(57)【要約】【課題】低負荷時においても燃焼速度に寄与する燃焼室内全体においてのスワールを抑制することなく、燃料の着火性を向上させ熱損失を抑制するディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】燃焼室１２に流入する吸気のスワール比を低負荷時には高負荷時に比べ大きくするスワール比調整機構４１と、燃焼室の一部を画定するボア内壁面１２Ａであって、ピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分の表面粗さが、他のボア内壁面部分よりも相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢとを有する。【選択図】図２
2017020385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に流入する吸気のスワール比を、低負荷時には高負荷時に比べ大きくするスワール比調整機構と、
前記燃焼室の一部を画定するボア内壁面であって、ピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分の表面粗さが、他のボア内壁面部分よりも相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分と、
を有することを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記ディーゼルエンジンは1つの吸気ポートを備え、前記スワール比調整機構は、吸気ポート内に配置され、吸気ポート内壁の片側に沿った吸気の流れを生じさせる流路制御弁と、当該流路制御弁を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記ディーゼルエンジンは複数の吸気ポートを備え、前記スワール比調整機構は、複数の吸気ポートの少なくとも1つの吸気ポート内に配置され、当該吸気ポート内の吸気の流量を制御するスワール制御弁と、当該スワール制御弁を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンは複数の吸気ポートを備え、前記スワール比調整機構は、複数の吸気ポートの少なくとも２つの吸気ポートの出口に配置された吸気バルブと、当該吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、当該バルブタイミング変更機構を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ボアの中心と、ボアの中心に対して1つの吸気ポートに対向するように配置された１つの排気ポート入口の排気バルブの最外径部とを結ぶ線に挟まれた領域であることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ボアの中心と、ボアの中心に対して２つの吸気ポートに対向するように配置された２つの排気ポートのそれぞれの入口の２つの排気バルブの最外径部とを結ぶ線に挟まれた領域であることを特徴とする請求項３又は４に記載のディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、アルマイトからなる断熱材が塗布されて形成されていることを特徴とする請求項１、５又は６のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ジルコニアからなる断熱材が溶射されて形成されていることを特徴とする請求項１、５又は６のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、一般的にガソリンエンジンに比べて圧縮比が高いので、ピストン上死点における圧縮温度及び圧力が高い。この状態で燃料が噴射されると、適切な混合気が形成される前に着火し、局所的で不均一な燃焼が起こることから、ＮＯｘの生成や，酸素不足部の不完全燃焼による、粒子状物質（ＰＭ）を含むスモークの発生などを招いてしまうことが知られている。
【０００３】
かかるスモークの発生を抑制するために、例えば、特許文献１に記載の発明では、エンジンの運転状態、特にその負荷に応じて燃焼室内のスワールの強さ（スワール比）を変化させ、低負荷運転状態にあるときに、燃焼室内に吸入される空気のスワール比を大きくするようにしている。これにより、燃料噴射弁から噴射される燃料の拡散による微粒化を促進させ、スモークの発生を抑制することができるとしている。
【０００４】
なお、本明細書において、「スワール」とは、エンジンのシリンダ軸を中心とする空気の旋回流を意味し、スワールの強さは一般に、エンジンの回転速度に対するスワールの回転速度との比、すなわちスワール比として表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の発明のように、低負荷運転状態にあるときにスワール比を大きくすると、燃料噴射弁から噴射された燃料が過剰に拡散されてしまい、結果として燃焼室内全体の燃料濃度分布が均一化され、換言すると、濃い分布部分が減って自発火しにくくなるという問題がある。この問題を解決するために、低負荷時にスワール比を小さくすると、自着火しにくくなるという問題は解決されるが、自着火以降の燃焼速度に寄与する燃焼室内全体においてのスワールによる気流の乱れが小さくなり、燃焼が遅くなるという新たな問題が発生する。このように燃焼が遅くなると、燃焼期間が長くなり、燃焼室が高温である状態が続き、熱損失をもたらすという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、低負荷時においても燃焼速度に寄与する燃焼室内全体においてのスワールを抑制することなく、燃料の着火性を向上させ熱損失を抑制することができるディーゼルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明に係るディーゼルエンジンの第１の態様は、
