(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの運転状態に応じて最適な強度のスワールを連続的に設定可能とする。【解決手段】ディーゼルエンジンのシリンダ１ｂに、強スワールポート３ａと弱スワールポート３ｂとを接続し、弱スワールポート３ｂにスワール制御弁１１を介装する。制御ユニット部３１ｂでは、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＬＦＡとに基づきマッブを参照して目標ＳＣＶ開度ＴＡｍを設定し（Ｓ７）、目標ＳＣＶ開度ＴＡｍとスワール開度センサ１７で検出したスワール制御弁１１の弁開度（ＳＣＶ開度）ＴＡとの差開度ΔＴＡを算出し（Ｓ９）、差開度ΔＴＡに基づいてＳＣＶ開度ＴＡをフィードバック制御することで、スワール制御弁１１の開度を連続的に可変し、強スワールポート３ａを経てシリンダ１ｂに供給される吸気に生成されるスワールの強度を最適に制御する。【選択図】図３
2004293476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのシリンダに対して２つの吸気ポートを接続し、
上記一方の吸気ポートを上記シリンダに供給する吸気に対して強度の強いスワールを生成する形状に形成し、
上記他方の吸気ポートの上流開口側にスワール制御弁を配設し、
上記スワール制御弁を開閉動作させて上記一方の吸気ポートを経て上記シリンダに供給される上記吸気に生成されるスワールの強度を変化させるディーゼルエンジンの吸気制御装置において、
要求負荷とエンジン回転数とに基づき目標スワール制御弁開度を設定する目標スワール制御弁開度設定手段と、
上記目標スワール制御弁開度と実際に検出したスワール制御弁開度との差開度を算出する差開度算出手段と、
上記差開度に基づき上記スワール制御弁を動作させるスワールアクチュエータの駆動量をフィードバック制御して該スワール制御弁の弁開度を連続的に可変動作させるフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
上記要求負荷がアクセル開度であることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの吸気制御装置。
【請求項３】
上記目標スワール制御弁開度設定手段は、上記要求負荷と上記エンジン回転数とに基づきマップ参照により上記目標スワール制御弁開度を設定することを特徴とする請求項１或いは２記載のディーゼルエンジンの吸気制御装置。
【請求項４】
上記目標スワール制御弁開度は、上記要求負荷と上記エンジン回転数とが共に低い領域から、該要求負荷と該エンジン回転数とが共に高い領域へ移行するに従い、上記スワール制御弁を次第に開弁させる値に設定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のディーゼルエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に供給される吸気にスワールを生成させるディーゼルエンジンの吸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、燃焼の際に発生する黒煙（スモーク）に対しても低減要求が高まっている。黒煙対策としては、シリンダ内にスワール（旋回流）を生成し、このスワールにより燃料と空気とを充分に混合させて、安定した燃焼を得る技術が知られている。
【０００３】
しかし、高回転域でのスワールが強過ぎると、燃料噴射ノズルから噴射された燃料が充分に混合されず、燃料濃度が極端に高い部分が生じ、かかる部分では酸素不足により燃焼性が悪くなり、スモークの発生量が増加してしまう。そのため、低回転領域では強い強度のスワールを生成し、高回転領域では強度の弱いスワールを生成させるような制御が必要となる。
【０００４】
例えば特開平１０−１２２０２８号公報には、吸気ポートとして、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとを備え、タンジェンシャルポートに連通する吸気マニホルドの分岐通路にスワール制御弁を介装し、低回転低負荷運転時にはスワール制御弁を閉弁させ、この状態からエンジン回転数或いは負荷が上昇するに従い、中間開度、全開と段階的に開弁させるように制御する技術が開示されている。
