn)力變換為擺動運動，作為擺動力向擺動凸輪7傳遞；控制機構(gòu)9，改變傳遞機構(gòu)8的姿態(tài)，從而根據(jù)內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)狀態(tài)連續(xù)可變地控制第一、第二排氣門124a、124b的排氣輔助升程特性中的氣門升程量及動作角；液壓氣門正時可變機構(gòu)(E — VTC) 2，設(shè)置于驅(qū)動軸4的一端部(前端部)，是可變地控制第一、第二排氣門124a、124b雙方的排氣輔助升程的氣門正時(最高點升程相位)的排氣輔助升程相位可變機構(gòu)。
[0049]第一、第二排氣門124a、124b的動作角是指第一、第二排氣門124a、124b打開的期間。另外，由擺動凸輪7、傳遞機構(gòu)8及控制機構(gòu)9構(gòu)成排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) 1，這些排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1的構(gòu)成部件在每個氣缸各設(shè)置一組。
[0050]第一、第二排氣門124a、124b由氣門彈簧10a、10b向閉塞各排氣口的各開口端的方向施力，所述氣門彈簧10a、10b彈性安裝在形成于氣缸蓋102的上端部內(nèi)的大致圓筒狀的鏜孔的底部和氣門桿上端部的彈簧夾箍之間。而且，第一、第二排氣門124a、124b被設(shè)定成，在排氣行程中根據(jù)排氣主升程特性進行打開動作，在進氣行程中根據(jù)排氣輔助升程特性進行打開動作。
[0051]驅(qū)動軸4兩端部及軸方向的規(guī)定部位被在每個氣缸設(shè)置兩個的第一、第二軸承部lla、llb及端部側(cè)的軸承部Ilc旋轉(zhuǎn)自如地軸支承，第一、第二軸承部lla、llb設(shè)置于氣缸蓋I的上部，且配置于排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的構(gòu)成部件的兩側(cè)部。另外，驅(qū)動軸4在內(nèi)部沿軸方向形成有油通路，向各軸承部Ila?Ilc等供給在油通路通過流動的潤滑油。另外，在驅(qū)動軸4的外周的軸方向規(guī)定位置，固定或一體成形有每個氣缸各一個的驅(qū)動凸輪13。
[0052]旋轉(zhuǎn)力從內(nèi)燃機的曲軸經(jīng)由設(shè)置于一端部的卷繞有正時鏈(或正時帶)的排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2傳遞到該驅(qū)動軸4，使該驅(qū)動軸4向圖2的順時針方向(箭頭方向)旋轉(zhuǎn)。
[0053]驅(qū)動凸輪13以大致圓盤狀形成，外周面以偏心圓的凸輪輪廓形成，軸心X從驅(qū)動軸4的軸心Y向徑向以規(guī)定量偏離。如圖2及圖3所示，旋轉(zhuǎn)凸輪5同樣與驅(qū)動軸4的外周面一體成形，外周面5a以所謂卵形凸輪面構(gòu)成。而且，該旋轉(zhuǎn)凸輪5與驅(qū)動軸4同步旋轉(zhuǎn)，通過外周面5a的基圓部和凸輪鼻部5b經(jīng)由擺動機構(gòu)6使第一、第二排氣門124a、124b進行開閉動作。
[0054]如圖2所示，擺動機構(gòu)6由第一擺臂30、在第一擺臂30的軸方向側(cè)部鄰接配置的第二擺臂31、以及連結(jié)雙方的連結(jié)部一體地構(gòu)成。這兩個擺臂30、31 —體地動作，各基端部30a、31a側(cè)擺動自如地支承于一根搖臂軸32，而向相同方向突出的各前端部30b、31b的下表面形成有圓形的凹部，經(jīng)由嵌合在該各凹部內(nèi)的圓盤狀的墊片33a、33b分別與第一、第二排氣門124a、124b的桿端上表面抵接。
[0055]第一擺臂30與旋轉(zhuǎn)凸輪5在搖臂軸32的軸方向上配置于相同的位置，其在搖臂軸32的軸方向上的寬度范圍的大致中央設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)凸輪5的外周面5a旋轉(zhuǎn)接觸的主輥34，并且在該主輥34的寬度方向的大致中央位置配置有第一排氣門124a的氣門桿的軸心。另外，主輥34在形成于第一擺臂30的寬度方向大致中央的凹槽內(nèi)經(jīng)由輥軸34a旋轉(zhuǎn)自如地收容配置，上端部總是在旋轉(zhuǎn)凸輪5側(cè)露出。
[0056]第二擺臂31與第一擺臂30在軸方向偏離配置，來自擺動凸輪7的擺動力直接傳遞，另外，與前端部31b嵌合的墊片33b的球面狀下表面與第二排氣門124b的桿端的上表面抵接，通過擺動凸輪7的擺動力抵抗氣門彈簧1b的彈力進行按壓，從而使第二排氣門124b打開，并且，經(jīng)由與第二擺臂31 —體形成的第一擺臂30及墊片33a使第一排氣門124a也打開。
[0057]另外，該第二擺臂31在寬度方向的大致中央位置設(shè)置有與擺動凸輪7的凸輪面7c旋轉(zhuǎn)接觸的副輥35，并且，該副輥35的寬度方向的大致中央是第二排氣門124b的氣門桿的軸心位置。此外，副輥35在形成于第二擺臂31的大致中央的凹槽內(nèi)經(jīng)由輥軸35a旋轉(zhuǎn)自如地收容配置，上端部總是在擺動凸輪7側(cè)露出。
[0058]各墊片33a、33b的與各排氣門124a、124b抵接的各下表面以大致球面狀形成。由此，在各第一、第二擺臂30、31擺動的情況下，能夠按壓各排氣門124a、124b的桿端的中心附近。
[0059]如圖2、圖3、圖5等所示，擺動凸輪7大致呈雨滴狀，基端部側(cè)與插嵌于驅(qū)動軸4的外周面的短圓筒狀的凸輪軸7a —體設(shè)置，經(jīng)由凸輪軸7a以驅(qū)動軸3的軸心Y為中心擺動自如地被支承。另外，擺動凸輪7在基端部和前端側(cè)的凸輪鼻部7b之間的下表面形成有凸輪面7c。該凸輪面7c形成有基端部側(cè)的基圓面、從基圓面向凸輪鼻部7b以圓弧狀延伸的斜面、從斜面與凸輪鼻部7b的前端側(cè)具有的最大升程的頂面連結(jié)的升程面。另外，凸輪面7c與第二擺臂31的副輥35的外周面抵接，并且，根據(jù)擺動凸輪7的擺動位置改變與副輥35的抵接位置，從而使第一、第二排氣門124a、124b的氣門升程量和動作角可變。
[0060]另外，擺動凸輪7被設(shè)定成，凸輪面7c的與副輥35的抵接點向升程面?zhèn)纫苿佣沟谝?、第二排氣門124a、124b打開的擺動方向與驅(qū)動軸4的旋轉(zhuǎn)方向(箭頭方向)相同。因此，因驅(qū)動軸4和擺動凸輪7之間的摩擦系數(shù)，產(chǎn)生朝向擺動凸輪7的提升方向的拖曳轉(zhuǎn)矩。因此，擺動凸輪7的驅(qū)動效率提高。擺動凸輪7在隔著凸輪軸7a的凸輪鼻部7b的相反一側(cè)的位置一體地突出設(shè)置有連結(jié)部7d，在該連結(jié)部7d上，向兩側(cè)面方向貫通形成有連結(jié)用銷18插通的銷孔7e，連結(jié)用銷18與后述的連桿17的另一端部連結(jié)。而且，擺動凸輪7的可變最大凸輪升程量被設(shè)定成比旋轉(zhuǎn)凸輪5的固定最大凸輪升程量小。
[0061]如圖2?圖4所示，傳遞機構(gòu)8由在驅(qū)動軸4的上方沿著內(nèi)燃機寬度方向配置的搖臂15、連結(jié)搖臂15和驅(qū)動凸輪13的連桿臂16、連結(jié)搖臂15和擺動凸輪7的連結(jié)部7d的連桿17構(gòu)成機械的多節(jié)連桿機構(gòu)。如圖2、圖3、圖4A、圖4B所示，搖臂15由擺動自如地支承于后述的控制偏心軸29的一端側(cè)的筒狀基部15a、從筒狀基部15a的外面向內(nèi)燃機的外側(cè)(側(cè)方向)以兩支大致并行地突出設(shè)置的第一、第二臂部15b、15c構(gòu)成。筒狀基部15a在內(nèi)部貫通形成有與后述的控制偏心軸29的外周具有微小間隙而嵌合支承的支承孔15d。第一臂部15b在前端部的外側(cè)面一體地突出設(shè)置有連桿臂16的后述突出端16b旋轉(zhuǎn)自如地連結(jié)的軸部15e。
[0062]另一方面，第二臂部15c在前端部的塊部15f設(shè)置有升程調(diào)節(jié)機構(gòu)21，并且連桿17的一端部17a旋轉(zhuǎn)自如與升程調(diào)節(jié)機構(gòu)21的后述的樞軸銷19連結(jié)。另外，在塊部15f的兩側(cè)部，從橫方向貫通形成有長孔15h，樞軸銷19在長孔15h內(nèi)可向上下方向移動。第一臂部15b和第二臂部15c相互在擺動方向上以不同的角度設(shè)置，以上下位置偏離狀態(tài)配置，第一臂部15b的前端部與第二臂部15c的前端部相比稍微具有傾斜角度而向下方傾斜。
[0063]如圖2、圖3、圖5等所示，連桿臂16具備較大徑的圓環(huán)部16a和在圓環(huán)部16a的外周面規(guī)定位置突出設(shè)置的突出端16b，在圓環(huán)部16a的中央位置形成有旋轉(zhuǎn)自如地嵌合支承驅(qū)動凸輪13的凸輪主體5a的外周面的嵌合孔16c。各連桿17通過沖壓成形以橫截面大致3字形狀形成，為了實現(xiàn)緊湊化，內(nèi)側(cè)以大致圓弧狀折彎形成。該各連桿17的一端部17a經(jīng)由插入銷孔的樞軸銷19與第二臂部15c連結(jié)，另一端部17b經(jīng)由插入銷孔的連結(jié)銷18與擺動凸輪7的連結(jié)部7d旋轉(zhuǎn)自如地連結(jié)。另外，該連桿17在每個氣缸(排氣雙氣門)設(shè)置一個，因此，構(gòu)造簡單，實現(xiàn)了輕量化。連桿17拉升擺動凸輪7的后端部的連結(jié)部7d，由此，擺動凸輪7進行擺動并提升，但受到來自副輥35的輸入的凸輪鼻部7b相對于擺動中心配置于連結(jié)部7d的相反側(cè)，因此，能夠抑制擺動凸輪7發(fā)生傾倒。
[0064]如圖2及圖3所示，升程調(diào)節(jié)機構(gòu)21具備配置于搖臂15的第二臂部15c的塊部15f的長孔15h內(nèi)的樞軸銷19、在塊部15f的下部內(nèi)朝向長孔貫穿設(shè)置的與調(diào)節(jié)用內(nèi)螺紋孔從下方螺紋連結(jié)的調(diào)整螺栓22、在塊部15f的上部內(nèi)朝向長孔貫穿設(shè)置的與固定用內(nèi)螺紋孔從上方螺紋連結(jié)的銷止用螺栓23。而且，在各構(gòu)成零件組裝后，通過調(diào)整螺栓22調(diào)節(jié)樞軸銷19在長孔15h內(nèi)的上下位置，從而微調(diào)節(jié)各排氣門124a、124b的升程量，在調(diào)節(jié)操作結(jié)束時，通過緊固鎖止用螺栓23來固定樞軸銷19的位置。
[0065]控制機構(gòu)9具備平行配置于驅(qū)動軸4的上方位置的控制軸24、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動控制軸24的未圖示的電動促動器。如圖2、圖3所示，控制軸24由控制支軸24a、和在控制支軸24a的外周對每一氣缸設(shè)置而成為搖臂15的擺動支點的多個控制偏心凸輪25 (控制偏心軸29)構(gòu)成?？刂浦лS24a在與各搖臂15對應(yīng)的位置形成有二面寬狀的凹部24b、24c，并且在兩凹部24b、24c之間向軸方向具有規(guī)定間隔地沿徑向貫通形成有兩個螺栓插通孔26a、26b。各凹部24b、24c沿控制支軸24a的軸方向延伸設(shè)置，各自的底面形成平坦面。
[0066]控制偏心凸輪25由托架28和固定于托架28的前端側(cè)的控制偏心軸29構(gòu)成，托架28在一方的凹部24b經(jīng)由從另一方凹部24c側(cè)插通于螺栓插通孔26a、26a的兩條螺栓27,27固定。托架28由長方形狀的基部28a和臂狀的固定片28b、28b構(gòu)成，基部28a的側(cè)面以大致3字形狀折彎形成，沿著一方凹部24b的長度方向延伸設(shè)置，嵌合保持于一方凹部24b，固定片28b、28b在基部28a的長度方向的兩端部向圖3中下方突出設(shè)置?；?8a在長度方向的兩端部側(cè)形成有螺栓27、27的前端部螺紋連結(jié)的內(nèi)螺紋孔，另一方面，兩固定片28b、28b在各前端部側(cè)貫通形成有固定控制偏心軸29的固定用孔28c、28c。另外，該托架28的基部28a的外表面與一方凹部24b的底面抵接配置，并且兩固定片28b、28b的各外端緣與一方凹部24b的相對的內(nèi)表面以貼緊狀態(tài)抵接著嵌合保持，所以長度方向的定位精度提高。
[0067]控制偏心軸29在其外周面經(jīng)由搖臂15的筒狀基部15a的支承孔15d擺動自如地支承搖臂15，并且其軸方向的長度L被設(shè)定成與托架28的兩支承片28b、28b的各外表面大致相同，兩端部通過壓入等固定于各固定用孔28c、28c內(nèi)?？刂破妮S29的軸心Q作為搖臂15的擺動支點構(gòu)成。而且，成為在控制偏心軸29的長度L內(nèi)配置有從驅(qū)動凸輪13的凸輪主體5a的外表面到包括擺動凸輪7的連桿17的外表面的狀態(tài)。
