(57)【要約】      （修正有）【課題】低スワール要求時のポンプロスを低減するとともに、高スワール要求時のスワール流の強化が可能なエンジンを提供する。【解決手段】エンジンは、気筒２１内へ吸入空気を供給する第１吸気ポート２２ａと、第１吸気ポート２２ａに設けられた第１吸気弁２７ａと、第１吸気弁２７ａの最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構５と、を備え、第１吸気ポート２２ａがタンジェンシャルポートであることを特徴とする。エンジンは最大リフト量を一定のまま、作用角を変更することにより、低スワール要求時にポンプロスを低減し、高スワール要求時のスワール強化を可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ吸入空気を供給する１以上の吸気ポートと、
前記吸気ポートに設けられた吸気弁と
前記吸気弁の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構と、
を備え、
前記吸気ポートの少なくとも１つが、タンジェンシャルポートであることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
エンジンの運転状態に基づき要求スワール比を決定し、前記要求スワール比に対応する作用角となるように、前記作用角可変機構へ前記吸気弁の作用角の変更指示を送る第１制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記吸気弁が開弁する位相を変更する位相可変機構と、
エンジンの負荷に基づき、前記位相可変機構へ位相の変更指示を送る第２制御手段と、
を備えた請求項１または２記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変動弁機構により吸気弁のバルブ特性を変更するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンが備える吸気弁のバルブ特性を可変にする可変動弁機構が知られている。例えば、特許文献１では、スワール生成能力の異なる２つの吸気ポートと、２つの吸気ポートに配置された吸気弁を異なる開弁特性（バルブ特性）で駆動する可変動弁機構とを備え、可変動弁機構により、作用角が小さくなるほどスワール生成能力の高い吸気ポートの吸気弁のリフト量を小さくして、スワールの生成特性を変更する。
【０００３】
また、本発明に関連のある技術として、例えば、特許文献２では、２つの機械弁の位相を独立に制御する構成が開示されている。また、特許文献３では、可変速度カムでバルブリフト特性を検出する方法が開示されている。また、特許文献４では、タンジェンシャルポートに設けた吸気弁が高リフト状態にあるとき高いスワール比が得られるため、吸入空気量が多くなる高リフト時に筒内に効果的にスワールを生成することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１３０６号公報
【特許文献２】特開２００９−１４４５２１号公報
【特許文献３】特開２００６−３３６６５９号公報
【特許文献４】特開２００９−２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸気ポートを２つ備えたエンジンにおいて、吸気弁のバルブ特性を可変動弁機構により変化させて吸気のスワール流を変化しようとする場合、スワール流を変化させるバルブ特性が幾通りか存在する。１つには、特許文献１のように、吸気バルブの作用角を変更するバルブ特性がある。一般的に吸気弁のリフト量が増加するとスワール比は増加する。したがって、例えば低スワール要求時は作用角を小さくし、反対に、高スワール要求時には作用角を大きくする。しかしながら、特許文献１の可変動弁機構において作用角を小さくした場合、同時にリフト量も減少するため、著しく空気流量が減少する。このため、ポンプロスが増大し燃費が悪化する。
【０００６】
また、特許文献２のように、吸気ポート間の吸気弁の開弁タイミングに位相差を与えてスワール流に変化を与えることもできる。この場合、先に開弁した側のポート性能がスワールの形成を支配することとなる。ところが、２つの吸気弁の開弁タイミングに位相差を設けることにより、吸気効率が低下し、結果として筒内へ吸入する空気量が減少する。このため、中、高負荷運転時に高スワール比を要求すると、吸入空気量が不足して燃費が低下するといったトレードオフの問題が生じる。