燃焼室に流入する吸気のスワール比を低負荷時には高負荷時に比べ大きくするスワール比調整機構と、
前記燃焼室の一部を画定するボア内壁面であって、ピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分の表面粗さが、他のボア内壁面部分よりも相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分と、を有することを特徴とする。
【０００９】
第１の態様によれば、エンジンの低負荷時には、燃焼室に流入する吸気のスワール比を低負荷時には高負荷時に比べ大きくするスワール比調整機構により、燃焼室内に大きなスワール比の空気の旋回流が生成される。この旋回流において、相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分に接触した流れ部分は、その接触部位での流速が低下する。これによりボア周方向の流れに速度差が生じ、流速が低下した部分の燃料は拡散が抑制され、濃い分布部分が高温の排気側に位置される。このため、流速が低下した部分では燃料の着火性を向上させることができる。また、旋回流で相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分に接触しない流れ部分は、流速が低下せず、燃焼速度に寄与する燃焼室内全体においてのスワール（空気の流動）が抑制されないので燃焼が促進される。なお、ピストンとの摺動面より上側のボア内壁面が異なる表面粗さに形成されているので、燃料の噴射される上死点付近でのスワール流速に狙いの分布を持たせることができる。また、ピストンの摺動を阻害しない。
【００１０】
ここで、前記スワール比調整機構は、1つの吸気ポート内に配置され、吸気ポート内壁の片側に沿った吸気の流れを生じさせる流路制御弁と、当該流路制御弁を制御する制御手段を備えるものであってもよい。
【００１１】
また、前記スワール比調整機構は、２つ以上の吸気ポートの少なくとも1つの吸気ポート内に配置され、当該吸気ポート内の吸気の流量を制御するスワール制御弁と、当該スワール制御弁を制御する制御手段を備えるものであってもよい。
【００１２】
さらに、前記スワール比調整機構は、２つ以上の吸気ポートの少なくとも２つの吸気ポートの出口に配置された吸気バルブと、当該吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、当該バルブタイミング変更機構を制御する制御手段を備えるものであってもよい。
【００１３】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ボアの中心と、1つの吸気ポートに対向する関係で配置された１つの排気ポート入口の排気バルブの最外径部とを結ぶ線に挟まれた領域であってもよい。
【００１４】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ボアの中心と、２つの吸気ポートに対向する関係で配置された２つの排気ポートのそれぞれの入口の２つの排気バルブの最外径部とを結ぶ線に挟まれた領域であってもよい。
【００１５】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、アルマイトからなる断熱材が塗布されて形成されていてもよい。
【００１６】
前記相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分は、ジルコニアからなる断熱材が溶射されて形成されていいてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低負荷時においても燃焼速度に寄与する燃焼室内全体においてのスワールを抑制することなく燃料の着火性を向上させて、熱損失を抑制することができるディーゼルエンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用されるエンジンシステムの概念を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の概要を示す透視的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の概要を示す透視的斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の作用を説明するための透視的平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の概要を示す透視的平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の概要を示す透視的斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の作用を説明するための透視的平面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の概要を示す透視的側面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるバルブタイミング変更機構の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態における表面粗さと流速との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態における制御マップの一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施形態におけるバルブ位相差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、本発明が適用されるエンジンシステムの概念を図１に示す。なお、図１ではエンジンの吸排気のための動弁機構や消音器の他に、エンジンの円滑な運転のために必要とされる各種センサー類などもその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。