[0068]另外，如圖5A所示，控制偏心軸29的軸心Q因托架28的兩支承片28b、28b的臂長而距控制支軸24a的軸心P以較大的偏心量α偏心。換句話說，借助托架28，控制偏心軸29相對于控制支軸24a的軸心P形成曲柄狀，因此，其偏心量α可以充分大。其結(jié)果，如后所述，在增大了升程(動作角)的情況下，顯示最高點升程相位滯后的特性。
[0069]電動促動器主要由固定于氣缸蓋I的后端部的未圖示的電動馬達、將電動馬達的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力向控制支軸24a傳遞的例如平齒輪等減速器構(gòu)成。電動馬達由比例型DC馬達構(gòu)成，被從檢測內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制裝置117輸出的控制信號驅(qū)動。該控制裝置117借助檢測內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的曲柄角傳感器、檢測吸入空氣量的空氣流量計、檢測內(nèi)燃機的水溫的水溫傳感器等通過計算等檢測實際的內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，此外，還接收來自檢測控制軸24的旋轉(zhuǎn)位置的電位計等的信息信號來檢測排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1的動作位置，從而反饋控制電動馬達。根據(jù)這種電動促動器，由于不用液壓而是利用電，所以與內(nèi)燃機的油溫及轉(zhuǎn)速等無關(guān)地，能夠具有迅速的轉(zhuǎn)換響應(yīng)性。
[0070]而且，根據(jù)內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，由電動促動器控制控制支軸24a的旋轉(zhuǎn)位置，從最小動作角(最小升程角)至最大動作角(最大升程角)連續(xù)地控制第一、第二排氣門124a、124b的氣門升程量和動作角。另外，除了前述的大的偏心量α，還根據(jù)控制支軸24a的旋轉(zhuǎn)位置，確定控制支軸24a的軸心P、搖臂15的突出軸15e的軸心R及樞軸銷19的軸心S等位置關(guān)系，由此，在動作角變化時，能夠抑制氣門升程特性的開時期的變化的同時，可以大幅改變閉時期。
[0071]以下，對第一、第二排氣門124a、124b的開閉動作進行說明，在內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)中的排氣行程中，隨著旋轉(zhuǎn)凸輪5的旋轉(zhuǎn)，壓下主輥34，根據(jù)排氣主升程特性即旋轉(zhuǎn)凸輪5的凸輪輪廓，使第一、第二排氣門124a、124b進行開閉動作，按照排氣主升程特性開閉各排氣口。另一方面，在進氣行程中，排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的擺動凸輪7壓下副輥35，根據(jù)排氣輔助升程特性即擺動凸輪7的凸輪輪廓，使第一、第二排氣門124a、124b進行開閉動作，按照排氣輔助升程特性開閉各排氣口。
[0072]如果使排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的控制軸24的旋轉(zhuǎn)相位例如向圖2的逆時針方向變化為Θ I?Θ 3，則如圖5A、圖5B和圖6A、圖6B所示，排氣輔助升程特性從最高點升程量LI (與后述的Sb對應(yīng))變化到最高點升程量L3 (與后述的Sa對應(yīng))。另外，在其中途的中間也可控制，例如，連續(xù)變化至經(jīng)由最高點升程量L2的狀態(tài)的最高點升程量L30另外，如果控制為比Θ1小的Θ 0，也可采取零升程(與后述的Sc、Sd、Scd對應(yīng))。此夕卜，圖中α是偏心控制凸輪25的偏心量。
[0073]接著，基于圖5Α、圖5Β和圖6Α、圖6Β，簡單地說明排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε —SVEL) I的動作。圖5A、圖5B是排氣門124a、124b被控制為小升程量LI (Sb)的狀態(tài)，圖5A表不排氣門124a、124b關(guān)閉的非升程時，圖5B表不排氣門124a、124b打開的最高點升程時。另外，圖6A、圖6B是排氣門124a、124b被控制為最大升程量L3 (Sa)的狀態(tài)，圖6A表示排氣門124a、124b關(guān)閉的非升程時，圖6B表不排氣門124a、124b打開的最高點升程時。在此，圖5A、圖5B及圖6A、圖6B的剖面(A)與圖3的A — A線剖面對應(yīng)，剖面⑶與圖3的B 一 B線剖面對應(yīng)。
[0074]本實施例的具體的排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的動作將在后面進行說明，但作為排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1的動作例，可進行下面的控制。
[0075]在內(nèi)燃機剛起動后且未完成內(nèi)燃機的熱機的情況下的規(guī)定負荷(火花點火區(qū)域)下，從控制裝置117向電動馬達輸出控制信號，如圖5A、圖5B所示，經(jīng)由減速器驅(qū)動控制支軸24a向例如逆時針方向Θ I的位置旋轉(zhuǎn)。因此，控制偏心軸29同樣變成Θ I的位置，軸心Q從驅(qū)動軸4向左上方向離開移動。由此，傳遞機構(gòu)8的整體以驅(qū)動軸4為中心向逆時針方向傾動。因此，擺動凸輪7也向逆時針方向轉(zhuǎn)動，第二擺臂31的向副輥35的抵接位置成為凸輪面7c的基圓部附近。因此，如果從圖5A所示的關(guān)閉狀態(tài)隨著驅(qū)動凸輪13的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由連桿臂16將搖臂15推上去，則如圖5B所示，經(jīng)由連桿17抬起擺動凸輪7的連結(jié)部7d，使擺動凸輪7向順時針方向旋轉(zhuǎn)，其升程經(jīng)由擺動機構(gòu)6的第二擺臂31的副輥35，使第一、第二排氣門3a、3b打開提升，但其升程量及動作角十分小(升程量LI)。
[0076]或者，在完成了內(nèi)燃機的熱機的情況下的規(guī)定負荷(壓縮點火區(qū)域)下，從控制裝置117向電動馬達輸出控制信號，如圖6A、圖6B所示，經(jīng)由減速器，控制支軸24a進一步向逆時針方向旋轉(zhuǎn)，例如移動到Θ 3的位置。因此，控制偏心軸29同樣變成Θ 3的位置，軸心Q從驅(qū)動軸4向右上方向分離移動。由此，傳遞機構(gòu)8的整體以驅(qū)動軸4為中心向順時針方向傾動。因此，擺動凸輪7也向順時針方向轉(zhuǎn)動，第二擺臂31的向副輥35的抵接位置成為凸輪面7c的升程部側(cè)附近。由此，排氣門124a、124b的升程量成為最大最高點升程L3，動作角也成為最大動作角。
[0077]在此，如果對成為最高點升程的瞬間的連桿臂16的姿態(tài)進行考察，如圖5B所示，則在控制成升程LI時的情況下是α I角度，如果使控制升程增加到最大最高點升程L3，則連桿臂的姿態(tài)向逆時針方向轉(zhuǎn)到α 3。該情況表示，如果使控制升程(控制動作角)一直增加，最高點升程相位會滯后。即，在擴大控制動作角時，因最高點升程相位變得滯后，所以升程特性中開氣門時期的提前變化被抑制，關(guān)氣門時期可以大幅滯后。
[0078]接著，如圖2、圖3及圖7Α，圖7Β所示，排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(Ε — VTC) 2是葉片式，具備向驅(qū)動軸4傳遞旋轉(zhuǎn)力的正時鏈輪41、固定于驅(qū)動軸4的端部且在正時鏈輪41旋轉(zhuǎn)自如地被收容于內(nèi)部的葉片部件42、通過液壓使葉片部件42正逆旋轉(zhuǎn)的液壓回路43 ο
[0079]正時鏈輪41由旋轉(zhuǎn)自如地收容葉片部件42的外殼44、閉塞外殼44的前端開口的圓板狀的前蓋45、閉塞外殼44的后端開口的大致圓板狀的后蓋46構(gòu)成，這些外殼44及前蓋45、后蓋46由四條小直徑螺栓47從驅(qū)動軸4的軸方向一體地共同緊固固定。
[0080]外殼44呈前后兩端開口形成的圓筒狀，在內(nèi)周面的周向的約90°位置朝向內(nèi)方突出設(shè)置有四個蹄片44a。該各蹄片44a的橫截面大致呈梯形，在大致中央位置向軸方向貫通形成有各螺栓47的軸部插通的四個螺栓插通孔，并且，在各內(nèi)端面的高位部位置沿著軸方向切開形成的保持槽內(nèi)嵌合保持有3字形的密封部件48和將密封部件48向內(nèi)方按壓的未圖示的板簧。前蓋45以圓盤板狀形成，在中央穿設(shè)有較大直徑的支承孔45a，并且，外周部在與外殼44的各螺栓插通孔對應(yīng)的位置穿設(shè)有未圖示的四個螺栓孔。后蓋46在后端側(cè)一體地設(shè)置有正時鏈嚙合的齒輪部46a，并且，在大致中央沿軸方向貫通形成有大直徑的軸承孔46b ο
[0081]葉片部件42具備中央具有螺栓插通孔的圓環(huán)狀的葉片轉(zhuǎn)子42a、和在葉片轉(zhuǎn)子42a的外周面的周向的大致90°位置一體設(shè)置的四個葉片42b。葉片轉(zhuǎn)子42a的前端側(cè)的小徑筒部旋轉(zhuǎn)自如地支承于前蓋45的支承孔45a，另一方面，后端側(cè)的小徑的圓筒部旋轉(zhuǎn)自如地支承于后蓋46的軸承孔46b。另外，葉片部件42通過從軸方向插通于葉片轉(zhuǎn)子42a的螺栓插通孔的固定螺栓49從軸方向固定在驅(qū)動軸4的前端部。在各葉片42b中，三個以較細長的長方體形狀形成，另一個以較大的梯形狀形成，三個葉片42b各自的寬度大致相同地設(shè)定，而相比之下，一個葉片42b的寬度設(shè)定得比三個葉片大，從而取得葉片部件42整體的重量平衡。
[0082]另外，各葉片42b配置于各蹄片44a間，并且，在形成于各外表面的軸方向的細長的保持槽內(nèi)，分別嵌合保持與外殼44的內(nèi)周面滑動接觸的3字形的密封部件50及將密封部件50向外殼44的內(nèi)周面方向按壓的板簧。另外，在各葉片42b的與驅(qū)動軸4的旋轉(zhuǎn)方向相同側(cè)的各一側(cè)面分別形成有大致圓形狀的兩個凹槽。另外，在該各葉片42b的兩側(cè)和各蹄片44a的兩側(cè)面之間分別隔成各四個提前角側(cè)油室51和滯后角側(cè)油室52。
[0083]如圖3所示，液壓回路43具有兩個系統(tǒng)的液壓通路，即，具有對各提前角側(cè)油室51供排動作油液壓的第一液壓通路53、對各滯后角側(cè)油室52供排動作油液壓的第二液壓通路54，在該兩液壓通路53、54上經(jīng)由通路轉(zhuǎn)換用的電磁切換閥57分別連接有液壓供給通路55和排放通路56。在供給通路55設(shè)置有壓送油盤58內(nèi)的油的單向油栗59，另一方面，排放通路56的下游端與油盤58連通。第一、第二液壓通路53、54形成于圓柱狀的通路構(gòu)成部60的內(nèi)部，該通路構(gòu)成部60的一端部從葉片轉(zhuǎn)子42a的小徑筒部插通配置于內(nèi)部的支承孔42c內(nèi)，另一方面，另一端部與電磁切換閥57連接。
[0084]另外，在通路構(gòu)成部60的一端部的外周面和支承孔42c的內(nèi)周面之間，嵌合固定有將各液壓通路53、54的一端側(cè)間隔成密封的三個環(huán)狀密封部件61。第一液壓通路53具備形成于支承孔42c的驅(qū)動軸4側(cè)端部的油室53a、和大致放射狀地形成于葉片轉(zhuǎn)子42a的內(nèi)部且連通油室53a和各提前角側(cè)油室51的四條分歧路53b。另一方面，第二液壓通路54具備止于通路構(gòu)成部60的一端部內(nèi)且形成于一端部的外周面的環(huán)狀室54a、和在葉片轉(zhuǎn)子42a的內(nèi)部以大致L字形狀折彎形成且連通環(huán)狀室54a和各滯后角側(cè)油室52的第二油路54b ο
[0085]電磁切換閥57是四孔三位型，內(nèi)部的氣門體相對切換控制各液壓通路53、54和供給通路55及排放通路56，并且，根據(jù)來自電子控制單元(ECT)即控制裝置117的控制信號進行切換動作。如圖3所示，三位置是指相位提前角變換位置(顯示于電磁切換閥57的左側(cè))、相位滯后角變換位置(顯示于右側(cè))、相位保持位置(顯示于中央)這三位置，通過電磁切換閥57的動作，可選擇這些三個位置中的哪個位置有效。