【０００７】
また、スワールコントロールバルブに代表されるスワール調整機構は片側のポートの流路を絞ることでポート間の空気流量に差をつくり、スワール流を強める。しかしながら、中、高負荷で高スワール比を要求すると、吸入空気量を増加することができず、上記の開弁タイミングに位相差を与える場合と同様に、スワール比と燃費とのトレードオフの問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑み、低スワール要求時のポンプロスを低減するとともに、高スワール要求時のスワール流の強化が可能なエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決する本発明のエンジンは、気筒内へ吸入空気を供給する１以上の吸気ポートと、前記吸気ポートに設けられた吸気弁と前記吸気弁の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構と、を備え、前記吸気ポートの少なくとも１つが、タンジェンシャルポートであることを特徴とする。この構成により、エンジンは、低スワール要求時のポンプロスを低減するとともに、高スワール要求時のスワール流の強化ができる。
【００１０】
上記のエンジンにおいて、エンジンの運転状態に基づき要求スワール比を決定し、前記要求スワール比に対応する作用角となるように、前記作用角可変機構へ前記吸気弁の作用角の変更指示を送る第１制御手段を備えていてもよい。さらに、上記のエンジンにおいて、前記吸気弁が開弁する位相を変更する位相可変機構と、エンジンの負荷に基づき、前記位相可変機構へ位相の変更指示を送る第２制御手段と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエンジンは、低スワール要求時のポンプロスを低減するとともに、高スワール要求時のスワール流の強化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のエンジンを示した図である。
【図２】エンジン本体の気筒の１つの断面図である。
【図３】第１吸気ポートと第２吸気ポートとを示した図である。
【図４】第１吸気弁の作用角の変更前後のバルブ特性を示した図である。
【図５】タンジェンシャルポートのスワール比とバルブのリフト量との関係を示した図である。
【図６】最大リフト量不変で作用角を変更した作用角拡大前後のバルブ特性を並べて示した図である。
【図７】第１吸気弁の作用角の変更動作に関する制御のフローチャートである。
【図８】要求スワール比を決定するためのマップの一例を示した図である。
【図９】燃費が最適となるようにエンジンを運転した場合のスモーク発生量とスワール比との関係を示した説明図である。
【図１０】ＥＧＲ作動時においてスワール比を変更する場合の過渡制御のフローチャートである。
【図１１】実施例１のエンジンと比較例のエンジンについて、吸入空気の流量と作用角の関係を示した図である。
【図１２】実施例１のエンジンと比較例のエンジンについて、スワール比と作用角の関係を示した図である。
【図１３】実施例１のエンジンと比較例のエンジンについて、リフト量の使用領域を示した図である。
【図１４】実施例１のエンジンと比較例のエンジンについて、バルブ特性を示した図である。
【図１５】実施例２のエンジンを示した図である。
【図１６】実施例２のエンジンの第１吸気弁のバルブ特性の一例を示した図であって、（ａ）は、低負荷の運転条件におけるバルブ特性を示し、（ｂ）は、中負荷の運転条件におけるバルブ特性を示し、（ｃ）は、高負荷の運転条件におけるバルブ特性を示した図である。
【図１７】実施例２のエンジンにおける過度制御の第１吸気弁のバルブ特性の変化の順序を示した図である。
【図１８】実施例３のエンジンの第１吸気ポートと第２吸気ポートとを示した図である。
【図１９】作用角θａにおいてＳＣＶを作動した場合の吸入空気の流量の変化を示した図である。
【図２０】作用角θａにおいてＳＣＶを作動した場合のスワール比の変化を示した図である。
【図２１】作用角θａにおけるスモーク発生量とＳＣＶ閉度との関係を示した図である。