【００２０】
本実施形態におけるディーゼルエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる多気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、単気筒のディーゼルエンジンであっても本発明を適用し得るものである。燃焼室１２に臨む吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダーヘッド１３には、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を含む図示しない動弁機構と、先の燃料噴射弁１１とが組み込まれている。
【００２１】
本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストンの圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に直接噴射するメイン燃料噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程でのメイン燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するためにメイン噴射の前にパイロット噴射するマルチ燃料噴射型式のものを採用することも可能である。
【００２２】
燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の噴射量及び噴射時期ならびに噴射モードは、運転者によるアクセルペダル１６の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてディーゼルエンジンの一部を構成するＥＣＵ(Electronic Control Unit)１７により制御される。アクセルペダル１６の踏み込み量は、アクセル開度センサー１８により検出され、その検出情報がＥＣＵ１７に出力される。
【００２３】
ＥＣＵ１７は、周知のワンチップマイクロプロセッサーであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリー及び入出力インターフェースなどを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１７は、アクセル開度センサー１８や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両及びエンジン１０の運転状態を判定する運転状態判定部、燃料噴射設定部、燃料噴射弁駆動部、及びスワール比制御部などを有する。
【００２４】
燃料噴射設定部は、運転状態判定部にて判定した車両の運転状態に基づき、エンジン１０の負荷（要求駆動トルク）、つまり燃料噴射弁１１からの燃料噴射量と、その噴射時期と、噴射モードとを設定する。ＥＣＵ１７の燃料噴射弁駆動部は、この燃料噴射設定部にて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に設定された噴射モードにて噴射されるように、燃料噴射弁１１を駆動する。
【００２５】
吸気ポートに連通する吸気通路１９には、この吸気通路１９の開度を調整するためのスロットル弁２０が組み込まれている。スロットル開度、すなわちスロットル弁２０の開度は、アクセル開度センサー１８によって検出されるアクセルペダル１６の踏み込み量や車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１７のスロットル開度設定部にて設定される。そして、このスロットル開度設定部にて設定された開度となるように、ＥＣＵ１７のスロットル弁駆動部がスロットルアクチュエーター２１を介してスロットル弁２０の駆動を行う。
【００２６】
ピストンが往復動するシリンダーブロック２２には、クランク角センサー２３が取り付けられている。このクランク角センサー２３は、連接棒２４を介してピストンが連結されるクランク軸２５の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１７に出力する。ＥＣＵ１７は、クランク角センサー２３からの情報に基づいてクランク軸２５の回転位相やエンジン回転数（速度）を実時間で把握する。
【００２７】
エンジン１０の排気ポートには排気通路２６が連通している。このエンジン１０には、排気通路２６を流れる排気の一部を吸気通路１９へと導くＥＧＲ装置２７と、排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）２８と、排気浄化装置２９とが組み込まれている。
【００２８】
排気中に含まれるＮＯX、すなわち窒素酸化物の発生量を抑制するためのＥＧＲ装置２７は、ＥＧＲ通路３０と、ＥＧＲ制御弁３１とを具えている。ＥＧＲ通路３０は、後述する過給機２８のタービン２８ａとシリンダーヘッド１３との間の排気通路２６に一端が連通すると共に他端がスロットル弁２０とシリンダーヘッド１３との間の吸気通路１９に連通している。吸気通路１９とＥＧＲ通路３０との接続部分に近接したＥＧＲ通路３０の一端側に配され、ＥＣＵ１７によりその作動が制御されるＥＧＲ制御弁３１は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路３０から吸気通路１９へと還流される排気の流量を制御する。