【０００５】
すなわち、低回転低負荷運転時は、スワール制御弁を全閉状態とし、吸気の大部分をヘリカルポートを経てシリンダへ供給することで、シリンダ内に強度の強いスワールを生成する。このスワール中に燃料を噴霧することで、燃料が拡散され、燃料と吸気とを良好に混合させて、安定した拡散燃焼を実現させる。
【０００６】
一方、エンジン回転数、或いは負荷の上昇に従い、スワール制御弁を段階的に開弁させて、ヘリカルポートとタンジェンシャルポートとの双方からシリンダ内に吸気を供給することで、ヘリカルポートから供給する吸気のスワール強度を弱めると共に充填効率を高めてエンジン出力をアップさせる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１２２０２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に開示されている技術では、スワール制御弁の開度を、エンジン回転数或いは負荷に応じて全閉、中間開度、全開の３段階に制御しているに過ぎない。
【０００９】
従って、エンジン回転数と負荷に応じた最適なスワールを生成することができず、エンジン回転数と負荷とが連続的に変化する過程において、スモークを含む炭素分を主成分とする微粒子状物質（以下「パティキュレート」と称する）のより一層の低減を図るには限界がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、エンジン回転数と要求負荷とに応じた最適な強度のスワールを設定することが可能で、スモークを含むパティキュレートの発生を、より一層低減させることのできるエンジンの吸気制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、１つのシリンダに対して２つの吸気ポートを接続し、上記一方の吸気ポートを上記シリンダに供給する吸気に対して強度の強いスワールを生成する形状に形成し、上記他方の吸気ポートの上流開口側にスワール制御弁を配設し、上記スワール制御弁を開閉動作させて上記一方の吸気ポートを経て上記シリンダに供給される上記吸気に生成されるスワールの強度を変化させるディーゼルエンジンの吸気制御装置において、要求負荷とエンジン回転数とに基づき目標スワール制御弁開度を設定する目標スワール制御弁開度設定手段と、上記目標スワール制御弁開度と実際に検出したスワール制御弁開度との差開度を算出する差開度算出手段と、上記差開度に基づき上記スワール制御弁を動作させるスワールアクチュエータの駆動量をフィードバック制御して該スワール制御弁の弁開度を連続的に可変動作させるフィードバック制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、要求負荷とエンジン回転数とに基づき目標スワール制御弁開度を設定し、この目標スワール制御弁開度と実際に検出したスワール制御弁開度との差開度を算出し、この差開度に基づき他方の吸気ポートの上流開口側に配設したスワール制御弁の弁開度を連続的に可変動作させることで、一方の吸気ポートを通過する吸気によってシリンダ内に生成されるスワール強度を連続的に可変させる。
【００１３】
この場合、好ましくは、上記要求負荷がアクセル開度であると良い。更に、上記目標スワール制御弁開度設定手段は、上記要求負荷と上記エンジン回転数とに基づきマップ参照により上記目標スワール制御弁開度を設定すると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１にエンジン制御系の全体概略図を示す。
【００１５】
同図の符号１は吸気２弁式ディーゼルエンジン（以下「エンジン」と称する）で、本実施の形態では水平対向型４気筒エンジンが示されている。このエンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクに、シリンダヘッド２がそれぞれ冠設され、各シリンダヘッド２には気筒毎に、２つの吸気ポート３ａ，３ｂと２つの排気ポート４ａ，４ｂとが形成されている（図２参照）。尚、図示しないが、吸気ポート３ａ，３ｂには吸気弁が、排気ポート４ａ，４ｂには排気弁が各々備えられている。