【図２２】作用角θａにおける燃費とＳＣＶ閉度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本実施例のエンジン１を示した図である。図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体２、吸気系３、排気系４、作用角可変機構５、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６を備えている。エンジン本体２は複数（ここでは４つ）の気筒２１を直列に配置した内燃機関であり、１気筒あたり２つの吸気ポート（第１吸気ポート２２ａ，第２吸気ポート２２ｂ）を備えている。吸気系３は第１吸気ポート２２ａ，第２吸気ポート２２ｂに接続して、エンジン本体２の気筒２１内へ吸気を供給する。排気系４はエンジン本体２の気筒２内から燃焼後のガスを排出する。排気系４には、還元触媒４１が設けられている。また、エンジン１には、排気系４から吸気系３へＥＧＲガスを還元するＥＧＲ通路４２が設けられている。ＥＧＲ通路４２にはＥＧＲ制御弁４３が設けられており、ＥＧＲ通路４２を流れるＥＧＲガスの流通を制御する。
【００１５】
図２はエンジン本体２の気筒２１の１つの断面図である。図２の切断面は、気筒２１の直列方向に垂直な面である。なお、他の３つの気筒も図２で示す気筒と同様の構成を成している。図２に示すように、エンジン本体２はシリンダブロック２３と、シリンダヘッド２４と、ピストン２５とを備えている。シリンダヘッド２４は、シリンダブロック２３の上側に固定され、ピストン２５はシリンダブロック２３に形成された気筒２１内を摺動可能にシリンダブロック２３内に収容されている。シリンダブロック２３、シリンダヘッド２４、ピストン２５が囲む空間として燃焼室２６が形成されている。また、シリンダヘッド２４には第１吸気ポート２２ａ、第２吸気ポート２２ｂが形成されている。第１吸気ポート２２ａには第１吸気弁２７ａが設けられ、第２吸気ポート２２ｂには、第２吸気弁２７ｂが設けられている。
【００１６】
図３は第１吸気ポート２２ａと第２吸気ポート２２ｂとを示した図である。図３は気筒２１を上方から見た状態を示している。図３では１つの気筒しか示していないが、他の３つの気筒も同様である。第１吸気ポート２２ａの形状は、第１吸気弁２７ａの高リフト領域においてスワール比を高める形状である。具体的には、第１吸気ポート２２ａは気筒２１の円筒内側の壁面の接線方向へ吸入空気を吹き込むタンジェンシャルポートである。この第１吸気ポート２２ａはストレート形状、またはストレート形状に近い形状であり、気筒２１内へ吸入空気を直線的に吹き込む。また、第１吸気ポート２２ａの気筒２１に接続する直前の位置に吸入空気量に影響を与えない程度に絞り２２ａ１が設けられている。この絞り２２ａ１が設けられていることにより、第１吸気ポート２２ａを流れる吸入空気の流速が上昇する作用がある。一方、第２吸気ポート２２ｂは、第１吸気ポート２２ａよりもスワール生成能力が低いポートである。第２吸気ポート２２ｂは、気筒２１内へ旋回する吸入空気を吹き込むヘリカルポートが採用されている。なお、第２吸気ポート２２ｂは第１吸気ポート２２ａよりもスワール生成能力が低ければ、いずれの形状をしていてもよく、例えば、ストレートポートであってもよい。
【００１７】
また、図２に示すように、シリンダヘッド２４には、２つの排気ポート２８ａ，２８ｂ、燃料噴射弁３０が形成されている。排気ポート２８ａには排気弁２９ａが設けられ、排気ポート２８ｂには排気弁２９ｂが設けられている。また、シリンダヘッド２４には、燃焼室２６に燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。
【００１８】
作用角可変機構５はシリンダヘッド２４に設けられている。作用角可変機構５は、第１吸気弁２７ａの最大リフト量を一定のまま、変更せずに、第１吸気弁２７ａの作用角を変更可能にする機構である。作用角可変機構５は、作用角可変機構５の駆動軸とカムシャフトとを不等速で連動させるように構成されている。例えば、作用角可変機構５には、前述の特許文献３で開示されているような、中心を偏心させることにより、カム速度を可変にする偏心部材（環状ディスク）を駆動軸、カムシャフト間に備える構造を適用できる。図４は、第１吸気弁２７ａの作用角の変更前後のバルブ特性を示した図である。図４中、作用角変更前のバルブ特性を破線で示し、作用角変更後のバルブ特性を実線で示している。また、点線で排気弁２９ａ，２９ｂのバルブ特性を示している。図４に示すように、変更前後の第１吸気弁２７ａのバルブ特性は最大リフト量が等しい。そして、作用角を拡大した場合に高リフトの時間が長くなる。なお、作用角可変機構５は、第１吸気弁２７ａの作用角を変更することのみ説明しているが、第２吸気弁２７ｂの作用角を変更するようにしてもよい。
