(57)【要約】【課題】タンジェンシャルポートの吸気バルブをヘリカルポートの吸気バルブよりも小作用角かつ小リフト量で駆動するディーゼルエンジンにおいて、高回転・高負荷時のスモークの発生量を抑える。【解決手段】ディーゼルエンジン１０の運転状態が低負荷領域にある場合、第２吸気弁２６のバルブリフトの最大リフトタイミングが、第１吸気弁１６のバルブリフトの最大リフトタイミングに対して遅角側に移動するように、第２吸気弁２６のバルブタイミングが変更される。ディーゼルエンジン１０の運転状態が中負荷〜高負荷領域にある場合、第２吸気弁２６のバルブリフトの最大リフトタイミングが、第１吸気弁１６のバルブリフトの最大リフトタイミングに対して進角側に移動するように、第２吸気弁２６のバルブタイミングが変更される。【選択図】図４
2017214830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に接続されたヘリカルポートを開閉する第１吸気弁と、
前記気筒に接続されたタンジェンシャルポートを開閉する第２吸気弁であって、前記第１吸気弁よりも小作用角かつ小リフト量で駆動されると共に、その開弁期間が前記第１吸気弁の開弁期間内に収まるように駆動される第２吸気弁と、
前記第２吸気弁のバルブタイミングを変更する可変動弁機構と、
を備えるディーゼルエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジン制御装置は、前記ディーゼルエンジンの運転状態が低負荷領域にある場合には、前記第１吸気弁のバルブリフト量が最大となる第１タイミングに対して前記第２吸気弁のバルブリフト量が最大となる第２タイミングを進角させ、前記ディーゼルエンジンの運転状態が中負荷〜高負荷領域にある場合には、前記第１タイミングに対して前記第２タイミングを遅角させるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン制御装置に関し、詳しくは、ヘリカルポートとタンジェンシャルポートを同一気筒に備えるディーゼルエンジンを制御するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２６０９２５号公報には、ヘリカルポートに設けられて小作用角かつ小リフト量のカムによって駆動される吸気バルブと、タンジェンシャルポートに設けられて大作用角かつ大リフト量のカムによって駆動される吸気バルブと、を同一気筒に備えるディーゼルエンジンにおいて、中回転・中負荷〜高回転・高負荷時にこれらの吸気バルブを吸気上死点の近傍において同時に開き始める技術が開示されている。ヘリカルポートの気筒側の端部は渦巻状に湾曲しているため、中回転・中負荷〜高回転・高負荷時に吸入効率が低下し易くなる。この点、中回転・中負荷〜高回転・高負荷時にこれらの吸気バルブを同時に開き始めれば、大作用角のカムによって駆動されるタンジェンシャルポートの吸気バルブを、ヘリカルポートの吸気バルブよりも遅角側で閉じることができる。よって、ヘリカルポートが閉じられた後においても、タンジェンシャルポートから筒内に吸気を導入できるので、吸入効率の低下を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６０９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したカムの作用角とリフト量の大小関係を共に逆転させたディーゼルエンジンでは、ヘリカルポートの吸気バルブが大作用角かつ大リフト量のカムによって駆動され、タンジェンシャルポートの吸気バルブが小作用角かつ小リフト量のカムによって駆動されることになる。上記公報の制御内容をこのようなエンジン構成に適用した場合は、中回転・中負荷〜高回転・高負荷時に大作用角のカムによって駆動されるヘリカルポートの吸気バルブが、小作用角のカムによって駆動されるタンジェンシャルポートの吸気バルブよりも遅角側で閉じられることになる。しかし、本発明者らの知見によると、特に高回転・高負荷時にこのような制御が行われたときには、ヘリカルポートからの吸気と同時期に筒内に導入されたタンジェンシャルポートからの吸気がスワール比や流量に影響を及ぼし、筒内に生じたスワールの渦中心のずれを大きくすることで、スモークを多く発生させることが明らかとなった。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンジェンシャルポートの吸気バルブをヘリカルポートの吸気バルブよりも小作用角かつ小リフト量で駆動するディーゼルエンジンにおいて、高回転・高負荷時のスモークの発生量を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るエンジン制御装置は、気筒に接続されたヘリカルポートを開閉する第１吸気弁と、前記気筒に接続されたタンジェンシャルポートを開閉する第２吸気弁であって、前記第１吸気弁よりも小作用角かつ小リフト量で駆動されると共に、その開弁期間が前記第１吸気弁の開弁期間内に収まるように駆動される第２吸気弁と、前記第２吸気弁のバルブタイミングを変更する動弁機構と、を備えるディーゼルエンジンを制御するように構成されている。