【００１６】
気筒毎の各吸気ポート３ａ，３ｂは、吸気マニホルド５を介して上流側で集合されてエアチャンバ７に接続されている。このエアチャンバ７の上流に吸気管１２を介してエアクリーナを格納するエアボックス１３が連通されている。尚、符号１４は空気取入れ口に連通する吸気チャンバである。
【００１７】
又、シリンダヘッド２には、シリンダ１ｂ内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル１０が気筒毎に配設されている。
【００１８】
各気筒の排気ポート４ａ，４ｂに、排気マニホルド６が分岐接続されており、この排気マニホルド６の下流側の集合部が排気管８に接続され、この排気管８にマフラ９が介装されている。更に、排気管８の左右シリンダヘッド２からの合流部に、三元触媒或いは酸化触媒等からなる触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕捉するフィルタ等で構成された排気浄化装置１８が介装されている。
【００１９】
又、図２に示すように、２つの吸気ポートの一方（図においては吸気ポート３ａ）は、シリンダ１ｂ内に強度の強いスワールが生成されるように、その先端部が、例えばヘリカル状に形成された状態でシリンダ１ｂに接続されている。又、他方の吸気ポート３ｂは、その先端部が、直線上に延出されてシリンダ１ｂに対し略接線方向で接続する、例えばタンジェンシャル状に形成されており、吸気ポート３ｂを経てシリンダ１ｂへ供給される吸気は直進性が高く、シリンダ１ｂ内に、一方の吸気ポート３ａから供給される吸気と同方向で、強度の弱いスワールが生成される。尚、以下の説明では、便宜的に、一方の吸気ポート３ａを強スワールポート３ａ、他方の吸気ポート３ｂを弱スワールポート３ｂと称する。
【００２０】
各気筒の強スワールポート３ａと弱スワールポート３ｂとの上流開口端が、吸気マニホルド５の分岐管に連通されており、この吸気マニホルド５の上流側の集合部がエアチャンバ７に接続されている。
【００２１】
図２示すように、吸気マニホルド５の、弱スワールポート３ｂ側に連通する分岐管にスワール制御弁１１が配設されている。尚、各スワールポート３ａ，３ｂと、それに連通する分岐管とは一体的に連続されているため、以下の説明では、便宜的にスワールポート３ａ，３ｂに分岐管を含めて説明する。
【００２２】
各スワール制御弁１１の外周は、それが配設されている弱スワールポート３ｂの内周とほぼ同じ形状に形成されているバタフライバルブであり、吸気マニホルド５を貫通するスワール軸１５に固設されている。スワール軸１５は、左右一対設けられ、各スワール軸１５に２つのスワール制御弁１１が各々固設されている。この各スワール軸１５の一端にスワールアクチュエータ１６が連結され、他端にスワール開度センサ１７が連設されている。
【００２３】
本実施の形態では、スワールアクチュエータ１６としてソレノイドモータを採用しており、後述する電子制御ユニット３１からの駆動信号（デューティ信号）によって制御動作される。尚、スワールアクチュエータ１６は、ソレノイドモータに限らず、ステッピングモータ等であっても良い。
【００２４】
次に、スワール制御弁１１の開度を制御するために必要なセンサ類の配置について説明する。
エンジン１のクランク軸に軸着するクランクロータ１９の外周に、所定クランク角毎にクランクパルスを出力するクランク角センサ２０が対設されている。又、アクセルペダル２１に、アクセルペダル２１の踏込み量に比例する信号を出力するアクセル開度センサ２２が連設されている。尚、アクセル開度センサ２２は、アクセルペダル２１の踏込み量に比例する電圧を出力するポテンショメータ等の接触式センサ以外に、ホール素子等の磁電変換素子を用いた非接触式センサであっても良い。
【００２５】
クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２２等の運転状態を検出するセンサ・スイッチ類は、マイクロコンピュータ及び周辺回路からなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１に接続されており、センサ・スイッチ類からの信号をＥＣＵ３１で処理して、燃料噴射ノズル１０に設けられているアクチュエータ、及びスワールアクチュエータ１６等を駆動し、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及びスワール制御弁１１の弁開度を制御する。