【００１９】
ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジンの制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りして内燃機関を制御するようになっている。特に、本実施例においては、ＥＣＵ６は、アクセル開度センサ６１、クランクシャフトの角速度センサ６２、及び作用角可変機構５と電気的に接続している。ＥＣＵ６は、アクセル開度センサ６１が検出するアクセル開度、及び角速度センサ６２が検出するエンジン回転数を取得する。ＥＣＵ６は、取得したアクセル開度、エンジン回転数に基づき、エンジン１の要求スワール比を決定し、要求スワール比に対応する作用角となるように、作用角可変機構５を制御する。なお、アクセル開度センサ６１、及び角速度センサ６２は、各センサが検出する情報を検出できる他の計器に代替してもよいし、各センサが検出する情報を算出することのできる情報を検出する計器に代替してもよい。また、ここで説明したセンサや機器は本実施例の説明に関するものであり、ＥＣＵ６にこれ以外のセンサや機器が接続することを妨げない。
【００２０】
次に、タンジェンシャルポートにおけるバルブリフトの作用角とスワール比の関係について説明する。図５は、タンジェンシャルポートのスワール比とバルブのリフト量との関係（スワール特性）を示した図である。図６は、最大リフト量不変で作用角を変更した作用角拡大前後のバルブ特性を並べて示した図である。図５に示すように、バルブのリフト量が小さい範囲ではスワール比が弱く（この範囲を弱スワール領域という）、バルブのリフト量が大きい範囲ではスワール比が強い（この範囲を強スワール領域という）。図６に示すように、バルブのリフトの作用角を大きくした場合、弱スワール領域も強スワール領域も拡大するが、相対的に弱スワール領域よりも強スワール領域のスワール特性の影響が大きいため、総じてスワール比が高くなる。したがって、最大リフト量を一定のままバルブの作用角を拡大することにより、スワール比を高めることができる。
【００２１】
次に、エンジン１における第１吸気弁２７ａの作用角を変更する動作について、ＥＣＵ６の制御に従い、図７を参照しつつ説明する。図７は第１吸気弁２７ａの作用角の変更動作に関する制御のフローチャートである。第１吸気弁２７ａの作用角の変更動作に関する制御はＥＣＵ６により実行される。
【００２２】
まず、ＥＣＵ６は、アクセル開度、エンジン回転数等からエンジンの運転条件（例えば、エンジンのトルクと回転数）を抽出する（ステップＳ１）。その後、ＥＣＵ６は抽出したエンジン１の運転条件からエンジン１の要求スワール比を決定する（ステップＳ２）。要求スワール比は、例えば、図８に示すようなマップに基づいて算出することができる。図８は要求スワール比を決定するためのマップの一例を示した図である。図８のマップの縦軸はエンジンのトルク、横軸はエンジンの回転数である。領域１は軽負荷の運転条件であり、この運転条件の場合、要求されるスワールは低スワールである。領域２は中負荷の運転条件であり、この運転条件の場合、要求されるスワールは高スワールである。領域３は高負荷の運転条件であり、この運転条件の場合、中、高スワールが要求されるとともに、大流量の吸入空気が要求される。
【００２３】
次に、ＥＣＵ６は、ステップＳ２で決定した要求スワール比と現在のスワール比とを比較し、現在のスワール比の変更が必要か否かを判断する（ステップＳ３）。ＥＣＵ６は肯定判断する場合、エンジン１が要求する要求スワール比に応じた作用角を算出する（ステップＳ４）。次に、ＥＣＵ６はステップＳ４で算出した作用角となるように作用角可変機構５へ指示を送り、作動する（ステップＳ５）。ＥＣＵ６はステップＳ５の処理を終えると、再度、ステップＳ１へ戻り、ステップＳ１からステップＳ５の処理を繰り返す。一方、ＥＣＵ６はステップＳ３で否定判断する場合、処理を終える。
【００２４】
ここで、ステップＳ４におけるスワール比に対応した第１吸気弁２７ａの作用角の算出について説明する。通常、負荷が上がるにつれてエンジン１において要求される要求スワール比も高くなる。したがって、軽負荷では要求スワール比が低いので、第１吸気弁２７ａの作用角を狭くし、中、高負荷ではスワール比を高めるため、第１吸気弁２７ａの作用角を拡大する。