本発明に係るエンジン制御装置は、前記第１吸気弁の開弁期間内に前記第２吸気弁の開弁期間が収まるように前記可変動弁機構を制御すると共に、前記ディーゼルエンジンの運転状態が低負荷領域にある場合には前記第１吸気弁のバルブリフト量が最大となる第１タイミングに対して前記第２吸気弁のバルブリフト量が最大となる第２タイミングを進角させ、前記ディーゼルエンジンの運転状態が中負荷〜高負荷領域にある場合には前記第１タイミングに対して前記第２タイミングを遅角させるように前記可変動弁機構を制御するように構成されている。
【０００７】
ディーゼルエンジンの運転状態が低負荷領域にある場合に第２タイミングを第１タイミングに対して進角させれば、筒内に生じたスワールの渦中心のずれが大きくなるので、燃料噴霧内の当量比分布の差が大きくなり着火性が向上する。また、スワール比が低下するので燃料噴霧の過拡散が抑制される。
ディーゼルエンジンの運転状態が中負荷〜高負荷領域にある場合に第２タイミングを第１タイミングに対して遅角させれば、筒内に生じたスワールの渦中心のずれが小さくなるので、燃料噴霧内の当量比分布の差が小さくなり、燃料噴霧の濃度が過剰に高くなる領域が減るので、スモークの発生量が抑えられる。また、スワール比が増加するので燃料の空気の混合が促進される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るエンジン制御装置によれば、タンジェンシャルポートの吸気バルブをヘリカルポートの吸気バルブよりも小作用角かつ小リフト量で駆動するディーゼルエンジンにおいて、高回転・高負荷時のスモークの発生量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジン制御装置が適用されるディーゼルエンジンの構成のうち、本発明に特に関連する部分を説明する図である。
【図２】図１に示したカムロブ２０，３０の位置関係を説明する図である。
【図３】図１に示した第１吸気弁１６と第２吸気弁２６のバルブタイミングの一例を説明する図である。
【図４】第２吸気弁２６のバルブタイミングの変更例を説明する図である。
【図５】図４で説明したバルブタイミングの変更を行った場合における、インジェクタから筒内に噴射された各燃料噴霧内の当量比分布と、この変更による効果とを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
［ディーゼルエンジンの構成の説明］
本発明の実施の形態に係るエンジン制御装置は、車両に搭載されるディーゼルエンジンに適用されるものであり、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えるコントローラーとして構成される。また、このディーゼルエンジンは、吸気ポートと排気ポートを２つずつ備えると共に、合計４つのポートの開口部によって囲まれる箇所にインジェクタを備える構成を基本とするが、このような構成は既に公知であることから、本明細書での説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン制御装置が適用されるディーゼルエンジンの構成のうち、本発明に特に関連する部分を説明する図である。図１に示すディーゼルエンジン１０は、筒内に吸気を導入するヘリカルポート１２と、タンジェンシャルポート１４と、を備えている。ヘリカルポート１２は、気筒側の端部が渦巻状に湾曲する形状を有している。ヘリカルポート１２の開口部から筒内に導入された吸気は、主に気筒内周側を旋回するスワール流を生成する。一方、タンジェンシャルポート１４は、気筒側の端部が気筒円周方向に向けられた形状を有している。タンジェンシャルポート１４の開口部から筒内に導入された吸気は、主に気筒外周側を旋回するスワール流を生成する。
【００１３】
ヘリカルポート１２には、第１吸気弁１６が設けられている。第１吸気弁１６が駆動されることで、ヘリカルポート１２が開閉される。第１吸気弁１６は、同心二軸のカムシャフト１８に設けられたカムロブ２０や、ロッカーアーム２２を介して駆動される。より詳しく述べると、カムシャフト１８は、外側シャフト１８ａと内側シャフト１８ｂを備えており（図２参照）、外側シャフト１８ａは、タイミングチェーン（不図示）が巻き掛けられるカムスプロケット２４に接続されている。また、外側シャフト１８ａは、カムロブ２０と一体化されている。タイミングチェーンからの動力を受けて外側シャフト１８ａが回転すると、カムロブ２０も回転し、カムロブ２０のノーズ部分がロッカーアーム２２を回動させる。ロッカーアーム２２が回動することで、第１吸気弁１６が駆動される。