【００２６】
ＥＣＵ３１は、メイン制御ユニット部３１ａとスワール制御弁（ＳＣＶ）制御ユニット部３１ｂとで構成されている。メイン制御ユニット部３１ａは、主に燃料噴射制御を実行し、燃料噴射ノズル１０から出力される燃料噴射量、及び噴射タイミングを設定する。一方、ＳＣＶ制御ユニット部３１ｂは、スワール制御弁１１の目標開度を設定し、実際のスワール制御弁１１の開度が目標開度に収束するように、スワールアクチュエータ１６に対して駆動信号を出力する。
【００２７】
ＳＣＶ制御ユニット部３１ｂで処理されるスワール制御弁１１の開度制御は、具体的には、図３に示すＳＣＶ開度設定ルーチンに従って処理される。
【００２８】
このルーチンは、エンジン始動後所定演算周期毎に実行され、先ず、ステップＳ１で、アクセル開度センサ２２からの出力信号に基づき、要求負荷を表すアクセル開度ＡＬＦＡを算出し、続く、ステップＳ２で、前回のルーチン実行時に算出したアクセル開度ＡＬＦＡ（−１）と比較し、アクセル開度ＡＬＦＡが変化したか否かを調べる。尚、この場合、前回のアクセル開度ＡＬＦＡ（−１）とアクセル開度ＡＬＦＡとの変化量が所定領域内に収まっている場合は変化なしと判断することで、制御ハンチングを防止するようにしても良い。
【００２９】
そして、アクセル開度ＡＬＦＡが変化したと判断した場合は、ステップＳ３へ進み、変化なしと判断した場合、ステップＳ７へジャンプする。ステップＳ３へ進むと、アクセル開度ＡＬＦＡに基づき、ＥＣＵ３１に設けられているＲＯＭ等の記憶手段に、予め格納されている目標エンジン回転数マップ（図示せず）を補間計算付きで参照し、或いは演算により、アクセル開度ＡＬＦＡに対応する目標エンジン回転数ＮＥｍを設定する。
【００３０】
次いで、ステップＳ４へ進み、クランク角センサ２０からの出力信号に基づきエンジン回転数ＮＥを算出し、ステップＳ５で、目標エンジン回転数ＮＥｍとエンジン回転数ＮＥとの差回転ΔＮＥ（ΔＮＥ←ＮＥｍ−ＮＥ）を算出する。
【００３１】
その後、ステップＳ６で、差回転ΔＮＥに基づき、エンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥｍとなるように燃料噴射量をフィードバック制御する。ところで、ディーゼルエンジン１は、ガソリンエンジンのようなスロットル弁がなく、従って、エンジン回転数は燃料噴射量で制御されるため、差回転ΔＮＥに基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することで、エンジン回転数ＮＥを目標エンジン回転数ＮＥｍに収束させることができる。
【００３２】
そして、ステップＳ２、或いはステップＳ６からステップＳ７へ進むと、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＬＦＡとに基づき、ＳＣＶ開度マップを補間計算付きで参照して、目標ＳＣＶ開度ＴＡｍを設定する。図４に、ＳＣＶ開度マップの代表特性を示す。尚、図中に示す角度はスワール制御弁１１の開度を示す。スワール制御弁１１は、通常は全開状態（０°）にあり、全閉方向へ回転するに従い開度が次第に大きくなり、本実施の形態では、約８０°で全閉状態となるように設定されている。
【００３３】
ＳＣＶ開度マップには、要求負荷を表すアクセル開度ＡＬＦＡとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとして、予め実験などから、燃料と空気との混合を促進させることのできる最適な強度のスワールが生成される目標ＳＣＶ開度ＴＡｍを運転領域毎に求め、その値が格納されている。
【００３４】