【００２５】
軽負荷の運転状態では、作用角が狭いことにより、スワール比が低くなることに加え、第１吸気弁２７ａが早期に閉じるため、実圧縮比が増加し、ＨＣ低減の効果が得られる。また、中負荷では高スワールの効果により、噴霧拡散効果が高く、スモーク低減に効果的となる。
【００２６】
高負荷運転時には図９の関係を参照してスワール比を決定する。図９は燃費が最適となるようにエンジン１を運転した場合のスモーク発生量とスワール比との関係を示した説明図である。高負荷の運転状態では、作用角が拡大することにより、スワール比が高まるとともに吸入空気量が増加するので、気筒２１内の空燃比がリーンとなり、燃費が向上する。しかしながら、その反面、図９に示すように、スワール比が高まるとスモークの発生が増加する。特に、高速、高負荷の運転状態では、オーバースワールとなる場合があり、噴霧干渉によりスモークが増大する。このため、第１吸気弁２７ａの作用角は、燃費を優先して吸入空気量を増加するのか、スモーク発生量を抑制することを優先してスワールを低減するのかを比較し、燃費とスモーク発生量のトレードオフが最適となるスワール比から決定される。例えば、燃費が最適となる作用角とするか、予め設定しておいた許容可能なスモーク量の限界値（スモーククライテリア）ＳＣ（図９参照）とするかのどちらか優位な方から作用角を決定することとしてもよい。
【００２７】
次に、エンジン１のＥＧＲ作動時においてスワール比を変更する場合の過度制御について説明する。低スワール比の運転状態から瞬時に高スワール比の運転状態に変更する場合、ＥＧＲ率はほとんど変わらない。このため、急速に気筒２１内へ取り込む空気量を増加すると、気筒２１内に吸引されるＥＧＲガス量が増加し、スモークが急増する可能性がある。以下、低スワール比の運転状態から瞬時に高スワール比の運転状態に変更する場合について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、ＥＧＲ作動時においてスワール比を変更する場合の過渡制御のフローチャートである。この制御はＥＣＵ６により実行される。
【００２８】
まず、ＥＣＵ６は、アクセル開度、エンジン回転数等からエンジンの運転条件（例えば、エンジンのトルクと回転数）を抽出する（ステップＳ１１）。その後、ＥＣＵ６は抽出したエンジン１の運転条件からエンジン１の要求スワール比を決定する（ステップＳ１２）。次に、ＥＣＵ６は、ステップＳ１２で決定した要求スワール比と現在のスワール比とを比較し、現在のスワール比の変更が必要であって、かつエンジンの運転条件が大きく変動するか否かを判断する（ステップＳ１３）。ＥＣＵ６は肯定判断する場合、ＥＧＲ制御弁４３の開度を変更し（ステップＳ１４）、その後、変更目標の作用角となるように作用角可変機構５へ指示を送り、作動する（ステップＳ１５）。ＥＣＵ６はステップＳ１５の処理を終えると、再度、ステップＳ１１へ戻り、ステップＳ１１からＳ１５の処理を繰り返す。一方、ＥＣＵ６はステップＳ１３で否定判断する場合、処理を終える。
【００２９】
上記の説明の通り、低スワール比の運転状態から瞬時に高スワール比の運転状態に変更する場合、ＥＧＲ制御弁４３を先に目的の開度に変更し、その後、第１吸気弁２７ａの作用角を変更する。これにより、ＥＧＲガス量が最適となり、スモークの急増が抑制される。一方、高スワール比の運転状態から低スワール比の運転状態に変更する場合、反対に、第１吸気弁２７ａの作用角を変更した後、ＥＧＲ制御弁４３を目的の開度に変更する。
【００３０】
続いて、本実施例のエンジン１と比較例のエンジンとを比較しながら、本発明の作用、効果を説明する。比較例のエンジンは、第１吸気弁のリフト特性を変更可能な可変動弁機構を備えている。比較例のエンジンでは、第１吸気弁の作用角を変更する場合、最大リフト量も変更する。したがって、作用角を変更する場合に最大リフト量を変更するか否かが比較例のエンジンと本実施例のエンジン１との相違点である。なお、比較例のエンジンのその他の構成は、本実施例のエンジン１の構成と同様とする。
【００３１】