[0086]控制裝置117檢測內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且，通過來自曲柄角傳感器及進氣側(cè)和排氣側(cè)的凸輪角(驅(qū)動軸相位)傳感器的信號來檢測正時鏈46和驅(qū)動軸4的相對旋轉(zhuǎn)位置。而且，通過電磁切換閥57的切換動作，使相位提前角變換位置有效，從而向提前角側(cè)油室51供給動作油，控制葉片相位使其提前，或者使相位滯后角變換位置有效，從而向滯后角側(cè)油室52供給動作油，控制葉片相位使其滯后，或者使相位保持位置有效，保持(密封)兩油室51、52內(nèi)的油，從而能夠保持控制葉片相位。
[0087]另外，在葉片部件42和外殼44之間設(shè)置有鎖止機構(gòu)，該鎖止機構(gòu)約束葉片部件42相對于該外殼44的旋轉(zhuǎn)及解除約束。S卩，如圖3、圖7A、圖7B所示，該鎖止機構(gòu)由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成:滑動用孔66，設(shè)置于寬度大的一個葉片42b和壁厚的后蓋46之間，沿著葉片42b內(nèi)部的驅(qū)動軸4的軸方向形成；有蓋圓筒狀的鎖止銷67，滑動自如地設(shè)置于滑動用孔66的內(nèi)部；卡合孔68，設(shè)置于在后蓋46具有的固定孔內(nèi)固定的橫截面杯狀的卡合孔構(gòu)成部，用于使鎖止銷67的錐狀前端部67a卡合脫離；螺旋彈簧狀的彈簧部件70，保持于固定在滑動用孔26的底面?zhèn)鹊膹椈蓨A箍69，對鎖止銷67向卡合孔68方向施力。另外，卡合孔68經(jīng)由未圖示的油孔從提前角側(cè)油室51側(cè)或滯后角側(cè)油室52側(cè)等接受液壓供給。
[0088]而且，在葉片部件42旋轉(zhuǎn)到最提前角側(cè)的位置(第一位置)，鎖止銷67的前端部67a通過彈簧部件70的彈力與卡合孔68卡合，鎖定正時鏈輪41和驅(qū)動軸4的相對旋轉(zhuǎn)。另夕卜，通過從提前角側(cè)油室51等向卡合孔68內(nèi)供給的液壓，鎖止銷67后退移動，從而解除與卡合孔68的卡合。另外，在各葉片42b的一側(cè)面和與一側(cè)面相對的各蹄片44a的相對面之間，分別配置有對葉片部件42施力而使其向提前角側(cè)旋轉(zhuǎn)的施力單元即四個螺旋彈簧71。該各螺旋彈簧71各自獨立配置，各自的軸方向的長度(螺旋長)設(shè)定成比葉片42b的一側(cè)面和蹄片44a的相對面之間的長度大，兩者以相同的長度設(shè)定。
[0089]另一方面，在進氣門123側(cè)也與排氣側(cè)同樣地，設(shè)置有進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3，該進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3形成與排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC) 2同樣的構(gòu)造。因此，省略具體的說明，但與排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC)2同樣地，通過螺旋彈簧對葉片向提前角側(cè)施力，進而在該位置鎖止。不同點是，葉片的變換角在排氣側(cè)是9e，相對地，在進氣側(cè)為0i。
[0090]以下，說明排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)2的動作。首先，在切斷點火開關(guān)，使內(nèi)燃機停止時，停止從控制裝置117對電磁切換閥57的控制電流的輸出，閥體被彈簧的彈力按壓，連通供給通路55和提前角側(cè)的第一液壓通路53。S卩，在圖3所示的電磁切換閥57中，左側(cè)的相位提前角變換位置有效。因此，通過供給液壓，葉片部件42欲向提前角側(cè)旋轉(zhuǎn)，但如果內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速趨近于零，則油栗59的噴出液壓降低，供給液壓也為零。
[0091]在此，葉片部件42通過作用于驅(qū)動軸4的氣門摩擦往往會穩(wěn)定在滯后角方向，但通過各螺旋彈簧71的強彈力，如圖7A所示，相對于正時鏈輪41向驅(qū)動軸4的旋轉(zhuǎn)方向(箭頭方向)的順時針方向，即，向提前角方向相對旋轉(zhuǎn)，即使油栗19的液壓未作用，也穩(wěn)定在最提前角位置。由此，葉片部件42保持在最大寬的葉片42b與蹄片44a的滯后角側(cè)油室52側(cè)的側(cè)面抵接的位置，這里成為驅(qū)動軸4相對于正時鏈輪41變換為最大限度提前角側(cè)的位置。另外，同時在該位置，鎖止銷67的前端部67a卡合在卡合孔68內(nèi)，限制正時鏈輪41和驅(qū)動軸4自由地相對旋轉(zhuǎn)。
[0092]因此，即使在內(nèi)燃機再起動時等轉(zhuǎn)動曲軸時的旋轉(zhuǎn)變動大的情況下，也能夠機械地穩(wěn)定在最大提前角位置，進而通過鎖止銷67固定，所以不僅能夠使葉片部件42即驅(qū)動軸4的相位穩(wěn)定，而且能夠抑制其偏離，其結(jié)果是，能夠抑制氣門正時控制的不穩(wěn)定化，可靠地得到良好的起動性及冷機排放物的降低。
[0093]另一方面，進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(I 一 VTC) 3與排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)2相同地，機械地穩(wěn)定在最大提前角位置，進而同樣地通過鎖止銷固定葉片部件。
[0094]再返回到排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)2的說明，開始內(nèi)燃機起動后，由于從控制裝置117對電磁切換閥57的控制電流及閥體彈簧，電磁切換閥57處于圖2所示的位置(相位提前角變換位置)，因此，從油栗59加壓輸送的動作油從第一液壓通路53供給至各提前角側(cè)油室51，與螺旋彈簧71的彈力一起向最提前角側(cè)保持各葉片部件42，但如果提前角側(cè)油室51內(nèi)的動作液壓提高，則因該高液壓，各鎖止銷67從卡合孔68脫出，變成容許葉片部件42自由轉(zhuǎn)動。而且，如前所述，通過電磁切換閥57的3位置控制，可以自如進行相位提前控制、相位滯后控制、相位保持控制。
[0095]因此，通過使排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2動作，能夠控制排氣門124的開氣門相位或關(guān)氣門相位，另外同樣地，通過使進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1-VTC) 3動作，能夠控制進氣門123的開氣門相位或關(guān)氣門相位。另外，通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1，在進氣行程中使排氣門打開，能夠控制開氣門升程和動作角度(=開氣門期間)。另外，通過并用排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC) 2，能夠更自如地控制其開氣門相位或關(guān)氣門相位。本實施例以使用這些可變氣門控制機構(gòu)(VVA)來適當進行內(nèi)部EGR的情況作為一個特征。
[0096]接著，使用圖8A、圖8B對可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的構(gòu)成簡單地進行說明。曲軸108具有多個軸頸部和曲柄銷110，在氣缸體101的主軸承上旋轉(zhuǎn)自如地支承軸頸部。曲柄銷110從軸頸部偏心規(guī)定量，下連桿111與其旋轉(zhuǎn)自如地連結(jié)。該下連桿111以可分割為左右兩部件的方式構(gòu)成，曲柄銷I1旋轉(zhuǎn)自如地嵌合在大致中央的連結(jié)孔。經(jīng)由連結(jié)銷112與下連桿111的一端部連結(jié)的上連桿107，其上端部通過活塞銷106與活塞103轉(zhuǎn)動自如地連結(jié)。活塞103受到燃燒壓力在氣缸體101的氣缸113內(nèi)往復運動。
[0097]在氣缸118的上部配置有開閉自如地支承于氣缸蓋102內(nèi)的進氣門123和排氣門124。上端部經(jīng)由連結(jié)銷114與下連桿111的另一端部連結(jié)的控制連桿115，其下端部經(jīng)由控制軸116與氣缸體101的下部可擺動地連結(jié)。S卩，控制軸116支承于氣缸體101，并且具有從其旋轉(zhuǎn)中心偏心的偏心凸輪116a，控制連桿115的下端部與該偏心凸輪116a可旋轉(zhuǎn)地連結(jié)。
[0098]控制軸116由壓縮比控制促動器118控制其轉(zhuǎn)動位置，壓縮比控制促動器118基于來自控制裝置117的控制信號，通過使用電動馬達及減速器機構(gòu)進行控制。因此，如圖8A所示，在可變壓縮比機構(gòu)(VCR)，如果控制軸116被壓縮比控制促動器118向一方向(圖8A中逆時針方向)轉(zhuǎn)動，則偏心凸輪116a的中心位置X向圖中左下方移動。由此，控制連桿115的下端的擺動支承位置變化，活塞103的行程位置變化，機械壓縮比能夠變成最大控制位置，即活塞上止點位置為最高的控制位置。
[0099]另一方面，如果控制軸116向另一方向(圖8A中順時針方向)轉(zhuǎn)動，則如圖8B所示，偏心凸輪61a的中心位置X位于圖中垂直上方。由此，控制連桿115的下端的擺動支承位置變化，活塞103的行程位置與圖9A相比降低AL，機械壓縮比能夠變成最小控制位置，即活塞上止點位置最低的控制位置。
[0100]下面，對本發(fā)明的實施方式詳細地說明。本實施例的基本的想法是，在內(nèi)燃機設(shè)有控制內(nèi)部EGR量的可變氣門控制機構(gòu)(VVA)、控制機械壓縮比的可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的內(nèi)部EGR量變更控制，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的內(nèi)部EGR量變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制。在此，記載為“抑制…的控制”，但這是指停止控制，或執(zhí)行控制而將控制量維持一定，或控制量的變化量小的意思。另外，記載為“優(yōu)先執(zhí)行…的控制”，但這是與“抑制…的控制”的相對的意思，指通過執(zhí)行控制改變控制量，進行實際的物理量的控制。
[0101]其次，對使用上述的可變氣門控制機構(gòu)(VVA)和可變壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的本實施例的可燃燃燒系統(tǒng)的具體的控制方法進行說明。在此，排氣輔助升程控制機構(gòu)(E —SVEL)1的功能是在進氣行程打開氣門，將排氣口 122側(cè)的燃燒氣體作為內(nèi)部EGR再次導入氣缸的燃燒室104內(nèi)。
[0102]該排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) I的輔助升程升程量S從圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示的最大升程Sa經(jīng)由小升程的Sb變化至零升程Sc，由此，能夠調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量。另外，Sa與前述的最大升程量L3對應(yīng)，Sb與前述的小升程量LI對應(yīng)。在此，圖11表示進氣門123和排氣門124的升程曲線特性，圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖表示內(nèi)燃機熱機完成的狀態(tài)或完成后的狀態(tài)的特性，上側(cè)的特性圖(冷機運轉(zhuǎn)時)表示內(nèi)燃機完成熱機前的冷機運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的特性。
[0103]圖9表示在內(nèi)燃機熱機運轉(zhuǎn)狀態(tài)中的顯示燃燒方式的變更的運轉(zhuǎn)區(qū)域(脈譜圖)。橫軸是內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，Ni是怠速轉(zhuǎn)數(shù)、Nrnax是最大容許轉(zhuǎn)速或為最高輸出轉(zhuǎn)速。另外，縱軸是內(nèi)燃機的負荷，采用內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩等。負荷Ta表示怠速等的無負荷狀態(tài)，負荷(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩或軸轉(zhuǎn)矩)幾乎為零(無負荷)。另外，負荷Td變成最大負荷。此外，作為縱軸的負荷，采用內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩進行說明，但當然也可以采用軸轉(zhuǎn)矩或各內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速下與最大負荷對應(yīng)的負荷之比(負荷率)。