すなわち、ディーゼルエンジン１では、運転者のアクセルペダル２１の踏込み量が要求負荷に反映されるため、同じエンジン回転数ＮＥでは、アクセル開度ＡＬＦＡが大きくなるに従い、ＳＣＶ開度ＴＡは全開方向へ開弁させることで、スワール強度を次第に弱めると共に充填効率を高めて、エンジン出力をアップさせる。一方、アクセル開度ＡＬＦＡが一定（要求負荷が一定）の状態では、基本的にエンジン回転数ＮＥが上昇するに従いスワール制御弁１１の開度を次第に開弁させることで、スワール強度を次第に弱めると共に充填効率を高める。従って、エンジン１の運転状態が低回転低負荷領域から高回転高負荷領域へ移行するに従い、スワール制御弁１１が次第に開弁されてスワール強度が次第に弱められ、相対的に、弱スワールポート３ｂを通過する吸気量が増加するため充填効率が高められる。
【００３５】
その後、ステップＳ８へ進み、スワール開度センサ１７からの信号に基づいて実際のＳＣＶ開度ＴＡを算出し、ステップＳ９で、目標ＳＣＶ開度ＴＡｍとＳＣＶ開度ＴＡとの差開度ΔＴＡ（ΔＴＡ←ＴＡｍ−ＴＡ）を算出する。
【００３６】
次いで、ステップＳ１０で差開度ΔＴＡが０か否か、すなわちＳＣＶ開度ＴＡが目標ＳＣＶ開度ＴＡｍに収束しているか否かを調べ、ΔＴＡ＝０の場合は、ステップＳ１２へジャンプする。一方、ΔＴＡ＞０、或いはΔＴＡ＜０の場合は、ステップＳ１１へ進み、差開度ΔＴＡに基づき、ＳＣＶ開度ＴＡが目標ＳＣＶ開度ＴＡｍに収束するように、スワールアクチュエータ１６の駆動量をフィードバック制御する。
【００３７】
そして、ステップＳ１０或いはステップＳ１１からステップＳ１２へ進むと、クランク角センサ２０からの出力信号に基づきエンジン回転数ＮＥを再び算出する。次いで、ステップＳ１３へ進み、ステップＳ３で設定した目標エンジン回転数ＮＥｍとエンジン回転数ＮＥとを比較し、エンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥｍに収束したか否かを調べ、収束した場合（ＮＥｍ＝ＮＥ）は、ステップＳ１へ戻る。
【００３８】
一方、エンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥｍに収束していない場合（ＮＥｍ＞ＮＥ、或いはＮＥｍ＜ＮＥ）は、ステップＳ５へ戻り、差回転ΔＮＥに応じて、燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００３９】
このように、本実施の形態では、要求負荷を反映するアクセル開度ＡＬＦＡと、エンジン回転数ＮＥとに基づき、運転領域毎に最適な強度のスワールを生成することのできる目標ＳＣＶ開度ＴＡｍを設定して、ＳＣＶ開度ＴＡを目標ＳＣＶ開度ＴＡｍに収束するように、スワール制御弁１１を連続的に可変制御するようにしたので、強スワールポート３ａを経てシリンダ１ｂに供給される吸気に生成されるスワールの強度が連続的に可変され、各運転領域で最適な強度のスワールを設定することができる。その結果、各運転領域で安定した燃焼を得ることができ、スモークを含むパティキュレートの発生を大幅に低減することができるばかりでなく、燃焼改善により、エンジン出力及び燃費の向上を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、エンジン回転数と要求負荷とに応じた最適な強度のスワールを設定することができ、スモークを含むパティキュレートの発生を大幅に低減することができるばかりでなく、燃焼改善によりエンジン出力、及び燃費の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン制御系の全体概略図
【図２】吸気系の概略説明図
【図３】スワール制御弁開度設定ルーチンを示すフローチャート
【図４】スワール制御弁開度マップの説明図
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
１ｂ  シリンダ
３ａ  強スワールポート（一方の吸気ポート）
３ｂ  弱スワールポート（他方の吸気ポート）
５  吸気マニホルド
１１  スワール制御弁
１６  スワールアクチュエータ
ＡＬＦＡ  アクセル開度（要求負荷）
ＮＥ  エンジン回転数
ＴＡ  スワール制御弁開度
ＴＡｍ  目標スワール制御弁開度
ΔＴＡ  差開度
【図１】
2004293476.tif 000003
【図２】
2004293476.tif 000004
【図３】
2004293476.tif 000005
【図４】
2004293476.tif 000006