図１１は、本実施例のエンジンと比較例のエンジンについて、吸入空気の流量と作用角の関係を示した図である。図１２は、本実施例のエンジンと比較例のエンジンについて、スワール比と作用角の関係を示した図である。図１１、図１２では本実施例のエンジンについて実線で示し、比較例のエンジンについて破線で示している。図１３は、本実施例のエンジンと比較例のエンジンについて、リフト量の使用領域を示した図である。図１３はスワール比とリフト量との関係図において、本実施例のエンジンと比較例のエンジンとのリフト量の使用領域を比較している。図１４は本実施例のエンジンと比較例のエンジンについて、バルブ特性を示した図である。図１４では本実施例のエンジン１について実線で示し、比較例のエンジンについて破線で示している。また、作用角変更前のベースとなるバルブ特性について点線で示している。図１１、図１２において実線と破線が交差する点は、図１４におけるベースのバルブ特性における運転条件の際の値を示している。
【００３２】
図１１、図１２によると、本実施例のエンジン１は、比較例のエンジンに比べて、ベースの条件よりも作用角が小さい場合も大きい場合も流量が多くなっている。また、本実施例のエンジン１は、比較例のエンジンに比べて、作用角が大きい場合スワール比が大きく、作用角が小さい場合スワール比が小さい。すなわち、本実施例のエンジン１は、スワール比が低い条件でも、比較例のエンジンに比べて多くの吸入空気の流量を確保する。
【００３３】
比較例のエンジンにおいて、本実施例のエンジン１と同様の動作をする場合、低スワール要求時は作用角を小さくし、低リフト時の弱スワール領域のポート特性を活かすようにする。ところが、比較例のエンジンにおける可変動弁機構の特性上、作用角を小さくすると最大リフト量も減少するため、著しく吸入空気の流量が減少する。このため、比較例のエンジンでは、低スワール要求時に、ポンプロスが増大し、燃費が悪化する。さらに、比較例のエンジンにおいて、高スワール要求時は作用角拡大とともに最大リフト量も増大する。しかしながら、図１３に示すように、リフト量が所定値を超えるとスワール比が低下するため、スワールを強化することができない。また、高リフトの条件では、流路が絞られている部分がポート形状となり、リフト量を増加させても流量が増加することはない。
【００３４】
本実施例のエンジン１の第１吸気ポート２２ａは、吸入空気の流入方向について、気筒２１の円筒内側の壁面の接線方向への指向性を高めるとともに、絞り２２ａ１を設けて流速を上昇させている。これにより、第１吸気ポート２２ａから気筒２１内へ供給される吸入空気のスワール流がより高まるように構成されている。したがって、高スワール要求時には従来と比較してより高いスワールを生成する。また、最大リフト量を一定のままバルブの作用角を拡大するため、吸入空気量を維持したままスワール比を高めることができる。低スワール要求時は、第１吸気弁２７ａのバルブ特性の最大リフト量を一定のまま、作用角を小さくするため、吸入空気量の過度の低下が抑制されてポンプロスを低減し、燃費悪化を抑制する。また、高スワール要求時にも、スワール比が低下しないリフト量を最大リフト量としたまま、作用角のみを変更するため、スワール比が低下しないので、高スワールを実現できる。これにより、本実施例のエンジン１は、高スワール要求時のスワール強化と、低スワール要求時の吸入空気量の低下抑制を両立する。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２について説明する。図１５は本実施例のエンジン１０１を示した図である。本実施例のエンジン１０１は、実施例１のエンジン１の構成に加えて、位相可変機構７を備えている。位相可変機構７は、エンジンのクランクシャフトに対して、カムシャフトの駆動軸の相対的な位相を変更する機構である。本実施例のエンジン１０１では、作用角可変機構５の動作と位相可変機構７の動作を組み合わせて、第１吸気弁２７ａのバルブ特性を変更する。なお、その他の構成は実施例１のエンジン１と同一であり、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
次に、エンジン１０１の運転条件と第１吸気弁２７ａのバルブ特性について説明する。図１６はエンジン１０１の運転条件ごとの第１吸気弁２７ａのバルブ特性の一例を示した図である。図１６（ａ）は、低負荷の運転条件における第１吸気弁２７ａのバルブ特性を示した図である。図１６（ｂ）は、中負荷の運転条件における第１吸気弁２７ａのバルブ特性を示した図である。図１６（ｃ）は、高負荷の運転条件における第１吸気弁２７ａのバルブ特性を示した図である。図１６中の実線は、第１吸気弁２７ａのバルブ特性を示し、比較のために、第１吸気弁２７ａのベースのバルブ特性を点線で示している。
【００３７】