[0104]如圖9所示，在低負荷側(cè)的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域進行壓縮自點火燃燒，在高負荷側(cè)的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域進行火花點火燃燒。而且，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間設(shè)定有第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，該第三運轉(zhuǎn)區(qū)域為并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒的并用燃燒區(qū)域。
[0105]在該第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，如果幾乎全部的混合氣體通過壓縮自點火燃燒而燃燒，則即使火花塞105進行火花放電，火花點火燃燒的混合氣體也極少。另一方面，在壓縮自點火燃燒困難，只有一部分混合氣體能夠壓縮自點火燃燒的情況下，剩余的大量混合氣體通過火花塞105進行火花點火燃燒?；蛘?，如果一半左右的混合氣體通過壓縮自點火燃燒而燃燒，則剩余一半通過火花點火燃燒而燃燒。這樣，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒，確保可靠的混合氣體燃燒。
[0106]如上所述，在本實施例中，在根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和負荷設(shè)定的每個區(qū)域變更燃燒方式，在低負荷側(cè)提高壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，使燃燒效率性能進一步提高，在高負荷側(cè)提高火花點火燃燒的抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性。另外，根據(jù)需要而設(shè)定第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，如果僅具有第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域即可，就不需要設(shè)定第三運轉(zhuǎn)區(qū)域。在本實施例中設(shè)定第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，使第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的變更變得順利。其理由后述。
[0107]接著，基于圖10、圖11，說明在已熱機的內(nèi)燃機的負荷變化的情況下進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域、并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒的第三運轉(zhuǎn)區(qū)域、以及進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的過渡和各控制參數(shù)的變化。
[0108]在圖10、圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖中，節(jié)氣門的節(jié)氣門開度W被控制在規(guī)定的開度，吸入空氣根據(jù)該開度W供給。本實施例中，如圖10所示，開度率為大致100%的全開，盡可能減少進氣阻力。在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Ta至負荷Tb，維持開度Wa?Wb，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tb至負荷Tc，維持開度Wb?Wc，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tc至負荷Td，維持開度Wc?Wd。由此可判定，在全負荷區(qū)域，開度率為大致100%的全開。此外，不限于該開度率100%，只要根據(jù)應(yīng)用的內(nèi)燃機適當?shù)匾砸?guī)定的開度確定即可。
[0109]另外，通過進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3，進氣門123的關(guān)氣門相位(時期)IVC被調(diào)節(jié)成圖10、圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示。S卩，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Ta至負荷Tb，維持下止點(BDC)附近的關(guān)氣門相位IVCa?關(guān)氣門相位IVCb。另外，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tb至負荷Tc，如關(guān)氣門相位IVCb?關(guān)氣門相位IVCc所示，隨著負荷的增加而滯后。進而，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tc至負荷Td，如關(guān)氣門相位IVCc?關(guān)氣門相位IVCd所示，再隨著負荷的增加，從滯后的位置朝向下止點(BDC)提前。關(guān)氣門相位IVCa和關(guān)氣門相位IVCd為實際上相同的相位。
[0110]另外，通過燃料噴射閥120控制空氣過剩率λ?？諝膺^剩率λ是燃料和空氣的混合比，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Ta至負荷Tb，燃料的比率從表示稀薄混合比的空氣過剩率Xa( = 3)慢慢增加，作為λ降低至Ab。另外，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tb至負荷Tc，從Xb至AC(= I)進一步增加燃料的比率。而且，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tc至負荷Td，從λ c控制為Ad，λ = 1，即控制為理論空燃比。此外，在火花點火燃燒時，通過設(shè)置于排氣系統(tǒng)的氧傳感器進行進行空氣過剩率λ的反饋控制，將空氣過剩率控制為大致λ = I。
[0111]而且，在低負荷側(cè)的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε - SVEL) I的排氣門輔助升程量S在無負荷即負荷Ta下為最大的輔助升程量Sa，隨著負荷的增加，該輔助升程量S減少，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的最大的負荷Tb下，減少至輔助升程量Sb。通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) 1，排氣門124在進氣行程中打開，由此燃燒室104內(nèi)因活塞的下降動作而壓力下降，隨此，存在于排氣口 122的高溫的排氣被再吸進入燃燒室104內(nèi)。由于輔助升程量S通過負荷來控制，所以燃燒室104內(nèi)的氣體中的內(nèi)部EGR的比率R也從負荷Ta下的最大的內(nèi)部EGR的比率Ra減少至負荷Tb下的內(nèi)部EGR的比率Rb。
[0112]即，越是在壓縮自點火燃燒的點火性能差的低負荷側(cè)，越增加排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的輔助升程量S，由此，主動地增加高溫的內(nèi)部EGR的比率R，提高燃燒室104內(nèi)的氣體溫度。由此，能夠提高混合氣體的點火性，從而提高壓縮自點火燃燒的穩(wěn)定性。特別是，如果與通常的正氣門重疊(進氣門和排氣門打開的重疊區(qū)間)的內(nèi)部EGR比較，通過該排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的內(nèi)部EGR由于從排氣口側(cè)直接導入，所以溫度足夠高，因此充分提高燃燒室104內(nèi)的氣體溫度，進一步提高燃燒穩(wěn)定性。
[0113]另外，在該第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，一律將機械壓縮比ε維持控制(指抑制控制)在最大附近的ε a = 20左右的大致固定值，因此，能夠進一步提高在壓縮上止點的氣體溫度，從而提高燃燒的穩(wěn)定性。此外，也可以不必將機械壓縮比ε設(shè)定在最大附近，只要燃燒穩(wěn)定，也可以是比其稍低的機械壓縮比。這樣，能夠使VCR的控制范圍變窄。另一方面，如果將機械壓縮比ε設(shè)定在最大，則熱效率也變成最大，自然能夠?qū)⑷紵蔬M一步提高。另外，機械壓縮比ε從負荷Ta下的機械壓縮比ε a至負荷Tb下的機械壓縮比大致是固定的，因此，能夠抑制機械壓縮比ε的變化下的燃燒室104內(nèi)的氣體溫度的變化，并通過上述的排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε - SVEL) I能夠高精度地控制缸內(nèi)氣體溫度，從該方面也可以提高燃燒穩(wěn)定性。在此所說的高精度是指，實際上減少一個影響缸內(nèi)氣體溫度的參數(shù)(機械壓縮比ε)。另外，本實施例中，輔助升程量及其開氣門期間等特性連續(xù)變化，因此，能夠進行微細的燃燒室104內(nèi)的氣體溫度控制，從該方面來看也可以提高燃燒穩(wěn)定性。
[0114]在此，涉及排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε — SVEL)1的驅(qū)動軸4通過排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(Ε - VTC)2進行相位控制，因此，在排氣門124的排氣行程中的相位變化和進氣行程中的輔助升程S的相位變化同步。如圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性所示，排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC)2被控制成最提前角相位，S卩，從上側(cè)(冷機運轉(zhuǎn)時)的特性圖滯后曲柄角度Xe的最滯后角相位，輔助升程的最高點升程相位也變成最滯后角相位。例如，如果以最大升程量Sa觀察，貝Ij排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) I的排氣門124的開氣門時期比上止點(TDC)滯后角度XaH。
[0115]由此，進氣行程初期將冷的新氣導入燃燒室104內(nèi)，從上止點(TDC)滯后角度XaH地通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL)1打開排氣門124。由此，從排氣口 122將高溫的排氣再導入至燃燒室104內(nèi)，該低溫的新氣和高溫的內(nèi)部EGR氣體在溫度上沒有立即均一混合，產(chǎn)生燃燒室104內(nèi)的根據(jù)溫度的分層化現(xiàn)象。由此，壓縮自點火燃燒從溫度高的部分開始，燃燒順暢地向低溫側(cè)移動，所以也不易產(chǎn)生在壓縮自點火燃燒中容易成為問題的燃燒室104內(nèi)的同時燃燒造成的爆發(fā)性的燃燒噪音問題。由此，也能夠向高負荷區(qū)域側(cè)擴大燃燒效率高的壓縮自點火燃燒，進一步提高在實際行駛中的燃燒效率性能。
[0116]接著，對其它控制參數(shù)進行考察。進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(I 一 VTC)2大致保持在最提前角相位(圖11的下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示的左側(cè)的進氣門升程特性)，由此，在進氣門123的閉時期(IVC)提前至下止點(BDC)附近(圖10中的IVCa?IVCb)，且在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域中成為大致一定時期。由此，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的全域能夠抑制進氣門的閉時期(IVC)從下止點(BDC)附近滯后引起的有效壓縮比的降低，即壓縮上止點(TDC)附近的溫度的降低，從該方面也能夠提高點火性及燃燒穩(wěn)定性。另外，有效壓縮比是視壓縮從進氣門的閉時期(IVC)開始而計算出的壓縮比，除了機械壓縮比之外，也有進氣門的閉時期(IVC)的影響。另外，第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的全域大致為相同的閉時期(IVC)，能夠抑制隨著閉時期(IVC)變化的燃燒室104內(nèi)的氣體溫度(壓縮上止點溫度)的變化，通過上述的排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的內(nèi)部EGR能夠高精度地控制氣體溫度，從該方面也可以提高燃燒穩(wěn)定性。