【００１４】
タンジェンシャルポート１４には、第２吸気弁２６が設けられている。第２吸気弁２６が駆動されることで、タンジェンシャルポート１４が開閉される。第２吸気弁２６は、カムシャフト１８の内側シャフト１８ｂにピン２８（何れも図２参照）を介して固定されたカムロブ３０や、ロッカーアーム３２を介して駆動される。より詳しく述べると、内側シャフト１８ｂは、外側シャフト１８ａを介してタイミングチェーンに連結されており、タイミングチェーンからの動力を受けて外側シャフト１８ａが回転すると内側シャフト１８ｂも回転する。内側シャフト１８ｂが回転すると、カムロブ３０も回転し、カムロブ３０のノーズ部分がロッカーアーム３２を回動させる。ロッカーアーム３２が回動することで、第２吸気弁２６が駆動される。
【００１５】
説明の便宜上、以下においては、第１吸気弁１６を「Ｈｅｌｉ側バルブ」ともいい、第２吸気弁２６を「Ｔａｎ側バルブ」ともいう。
【００１６】
また、内側シャフト１８ｂは、ＳＶＶＴ（Simple Variable Valve Timing）機構３４にも連結されている。ＳＶＶＴ機構３４は、外側シャフト１８ａに対する内側シャフト１８ｂの位相を変更するように構成されている。ＳＶＶＴ機構３４によって外側シャフト１８ａに対する内側シャフト１８ｂの位相を変更することで、内側シャフト１８ｂに固定されるカムロブ３０の位相が変更されるので、Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングが変更されることになる。一方、外側シャフト１８ａにはＳＶＶＴ機構３４のような機構は連結されていないので、Ｈｅｌｉ側バルブのバルブタイミングは固定されている。つまり、本実施の形態では、Ｈｅｌｉ側バルブのバルブタイミングが固定される一方で、ＳＶＶＴ機構３４によってＴａｎ側バルブのバルブタイミングが変更される。
【００１７】
［第２吸気弁２６のバルブタイミングの変更］
ＳＶＶＴ機構３４によるＨｅｌｉ側バルブのバルブタイミングの変更を実現するのが、本発明の実施の形態に係るエンジン制御装置である。図３は、図１に示した第１吸気弁１６と第２吸気弁２６のバルブタイミングの一例を説明する図である。図３から分かるように、Ｔａｎ側バルブの開弁期間（すなわち、開き時期（Ｔａｎ）から閉じ時期(Ｔａｎ)までの期間）は、Ｈｅｌｉ側バルブの開弁期間（すなわち、開き時期（Ｈｅｌｉ）から閉じ時期(Ｈｅｌｉ)までの期間）よりも短くなっている。また、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大値は、Ｈｅｌｉ側バルブのバルブリフトの最大値よりも小さくなっている。この理由は、図１に示したカムロブ３０の作用角とリフト量が、カムロブ２０の作用角とリフト量よりも小さく構成されているためである。
【００１８】
Ｈｅｌｉ側バルブのバルブタイミングは固定されていることから、当然、Ｈｅｌｉ側バルブのバルブリフトが最大値となるタイミング（以下「最大リフトタイミング」ともいう。）も固定されている。図３ではＴａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングが、Ｈｅｌｉ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミング、すなわち、ベース位置と一致している。Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングを変更させると、このベース位置に対して、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングが進角側、または、遅角側に移動することになる。
【００１９】
但し、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングの移動は、Ｔａｎ側バルブの開弁期間がＨｅｌｉ側バルブの開弁期間に収まる範囲内で行われる。すなわち、Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングを変更して、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングが移動したとしても、Ｔａｎ側バルブの開き時期（Ｔａｎ）がＨｅｌｉ側バルブの開き時期（Ｈｅｌｉ）よりも進角側とされることはない。また、Ｔａｎ側バルブの閉じ時期（Ｔａｎ）がＨｅｌｉ側バルブの閉じ時期（Ｈｅｌｉ）よりも遅角側とされることもない。
【００２０】
Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングの変更は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に基づいて行われる。図４は、図１に示した第２吸気弁２６のバルブタイミングの変更例を説明する図である。図４に示すディーゼルエンジン１０の運転領域をエンジントルクによって３つに区分けすると、低負荷領域、中負荷領域および高負荷領域に区分できる。また、エンジン回転速度によって高負荷領域を２つに区分けすると、高負荷・低回転領域と、高負荷・高回転領域に区分できる。ディーゼルエンジン１０の運転状態が低負荷領域にある場合には、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して遅角側に移動するように、Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングが変更される。また、ディーゼルエンジン１０の運転状態が中負荷領域および高負荷領域にある場合には、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して進角側に移動するように、Ｔａｎ側バルブのバルブタイミングが変更される。
【００２１】
図５は、図４で説明した第２吸気弁２６のバルブタイミングの変更を行った場合における、インジェクタから筒内に噴射された各燃料噴霧内の当量比分布と、この変更による効果とを説明する図である。図５の上段がベース位置に対して遅角側にＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更した場合に相当し、下段がベース位置に対して進角側にＴａｎ側バルブを変更した場合に相当している。
【００２２】
図５の上段に示すように、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して遅角側に移動するようにＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更した場合には、筒内に生じたスワールの渦中心のずれが大きくなるので、燃料噴霧内の当量比分布の差が大きくなり着火性が向上する。また、スワール比が低下するので燃料噴霧の過拡散が抑制される。一方、図５の下段に示すように、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して進角側に移動するようにＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更した場合には、筒内に生じたスワールの渦中心のずれが小さくなるので、各燃料噴霧内の当量比分布の差が小さくなり、燃料噴霧の濃度が過剰に高くなる領域が減るので、スモークの発生量が抑えられる。また、スワール比が増加するので燃料の空気の混合が促進される。
【００２３】
ディーゼルエンジン１０の運転状態が高負荷・高回転領域にある場合は吸気効率が低下することから、このような場合に、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して遅角側に移動するようにＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更することも考えられる。しかし、本発明者らの知見によると、高負荷・高回転領域にある場合に、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して遅角側に移動するようにＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更すると、スモークを多く発生させることが明らかとなった。この点、図５の下段で説明したように、高負荷・高回転領域にある場合に、Ｔａｎ側バルブのバルブリフトの最大リフトタイミングがベース位置に対して進角側に移動するようにＴａｎ側バルブのバルブタイミングを変更することで、各燃料噴霧内の当量比分布の差が小さくなり、燃料噴霧の濃度が過剰に高くなる領域が減るので、スモークの発生量が抑えられる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ディーゼルエンジン
１２  ヘリカルポート
１４  タンジェンシャルポート
１６  第１吸気弁（Ｈｅｌｉ側バルブ）
１８  カムシャフト
１８ａ  外側シャフト
１８ｂ  内側シャフト
２０，３０  カムロブ
２２，３２  ロッカーアーム
２４  カムスプロケット
２６  第２吸気弁（Ｔａｎ側バルブ）
２８  ピン
３４  ＳＶＶＴ機構
【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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