初めに、低負荷の運転条件の場合について説明する。低負荷の場合、低スワールが要求されるため、第１吸気弁２７ａの作用角を小さくする。さらに、位相を進角して排気弁２９ａ、または２９ｂとのオーバーラップ量を増加して、内部ＥＧＲ量を増加する。この場合、実圧縮比も増加することから、低負荷の運転条件で問題となるＨＣ低減に効果的である。中負荷では、高スワールが要求されるため、第１吸気弁２７ａの作用角を拡大する。ここでは、位相を遅角して実圧縮比を下げることにより、燃焼温度を低下し、ＮＯｘ発生量を低減する。次に、高負荷の場合、高スワールが要求されるため、第１吸気弁２７ａの作用角を拡大する。さらに、位相を進角して新気量を確保することでスモークの低減を図る。
【００３８】
次に、エンジン１０１のＥＧＲ作動時において第１吸気弁２７ａのバルブ特性を変更する場合の過度制御について説明する。図１７は、過度制御における第１吸気弁２７ａのバルブ特性の変化の順序を示した図である。過度制御時において低スワール条件から高スワール条件へ急変する場合、ＥＧＲ制御弁４３、作用角可変機構５、位相可変機構７の順に作動する。すなわち、図１７に示すように、第１吸気弁２７ａのバルブ特性は（１）作用角を拡大し（点線から破線）、（２）位相を遅角する（破線から実線）。作用角よりも先に位相を変更（遅角）してしまうと、吸入空気量が不足した状態が生じ、スモークが急増してしまうため、これを抑制するように動作する。高スワール条件から低スワール条件へ変更する場合は、作動順序は逆となる。すなわち、位相可変機構７、作用角可変機構５、ＥＧＲ制御弁４３の順に作動する。
【実施例３】
【００３９】
次に、本発明の実施例３について説明する。図１８は本実施例のエンジン２０１の第１吸気ポート２２ａと第２吸気ポート２２ｂとを示した図である。図１８は気筒２１を上方から見た状態を示している。本実施例のエンジン２０１は、実施例１のエンジン１の構成に加えて、スワール生成能力が低い第２吸気ポート２２ｂにスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）２２２を備えている。ＳＣＶ２２２はＥＣＵ６と電気的に接続されており、ＥＣＵ６により制御される。
【００４０】
ＳＣＶ２２２は、図８で示す領域２のような中負荷でエンジンが運転される場合に作動する。ここで、中負荷運転時におけるＳＣＶ２２２の作動について説明する。図１９は、作用角θａにおいてＳＣＶ２２２を作動した場合の吸入空気の流量の変化を示した図である。図２０は、作用角θａにおいてＳＣＶ２２２を作動した場合のスワール比の変化を示した図である。図１９、図２０において、実線は、本実施例のエンジンについて示し、破線は比較例のエンジンについて示している。図１９に示すように、作用角θａにおいて、ＳＣＶ２２２の動作時に流量が減少する（ｐ→ｐ´）。図２０に示すように、作用角θａにおいて、ＳＣＶ２２２の動作時にスワール比が上昇する（ｑ→ｑ´）。図２１、図２２は、作用角θａにおけるＳＣＶ２２２の閉度について示した図である。図２１は、スモーク発生量とＳＣＶ閉度との関係を示した図である。図２２は、燃費とＳＣＶ閉度との関係を示した図である。図２１、図２２によると、作用角θａにおいてＳＣＶ２２２を作動し、第２吸気ポート２２ｂの流路を絞るほど、スモークが減少し、燃費が向上する。これは、中負荷運転では吸入空気の流量が低下しても燃費の悪化が小さく、その一方で、中負荷運転で高スワールとすることにより、スモーク低減効果が大きい。中負荷運転では、ＳＣＶ２２２を作動して、流量を低下してスワールを強化する方が、燃費とスモーク低減とのトレードオフの関係で有利となる。
【００４１】
上記、実施例は、４バルブエンジンについて説明したが、実施例１、実施例２は吸気弁と排気弁を１つずつ備えた２バルブエンジンとしてもよい。実施例３は、２バルブエンジンを対象としていないが、吸気ポートを３以上持つエンジンを対象としてもよい。
【００４２】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０１，２０１  エンジン
５  作用角可変機構
６  ＥＣＵ（第１の制御手段、及び第２の制御手段）
７  位相可変機構
２１  気筒
２２ａ  第１吸気ポート
２２ｂ  第２吸気ポート
２７ａ  第１吸気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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