[0117]在此所說的高精度是指實際上減少一個對缸內(nèi)氣體溫度造成影響的參數(shù)(IVC)。
[0118]另外，節(jié)氣門開度也在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的全域大致全開，從而大致固定，因此，進氣管壓力接近大氣壓，或大致保持為一定。由此，不僅抑制節(jié)氣門節(jié)流導致的栗損失，而且能夠抑制進氣管壓力變化造成的燃燒室104內(nèi)的氣壓及氣體溫度的變化，能夠高精度地控制上述的排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的內(nèi)部EGR的氣體溫度，從該方面也可以提高燃燒穩(wěn)定性，進一步提高燃燒效率
[0119]此外，本實施例中，負荷值(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩值)的控制主要通過空氣過剩率λ和內(nèi)部EGR量的控制進行。例如，在怠速無負荷(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩Ta)時，燃燒轉(zhuǎn)矩只要與機械摩擦力對應(yīng)即可，因此，空氣過剩率λ作為大的Aa = 3的超稀混合氣體狀態(tài)，并且內(nèi)部EGR量也為大比率Ra，相應(yīng)地使新氣(=燃料)減少，抑制負荷。在此，空氣過剩率λ大且新氣也減少時，燃燒容易變得不穩(wěn)定。然而，通過上述的排氣輔助升程控制機構(gòu)1(E - SVEL)1，高溫且高精度地控制燃燒室104內(nèi)的氣體溫度，由此提高燃燒穩(wěn)定性，因此不產(chǎn)生這種問題。
[0120]如上，在壓縮自點火燃燒中進行熱效率高的超稀混合氣體燃燒，提高燃燒穩(wěn)定性，得到更良好的燃燒效率性能。
[0121]在此，假想不是通過空氣過剩率λ，而是通過借助節(jié)氣門開度的空氣量和內(nèi)部EGR量的控制進行負荷控制的情況，則節(jié)氣門節(jié)流造成的栗損失增加，燃燒效率惡化，或進氣管壓力變化，導致燃燒室104的氣壓及氣體溫度的變化，燃燒穩(wěn)定性下降，所以不是理想方案。因此，本實施例中不執(zhí)行借助節(jié)氣門開度的負荷控制。
[0122]這樣，在本實施例中，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，維持固定的高機械壓縮比，優(yōu)先執(zhí)行可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε - SVEL)1的內(nèi)部EGR量變更控制，通過主動地調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量，可以提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，可以充分提高燃燒效率。此外，這時，通過VCR，維持高機械壓縮比且維持大致一定，通過進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)，IVC維持在下止點附近且維持大致一定，因此，能夠得到良好且穩(wěn)定的燃燒。另夕卜，上述高壓縮比、稀混合氣體燃燒的熱效率自身的提高、及節(jié)氣門大致全開的栗損失降低等，都有助于燃燒效率提高。
[0123]接著，對高負荷側(cè)的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域進行考察。在從負荷Tc至最大負荷Td的范圍執(zhí)行火花點火燃燒。如果向該區(qū)域過渡，則排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε — SVEL) I的輔助升程變成在輔助升程量Sc?Sd所示的零升程，實際上抑制或停止排氣輔助升程控制。因此，內(nèi)部EGR被抑制為極小量。該極小量是指，在排氣行程末期的排氣上止點附近留在燃燒室104內(nèi)的少量高溫剩余氣體、及在排氣上止點附近經(jīng)由吸排氣門的微小升程(斜區(qū)間)再導入燃燒室104內(nèi)的少量的高溫內(nèi)部EGR等，雖不是零，但是規(guī)定的少量(本實施例中極少量)O
[0124]另外，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，機械壓縮比ε隨著負荷的上升而降低，抑制隨著負荷的上升而在壓縮上止點附近氣體溫度過度上升。另外，由于實際上抑制或停止排氣輔助升程控制機構(gòu)(Ε - SVEL)1的輔助升程控制，所以高溫的內(nèi)部EGR量維持在極小量。由此，對燃燒室104內(nèi)的氣體溫度的影響變小，高溫的內(nèi)部EGR的影響大致被排除，在火花點火燃燒區(qū)域所擔心的爆震(異常燃燒)現(xiàn)象及早燃等燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比ε的降低控制，能夠被有效穩(wěn)定地抑制。
[0125]即內(nèi)燃機中，隨著負荷上升，容易產(chǎn)生爆震，因此，如圖10所示，到能夠抑制爆震的極限附近為止，在盡可能地在最大限度高的狀態(tài)維持機械壓縮比的同時，與負荷上升對應(yīng)地降低機械壓縮比ε，在全負荷時降低至最小機械壓縮比ε =12左右的機械壓縮比。由此，抑制爆震，并最大限度地提高熱效率(機械壓縮比)，能夠提高在火花點火燃燒區(qū)域的燃燒效率。另外，在本實施例中，最大負荷時機械壓縮比降低至ed= 12，所以不僅能夠抑制爆震，也可以抑制燃燒速度及燃燒壓的上升率(dP/d Θ )，所以能夠回避在專利文獻I中所擔心的燃燒噪音在高負荷區(qū)域急增的現(xiàn)象。
[0126]另外，如果考察其它控制參數(shù)，就空氣過剩率λ來說，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，Ac?Ad維持與理論空燃比對應(yīng)的值即λ =1(即理論空燃比)。隨著負荷上升，從內(nèi)燃機排出的NOx有增加傾向，但只要以空氣過剩率λ = I進行控制，通過設(shè)置于排氣系統(tǒng)的三元催化劑能夠容易地凈化NOx。為了以空氣過剩率λ = I進行控制，優(yōu)選地，通過設(shè)置于排氣系的氧傳感器進行反饋控制。
[0127]另外，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩值)的控制主要通過進氣門123的閉時期(IVC)的控制進行。S卩，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的最小負荷Tc下，如圖10、圖11的下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示，進氣升程曲線(右側(cè))最大限度地滯后，進氣門123的閉時期(IVC)成為最滯后角的IVCc。進氣門123的閉時期(IVC)比下止點(BDC)大幅滯后，因此，在下止點(BDC)以后向進氣系統(tǒng)大量再次排出在進氣行程中吸入燃燒室104內(nèi)的新氣。因此，燃燒室104內(nèi)的新氣充填效率降低，負荷即內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域中被抑制在最小的負荷Tc。
[0128]因此，在像圖10那樣提高負荷的情況下，逐漸提前進氣門123的閉時期(IVC)，在最大負荷Td下的進氣門123的閉時期(IVC)是最提前角的IVCd。該最提前角值IVCd是下止點(BDC)附近的最提前角位置是與上述的進氣門123的閉時期IVCa、IVCb相同的程度。在此，進氣門123的閉時期IVCc和IVCd的相位差，成為進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1-VTC) 3的全變換角即曲柄角Xi (葉片變換角Θ i)。
[0129]但是，如果為了配合負荷而使進氣門123的閉時期變化，則會因該進氣門123的閉時期而改變有效壓縮比。因此，需要調(diào)節(jié)機械壓縮比ε。因此，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，以進氣門123的閉時期的變化為前提，調(diào)節(jié)機械壓縮比ε至不產(chǎn)生爆震的極限。其結(jié)果，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，在從負荷Tc至最大負荷Td之間，將機械壓縮比ec?ε d向連續(xù)下降的方向控制。在此，機械壓縮比ε c?ed在各負荷下被設(shè)定成不產(chǎn)生爆震的最大機械壓縮比。
[0130]在此，如果假想不是通過進氣門123的閉時期(IVC)，而是通過借助節(jié)氣門開度的空氣量控制進行負荷控制的情況，則節(jié)氣門節(jié)流造成的栗損失增加，燃燒效率惡化，因此不是理想的。因此，在本實施例中，不執(zhí)行借助節(jié)氣門開度的負荷控制。
[0131]這樣，本實施例中，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的內(nèi)部EGR量變更控制，實際上以極小量維持內(nèi)部EGR量，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，通過調(diào)節(jié)主動降低機械壓縮比，提高抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，可以進一步抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。
[0132]接著，對設(shè)定于第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間的并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒的第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的控制進行說明。在該第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，除了壓縮自點火燃燒之外，通過火花塞105的火花點火燃燒也一并進行。
[0133]S卩，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，與第二運轉(zhuǎn)區(qū)域同樣地，進行火花塞105的火花放電。
[0134]在稍微超過第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tb時，混合氣體的大部分通過壓縮自點火燃燒而燃燒，未能燃燒的混合氣體通過火花塞105的火花放電而火花點火燃燒。另一方面，負荷比第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tc稍微降低時，難以進行壓縮自點火燃燒。S卩，隨著負荷的增加，如果僅是壓縮自點火燃燒，則有可能產(chǎn)生爆發(fā)性的異常燃燒。因此，減少內(nèi)部EGR比率，混合氣體的一部分進行壓縮自點火燃燒，剩余大量的混合氣體改成在內(nèi)部EGR比率低的狀態(tài)下能夠良好地燃燒的通過火花塞105的火花點火燃燒。據(jù)此，可以抑制在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間移動時產(chǎn)生不穩(wěn)定的燃燒。這樣，通過在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的負荷。
[0135]進而，在該第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，連續(xù)控制各控制參數(shù)，不讓燃燒方式的切換、變更造成的燃燒不穩(wěn)定產(chǎn)生。例如，輔助升程量S在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的區(qū)間從輔助升程量Sb連續(xù)地減少降低至輔助升程量Sc (=零升程)。因此，內(nèi)部EGR量也從比率Rb連續(xù)減少變化到比率Re，可進行部分的壓縮自點火燃燒及部分的火花點火燃燒。另外，機械壓縮比ε在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的區(qū)間也被連續(xù)地減少控制為機械壓縮比eb?ε C，可進行部分的壓縮自點火燃燒及部分的火花點火燃燒。
[0136]另外，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的區(qū)間，空氣過剩率λ從Ab向Ac連續(xù)變濃的方向被控制，進氣門123的閉時期(IVC)從IVCb向IVCc大幅朝滯后角側(cè)過渡。這是因為，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域改變負荷調(diào)節(jié)的方法。即，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，不使用進氣門123的閉時期(IVC)，而是使用空氣過剩率λ進行負荷調(diào)節(jié)，但在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，不使用空氣過剩率λ，而是使用進氣門123的閉時期(IVC)進行負荷調(diào)節(jié)。
[0137]因此，為了在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域不產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩變動地順暢連結(jié)第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，調(diào)節(jié)上述的控制參數(shù)。這樣，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間，各控制參數(shù)不是階躍性地轉(zhuǎn)換，而在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的區(qū)間連續(xù)變化調(diào)節(jié)，因此，可采用部分的壓縮自點火燃燒及部分的火花點火燃燒，進行穩(wěn)定的燃燒。
[0138]接著，對內(nèi)燃機起動，熱機結(jié)束前的冷機狀態(tài)的控制進行說明。內(nèi)燃機在冷機狀態(tài)時如果變更燃燒方式來進行壓縮自點火燃燒，則因壓縮混合氣體時的氣體溫度本來就低，且自點火性能惡化，不能確保穩(wěn)定的燃燒的可能性大。因此，如圖12所示，在全區(qū)域進行火花點火燃燒，進行可靠的混合氣體的燃燒。以下，對負荷和各控制參數(shù)的關(guān)系進行說明。
[0139]在圖13、及圖11上側(cè)(冷機運轉(zhuǎn)時)的特性圖中，節(jié)氣門的節(jié)氣門開度在怠速時的負荷Ta下以規(guī)定的開度打開，隨著負荷增加，吸入空氣根據(jù)該開度供給，在最大負荷Td下，開度成為100%。
[0140]另外，通過進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3，進氣門123的關(guān)氣門相位以圖13、圖11上側(cè)(冷機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示的方式調(diào)節(jié)。即，在全負荷區(qū)域的負荷Ta至負荷Td為止，關(guān)氣門相位為IVCa?IVCd，這些關(guān)氣門相位被維持在下止點(BDC)附近的相同的關(guān)氣門相位。同樣，空氣過剩率λ也在全負荷區(qū)域(Aa?Ad)控制在1，機械壓縮比ε也在全負荷區(qū)域(ε a?ε d)控制在12。此外，該機械壓縮比12為VCR可變范圍中最小的機械壓縮比，通過減少機械壓縮比(=膨脹比)來提高排氣溫度，因為通過促進三元催化劑的溫度上升而提高催化劑轉(zhuǎn)化率，能夠減少排氣排放物。
[0141]而且，在冷機狀態(tài)下，通過排氣輔助升程機構(gòu)(E - SVEL) I調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR。在冷機狀態(tài)，即使是火花點火燃燒，燃燒也容易惡化，除最大負荷Td時以外，進行輔助升程控制來調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量的方式構(gòu)成。在冷機狀態(tài)的怠速附近的負荷Ta下，排氣門124的輔助升程為輔助升程量Sac。該輔助升程量Sac是比壓縮自點火燃燒中的輔助升程量Sa小的升程量，但在大致全負荷區(qū)域執(zhí)行輔助升程控制的內(nèi)部EGR。此外，在發(fā)熱量最大的全負荷Td時，排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) I的輔助升程控制下的輔助升程量Sdc成零升程，實際上抑制或停止輔助升程控制。因此，內(nèi)部EGR被抑制在僅極小量。
[0142]順帶說，如果將冷機狀態(tài)的輔助升程量Sac設(shè)定成與熱機結(jié)束狀態(tài)的壓縮自點火燃燒的輔助升程量Sa相同的高輔助升程量S，則在內(nèi)燃機的機械摩擦力大的冷機狀態(tài)下，燃燒轉(zhuǎn)矩變得不足(新氣不足)，會產(chǎn)生內(nèi)燃機熄火，因此，使輔助升程量S成為小的升程。
[0143]另外，在冷機狀態(tài)下，排氣側(cè)液壓正時機構(gòu)(E - VTC) 2比熱機狀態(tài)時提前控制，與在圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的熱機狀態(tài)下的排氣門升程相比，提前了曲柄角度Xe(葉片角度Θ e)。由此，在排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL) I的輔助升程量Sac的開氣門時期，如圖11上側(cè)(冷機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示，成為比上止點(TDC)滯后角度XaL的相位，比在熱機狀態(tài)下的角度XaH提前打開。由此，得到以下的效果。
[0144]S卩，從進氣行程的較早的階段起，通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL) I的輔助升程控制，促進內(nèi)部EGR，能夠?qū)⒏邷氐呐艢鈱肴紵覂?nèi)。由此，很好地進行新氣和高溫排氣的混合，不容易產(chǎn)生上述的溫度的分層化現(xiàn)象(在壓縮自點火燃燒中有效)，因而帶來均勻的氣體溫度上升，改善冷機狀態(tài)的火花點火燃燒，并且促進內(nèi)燃機的熱機，也有助于排氣排放物的降低。
[0145]在此，在排氣行程中的排氣門124的氣門升程也同時提前，因此，排氣門124的開時期(EVO)和閉時期(EVC)提前，得到下面的效果。S卩，通過提前排氣門124的開時期(EVO)，在燃燒氣體溫度高的狀態(tài)下打開排氣門124，所以排出的排氣的溫度上升，加熱下游的三元催化劑，能夠提高催化劑轉(zhuǎn)化率。另外，通過提前排氣門124的閉時期(EVC)，在排氣上止點前向燃燒室內(nèi)封入燃燒氣體進行壓縮，隨即當進氣門123打開時，將燃燒氣體向進氣管側(cè)猛烈噴出，因此，攪拌進氣流而強化進氣流動，能夠進一步改善燃燒。
[0146]此外，如圖7A所示，排氣側(cè)液壓正時機構(gòu)(E - VTC) 2的默認位置是最提前角位置，因此，圖11上側(cè)(冷機時)的特性圖那樣的、在進氣行程中的排氣輔助升程曲線及在排氣行程中的排氣升程曲線的提前角的作用、效果正好能夠從起動燃燒的初期得到。
[0147]另一方面，進氣側(cè)液壓正時機構(gòu)(I 一 VTC) 3在冷機狀態(tài)下同樣控制在最提前角位置，處于圖13的進氣門123的關(guān)氣門時期(IVC)范圍即IVCa至IVCd在下止點(BDC)附近大致固定。因此，通過這樣獲得的有效壓縮比增大效果，改善在冷機狀態(tài)的燃燒。而且，進氣側(cè)液壓正時機構(gòu)(1- VTC) 3的默認位置也是該最提前角位置，因此，上述的進氣門123的關(guān)氣門時期(IVC)的提前角帶來的燃燒改善效果也同樣正好從起動燃燒的初期得到。
[0148]下面，對以上的本實施例中的特征性的構(gòu)成和其作用、效果，簡單地進行說明。
[0149]首先，本實施例中，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，維持在大致固定的機械壓縮比附近，優(yōu)先執(zhí)行可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL)的內(nèi)部EGR量變更控制，通過主動地調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量，可以提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性。另外，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制排氣輔助升程控制機構(gòu)(E — SVEL)的內(nèi)部EGR量變更控制，實際上將內(nèi)部EGR量維持抑制在極小量，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，主動地降低機械壓縮比來進行調(diào)節(jié)，從而提高抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，還可以抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。
[0150]另外，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域維持大致最大的機械壓縮比，由此，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，根據(jù)大致最大的機械壓縮比，能夠最大限度地提高壓縮上止點溫度，所以能夠更穩(wěn)定壓縮自點火燃燒。在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，隨著負荷上升，通過在不引起爆震的狀態(tài)下降低機械壓縮比，抑制隨著負荷增加而容易產(chǎn)生的火花點火燃燒中的爆震(異常燃燒)，并通過盡可能保持高的機械壓縮比，可以維持高熱效率。由此，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域雙方，能夠改善燃燒而提高燃燒效率。
[0151]另外，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，與負荷的減少對應(yīng)地，通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E -SVEL)使內(nèi)部EGR量增加，由此，越是壓縮自點火燃燒的點火性能差的低負荷，越增加高溫的內(nèi)部EGR量，所以壓縮自點火燃燒的點火性能提高，可以使燃燒穩(wěn)定化。在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，通過抑制、停止排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)的內(nèi)部EGR的導入，降低并抑制高溫的內(nèi)部EGR量，所以抑制燃燒室內(nèi)的氣體溫度上升，火花點火燃燒時的抗爆震性提高，燃燒噪音也可以降低。
[0152]另外，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，通過將進氣門的閉時期(IVC)保持在下止點(BDC)附近，能夠提高有效壓縮比，提高壓縮自點火燃燒的點火性能，提高燃燒穩(wěn)定性。在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域隨著負荷減少，通過使進氣門的閉時期(IVC)從最大負荷下的下止點(BDC)附近滯后，降低有效壓縮比，可以提高火花點火燃燒的抗爆震性，還可以降低栗損失。
[0153]另外，通過在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間設(shè)定進行壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒的并用燃燒的第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，能夠抑制在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間移動時產(chǎn)生燃燒的不穩(wěn)定。
[0154]另外，在內(nèi)燃機的冷機狀態(tài)，通過在全區(qū)域進行火花點火燃燒，回避冷機狀態(tài)的壓縮自點火燃燒的點火性能變差這一問題，通過火花點火燃燒實現(xiàn)冷機狀態(tài)下的內(nèi)燃機的良好燃燒。
[0155]另外，在冷機時，通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)的內(nèi)部EGR作用，導入規(guī)定量的高溫的排氣，并且通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)使壓縮比減少至大致最小的機械壓縮比，由此，通過高溫的排氣改善冷機狀態(tài)的燃燒，另外，通過減少機械壓縮比(=膨脹比)，提高排氣溫度，促進三元催化劑的溫度上升，通過提高轉(zhuǎn)化率，也可以降低排氣排放物。
[0156](實施例2)
[0157]接著，使用圖14、圖15對本發(fā)明的第二實施方式進行說明，實施例1使用排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)1控制內(nèi)部EGR量，與之相對地，在本實施例中，利用進氣門123和排氣門124之間的負氣門重疊(負氣門重疊)來控制內(nèi)部EGR量，這點有所不同。因此，本實施例中使用排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3，而不使用排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEDl0因此，本實施例中，將排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3統(tǒng)稱為可變氣門控制機構(gòu)(VVA)。
[0158]熱機運轉(zhuǎn)時的燃燒運轉(zhuǎn)區(qū)域與實施例1的圖9相同，在各區(qū)域中的控制參數(shù)基本相同，但為了控制內(nèi)部EGR量，排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3的動作被特別控制。
[0159]在圖14、圖15中，如果考察壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，則在怠速時的負荷Ta下，成為與實施例1相同的內(nèi)部EGR比率Ra，但其實現(xiàn)方法不是通過排氣輔助升程控制機構(gòu)(E - SVEL)，而是如圖15(a)所示，通過相位角NOa這種大的負氣門重疊來實現(xiàn)。該負氣門重疊NOa是指，上止點(TDC)前的排氣門124的閉時期(EVCa)和上止點(TDC)后的進氣門123的開時期(IVOa)之間的相位角。
[0160]S卩，是指上止點(TDC)前的排氣門124的閉時期(EVCa)和上止點(TDC)后的進氣門123的開時期(IVOa)不重疊，進氣門123和排氣門124同時關(guān)閉的區(qū)間。本實施例中，通過調(diào)節(jié)該負氣門重疊的相位角，調(diào)節(jié)剩余排氣(=內(nèi)部EGR)的剩余量。
[0161]在排氣行程的后半，排氣門124在上止點(TDC)前的關(guān)氣門時期(EVCa)關(guān)閉，因此，燃燒后的高溫的剩余排氣在該時刻封入燃燒室104內(nèi)。這時的燃燒室104的壓力為大氣壓水平。之后，壓縮剩余排氣至排氣行程的上止點，燃燒室104內(nèi)的壓力上升。然而，在該狀態(tài)下，由于進氣門123未打開而關(guān)閉，所以燃燒氣體依然剩下，進氣門123在活塞再度下降后的燃燒室內(nèi)的壓力返回原來水平附近的開時期(IVOa)打開。
[0162]因此，高溫的剩余排氣(=內(nèi)部EGR)幾乎不向進氣口 121側(cè)逆流，而是留在燃燒室104的頂部附近，通過活塞的下降運動，能夠從進氣口開始新氣的吸入，并且，能夠在燃燒室104內(nèi)確保需要的內(nèi)部EGR量。而且，在燃燒室104內(nèi)產(chǎn)生前述的溫度分層化現(xiàn)象，所以壓縮自點火燃燒從溫度高的部分開始，燃燒順暢地向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移，所以也不易產(chǎn)生在壓縮自點火燃燒中容易成為問題的在燃燒室104內(nèi)的同時燃燒造成的爆發(fā)性的燃燒噪音問題。由此，能夠向高負荷區(qū)域側(cè)擴大燃燒效率高的壓縮自點火燃燒區(qū)域，進一步提高在實際行駛中的燃燒效率性能。
[0163]因此，優(yōu)選地，排氣門124的閉時期(EVCa)和上止點(TDC)之間的相位角NE、和進氣門123的開時期(IVOa)和上止點(TDC)之間的相位角NI是大致相同程度的相位角，SP“相位角NE N相位角NI”，或“相位角NE〈相位角NI”的關(guān)系。這樣，就可以得到與實施例1同樣的內(nèi)部EGR的比率Ra。進而，負荷上升至第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的最大負荷Tb的情況下，也確保“相位角NE N相位角NI”，并只要將負氣門重疊降低至NOb，就可以確保與實施例1同樣的內(nèi)部EGR的比率Rb。
[0164]只要通過排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC)2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3來控制進氣門123和排氣門124的開氣門相位及關(guān)氣門相位，就可以這樣控制負氣門重疊量。圖15(a)表示在負荷Ta下的負氣門重疊量NOa，圖15(b)表示負荷Tb下的負氣門重疊量NOb，圖15(c)表示負荷Tc下的負氣門重疊量NOc，圖15(d)表示在負荷Td下的負氣門重疊量NOd。另外，在通過該負氣門重疊進行的內(nèi)部EGR量的控制方法中，利用排氣門124的關(guān)氣門時期(EVC)和進氣門123的開氣門時期(IVO)直接控制封入燃燒室104內(nèi)的剩余排氣量，所以控制響應(yīng)性快。
[0165]在此，通過負氣門重疊的控制，進氣門123的關(guān)氣門時期(IVC)也隨著變化，因此，負荷的控制以進氣門123的關(guān)氣門時期(IVC)的變化為前提，通過空氣過剩率λ進行調(diào)節(jié)。例如，如圖14，在負荷Ta下，進氣門123的關(guān)氣門時期(IVCa)比下止點相當晚，充填效率比實施例1小。因此，相應(yīng)地將空氣過剩率λ例如設(shè)為Aa = 2左右，相對于實施例1的Aa = 3左右控制在較富側(cè)。另一方面，在負荷Tb下，進氣門123的關(guān)氣門時期(IVCb)與實施例1是相同的程度，這時的空氣過剩率Ab也與實施例1是相同的程度。
[0166]這樣，本實施例中，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，維持固定的機械壓縮比，優(yōu)先執(zhí)行利用可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(Ε — VTC) 2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC)3之間的負氣門重疊的內(nèi)部EGR量變更控制，通過主動地調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量，能夠提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性。
[0167]接著，在高負荷側(cè)的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，執(zhí)行與實施例1實際上相同的控制。S卩，在從負荷Tc至最大負荷Td的范圍執(zhí)行火花點火燃燒。如果向該區(qū)域過渡，則排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3之間的負氣門重疊如NOc、NOd所示，實際上幾乎維持在零，由此，以內(nèi)部EGR極小的方式控制。
[0168]另外，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，機械壓縮比ε隨著負荷的上升而降低，抑制在壓縮上止點的氣體溫度過度上升。另外，負氣門重疊實際上維持為零，因此，高溫的內(nèi)部EGR量(=剩余排氣量)控制在極小量。由此，內(nèi)部EGR對燃燒室104內(nèi)的氣體溫度的影響小，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比ε的降低控制，高溫的內(nèi)部EGR的不利影響幾乎被排除，在火花點火燃燒區(qū)域所擔心的爆震(異常燃燒)現(xiàn)象得到抑制。即，在內(nèi)燃機中，隨著負荷上升而容易產(chǎn)生爆震，因此，一邊控制成能夠抑制爆震的最大機械壓縮比，一邊隨著負荷的增加盡可能降低機械壓縮比ε，在全負荷Td下將機械壓縮比降低至機械壓縮比ε =12左右。由此，能夠抑制爆震，提高熱效率，提高在火花點火燃燒區(qū)域的燃燒效率。另外，本實施例中，在最大負荷下機械壓縮比降低至^d= 12，所以不僅能夠抑制爆震，還可以抑制燃燒速度及燃燒壓的上升率(dP/d Θ )，所以能夠可靠地回避專利文獻I中所擔心的燃燒噪音急增的現(xiàn)象。
[0169]進而，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷(內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩值)的控制主要通過進氣門123的閉時期(IVC)的控制來進行。即，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的最小負荷Tc下，如圖11下側(cè)(熱機運轉(zhuǎn)時)的特性圖所示，進氣升程曲線最大限度地滯后，進氣門123的閉時期(IVC)成為最滯后角IVCc0進氣門123的閉時期(IVC)比下止點(BDC)大幅滯后，因此，在下止點(BDC)后大量向進氣系統(tǒng)排出在進氣行程中吸入到燃燒室104內(nèi)的新氣。因此，燃燒室104內(nèi)的新氣充填效率下降，負荷在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域中被抑制成最小的負荷Tc。
[0170]而且，在提高負荷的情況下，逐漸提前進氣門123的閉時期(IVC)，在最大負荷Td下的進氣門123的閉時期(IVC)是最提前角IVCd。但是，為了配合負荷，如果使進氣門123的閉時期變化，則有效壓縮比因該進氣門123的閉時期而改變。因此，需要調(diào)節(jié)機械壓縮比ε。因此，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，以進氣門123的閉時期的變化為前提，將機械壓縮比ε調(diào)節(jié)至不產(chǎn)生爆震的極限。作為其結(jié)果，通過可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，在從負荷Tc至最大負荷Td的期間，以像機械壓縮比ε c?ε d這樣連續(xù)降低的方式進行控制。
[0171]這樣，在本實施例中，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制通過排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E - VTC) 2和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(1- VTC) 3之間的負氣門重疊的內(nèi)部EGR量變更控制，實際上將內(nèi)部EGR量維持在極小量，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，主動降低機械壓縮比來進行調(diào)節(jié)，從而提高抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，還可以抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。
[0172]接著，在設(shè)定于第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間的并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒的第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，也進行負氣門重疊控制，并執(zhí)行與實施例1實際上相同的控制。在稍微超過第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tb的附近，混合氣體的大部分通過壓縮自點火燃燒而燃燒，未能燃燒的混合氣體通過火花塞105的火花放電而火花點火燃燒。另一方面，在負荷比第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的負荷Tc稍微低的附近，難以進行壓縮自點火燃燒。S卩，隨著負荷的增加，如果僅是進行壓縮自點火燃燒，就有可能產(chǎn)生爆發(fā)性的異常燃燒。因此，降低EGR量來抑制壓縮自點火燃燒，混合氣體的一部分進行壓縮自點火燃燒，剩余的大量的混合氣體通過火花塞105進行火花點火燃燒。據(jù)此，可以抑制在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間轉(zhuǎn)移時產(chǎn)生不穩(wěn)定的燃燒。這樣，在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域，并用壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩(負荷)。
[0173]這樣，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間，各控制參數(shù)不會階躍性地轉(zhuǎn)換，而是在第三運轉(zhuǎn)區(qū)域的區(qū)間連續(xù)地變化調(diào)節(jié)，因此，可進行部分的壓縮自點火燃燒及部分的火花點火燃燒，從而能夠進行穩(wěn)定的燃燒。
[0174]除以上說明的實施例外，本發(fā)明也可實施以下敘述的變形例施。S卩，作為控制內(nèi)部EGR的可變氣門機構(gòu)的方式，對于使排氣門的輔助升程量變化的實施方式，或使負氣門重疊變化的實施方式進行了敘述，但即使是其他的方式也沒有關(guān)系。例如，也可以作為下述實施方式，通過排氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(E — VTC)和進氣側(cè)液壓氣門正時控制機構(gòu)(I —VTC)，進氣門123和排氣門124以產(chǎn)生正氣門重疊(進氣門和排氣門同時重疊打開)的方式進行控制，利用排氣震動使排氣(燃燒氣體)經(jīng)由排氣門在氣門重疊區(qū)間向燃燒室內(nèi)作為內(nèi)部EGR逆流。另外，不僅可以使用內(nèi)部EGR，而且也可以使用外部EGR。該情況下，通過低溫的外部EGR，使抗爆震性能相對進一步提高，因此，也得到能夠相應(yīng)縮小可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比的控制范圍這種效果。
[0175]另外，作為可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的例子，說明了使用連桿使活塞側(cè)的位置變化的實施方式，但也可以是使燃燒室側(cè)的位置變化的構(gòu)成。另外，對于應(yīng)用的內(nèi)燃機，在本實施例中說明了向燃燒室內(nèi)噴射汽油的情況，但也可以應(yīng)用于使用在汽油中混合乙醇及輕油的復合燃料的內(nèi)燃機。這樣，只要是不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍，具體的實施例的構(gòu)成沒有特別的限定。
[0176]如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，在內(nèi)燃機中設(shè)有控制內(nèi)部EGR量的可變氣門控制機構(gòu)(VVA)、和控制機械壓縮比的可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)，在進行壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的內(nèi)部EGR量變更控制，在進行火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，抑制可變氣門控制機構(gòu)(VVA)的內(nèi)部EGR量變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)(VCR)的機械壓縮比變更控制。據(jù)此，可以提高低負荷側(cè)的壓縮自點火燃燒的燃燒穩(wěn)定性，并且提高高負荷側(cè)的火花點火燃燒的抗爆震性及燃燒穩(wěn)定性，還可以抑制火花點火燃燒的燃燒噪音。而根據(jù)所述各實施方式等所能撐握的保護范圍記載之外的技術(shù)思想，如下所述。
[0177](a)其特征在于，通過可變機械壓縮比機構(gòu)，在第一運轉(zhuǎn)區(qū)域維持大的機械壓縮比，在第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，隨著負荷上升，降低機械壓縮比。
[0178](b)其特征在于，在內(nèi)燃機冷機時，在全區(qū)域進行火花點火燃燒。
[0179](c)其特征在于，在內(nèi)燃機冷機時，通過可變氣門機構(gòu)導入規(guī)定量的內(nèi)部EGR量，并且通過可變機械壓縮比機構(gòu)減少至大致最小的機械壓縮比。
[0180]另外，本發(fā)明不限于上述的實施例，包含各種變形例。例如，上述的實施例為了容易理解本發(fā)明而進行了詳細的說明，但不一定限于具備說明的全部構(gòu)成。另外，可將某實施例的構(gòu)成的一部分置換為其它的實施例的構(gòu)成，另外，也可增加與某實施例的構(gòu)成不同的實施例的構(gòu)成。另外，對于各實施例的構(gòu)成的一部分，可追加、消除、置換其它的構(gòu)成。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，具備: 可變氣門控制機構(gòu)，其控制向內(nèi)燃機的燃燒室供給的內(nèi)部EGR量； 可變機械壓縮比控制機構(gòu)，其控制所述燃燒室的機械壓縮比； 控制單元，其將在所述內(nèi)燃機的燃燒室的混合氣體的燃燒方式切換為壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒中的任一種，并且控制所述可變氣門控制機構(gòu)及可變機械壓縮比控制機構(gòu)，所述內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)的特征在于， 在進行所述壓縮自點火燃燒的第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制，優(yōu)先執(zhí)行所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，而在進行所述火花點火燃燒的第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，優(yōu)先執(zhí)行可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制。2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 在進行所述壓縮自點火燃燒的所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制，維持在規(guī)定的機械壓縮比附近，并且優(yōu)先執(zhí)行所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量，而在進行所述火花點火燃燒的所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制單元抑制所述可變氣門控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量變更控制，將內(nèi)部EGR量抑制在規(guī)定量，并且優(yōu)先執(zhí)行所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)的機械壓縮比變更控制，調(diào)節(jié)機械壓縮比。3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 通過所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)，所述控制單元在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域維持高機械壓縮比，并在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域隨著負荷的上升而降低機械壓縮比。4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 通過所述可變氣門控制機構(gòu)，所述控制單元在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域根據(jù)負荷的增加來減少內(nèi)部EGR量，并在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域?qū)⑺隹勺儦忾T控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量抑制在小量。5.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 通過所述可變機械壓縮比控制機構(gòu)，所述控制單元在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域維持大致最大的機械壓縮比，并在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域隨著負荷的上升而降低機械壓縮比，而通過所述可變氣門控制機構(gòu)，在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域根據(jù)負荷的增加來減少內(nèi)部EGR量，并在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域?qū)⑺隹勺儦忾T控制機構(gòu)的內(nèi)部EGR量抑制在小量。6.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 所述可變氣門控制機構(gòu)具備在進氣行程使排氣門打開的排氣輔助升程控制機構(gòu)，所述控制單元通過改變所述排氣輔助升程控制機構(gòu)的升程特性來改變內(nèi)部EGR量。7.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 所述可變氣門控制機構(gòu)具備進氣側(cè)氣門正時控制機構(gòu)，所述控制單元在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域?qū)⑺鲞M氣側(cè)氣門正時控制機構(gòu)的進氣門的閉時期保持在下止點附近，并且在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域，根據(jù)負荷的增加，將所述進氣門的閉時期朝向在最大負荷下的下止點附近的閉時期提前。8.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域和所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域之間設(shè)定進行壓縮自點火燃燒和火花點火燃燒雙方的并用燃燒的第三運轉(zhuǎn)區(qū)域。9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域被設(shè)定為低負荷的區(qū)域，所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域被設(shè)定為高負荷的區(qū)域，所述第三運轉(zhuǎn)區(qū)域被設(shè)定為低負荷和高負荷之間的區(qū)域。10.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的可變?nèi)紵到y(tǒng)，其特征在于， 所述控制單元在完成了所述內(nèi)燃機的預熱的熱機狀態(tài)下執(zhí)行在所述第一運轉(zhuǎn)區(qū)域的壓縮自點火燃燒和在所述第二運轉(zhuǎn)區(qū)域的火花點火燃燒，在未完成預熱的冷機狀態(tài)下，在全運轉(zhuǎn)區(qū)域執(zhí)行所述火花點火燃燒。
【文檔編號】F02D9/04GK106032773SQ201510121641
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月19日
【發(fā)明人】中村信
【申請人】日立汽車系統(tǒng)株式會社