【００２９】
過給機２８は、排気通路２６を流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行い、吸気密度を高め、吸気流量を増加させるためのものである。この過給機２８は、排気通路２６に組み込まれたタービン２８ａと、このタービン２８ａと一体に回転するコンプレッサー２８ｂとで主要部が構成されている。コンプレッサー２８ｂは、スロットル弁２０よりも上流側の吸気通路１９に組み込まれている。
【００３０】
過給機２８のコンプレッサー２８ｂとスロットル弁２０との間の吸気通路１９には、高温の排気にさらされるタービン２８ａ側からの伝熱によりコンプレッサー２８ｂを介して加熱される吸気温を低下させるためのインタークーラー３２が組み込まれている。また、吸気通路１９には、ここを流れる吸気流量を検出してこれらをＥＣＵ１７に出力するエアーフローメーター３３が設けられ、これは過給機２８のコンプレッサー２８ｂよりも上流側に配されている。
【００３１】
燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置２９は、過給機２８のタービン２８ａよりも下流側の排気通路２６に配されている。本実施形態における排気浄化装置２９は、ＤＯＣ２９ａとＤＰＦ２９ｂとを有するが、ＮＯX触媒などの他の触媒コンバーターをさらに追加することも可能である。この排気浄化装置２９には、ＤＯＣ２９ａの床温ＴCを検出してこれをＥＣＵ１７に出力する触媒温度センサー３４が付設されている。
【００３２】
さらに、本実施形態におけるディーゼルエンジン１０の吸気ポートには、後述するような、燃焼室１２に流入する吸気のスワール比を調整可能なスワール比調整機構４０が設けられている。
【００３３】
ＥＣＵ１７は、アクセル開度センサー１８，クランク角センサー２３，エアーフローメーター３３，触媒温度センサー３４などからの検出情報に基づき、エンジン１０の運転状態を把握する。そして、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，スロットルアクチュエーター２１，ＥＧＲ制御弁３１、スワール比調整機構４０などの作動を制御する。
【００３４】
ここで、本発明の第１の実施形態の構成をその概要を示す図２及び図３を用いて説明する。
【００３５】
図２の透視的平面図及び図３の透視的斜視図において、１２Ａは燃焼室１２を画定するボア内壁面である。そして、１３Ａは吸気ポート、１４Ａは吸気ポート１３Ａの端部開口を開閉する吸気バルブ１４のバルブヘッド、１５Ａは不図示の排気ポートの端部開口を開閉する排気バルブ１５のバルブヘッドである。さらに、４１は、燃焼室１２に流入する吸気のスワール比を調整可能なスワール比調整機構の第１の実施形態を構成するスワール比調整機構であり、１つの吸気ポート１３Ａ内に配置され、吸気ポート内壁の片側に沿った吸気の流れを生じさせることが可能な流路制御弁４１Ａと、そのアクチュエータ４１Ｂとを備えている。流路制御弁４１Ａは吸気ポート１３Ａの壁に沿う位置から壁に直立する位置まで回転可能である。なお、当該アクチュエータ４１Ｂは、ＥＣＵ１７からの制御信号により駆動制御される。
【００３６】
さらに、図３において、破線Ｘは燃焼室１２内においてピストンが上死点に位置するとき、ピストンのトップリングが到達する位置を示している。換言すると、この破線Ｘより下側のボア内壁面１２Ａがピストン、より詳しくは、ピストンのトップリングとの摺動面を構成している。本実施の形態では、このピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分のボア内壁面１２ＡＢ（図３にハッチングで示す）の表面粗さが他のボア内壁面部分１２Ａよりも相対的に大きな表面粗さに形成されている。ここで、排気側とは、燃焼室１２を気筒の中心軸に直交する平面的に見て、吸気ポートないしは吸気バルブが位置されている側とは逆の排気ポートないしは排気バルブが位置されている側を意味する。
【００３７】
なお、相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢは、本実施の形態において、ボアの中心Ｂ0と、排気ポート入口の排気バルブ１５のバルブヘッド最外径部とを結ぶ線Ｙに挟まれた、ボア中心Ｂ0から見て排気バルブ１５の裏側の領域に存する。このように、相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢを排気バルブ１５の裏側の領域、換言すると、排気側に形成することにより、ボア内壁面部分１２ＡＢを燃焼室１２において最も温度の高い排気バルブ１５の近傍に位置させ、燃料の着火性をさらに向上させている。
【００３８】
この他に比べ相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢは、燃焼室１２の壁面が、アルミニウムやその合金、鉄系の材料にアルミメッキを施して陽極酸化処理されたものなどによって形成されている場合には、陽極酸化被膜としてのアルマイトからなる断熱材がさらに塗布されて形成されてもよい。また、ジルコニアからなる断熱材が溶射されて形成されてもよい。また、他に比べ相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分１２ＡＢを確実に形成するためには、その部分に対してサンドブラスチング、切削などによる粗面化加工を施してもよい。
【００３９】
ここで、本明細書で用いる表面粗さを、JIS B0601 2001で規定されている算術平均粗さRaで表すことにすると、本実施形態では、他のボア内壁面部分１２Ａの表面粗さRa＝１．４X(Xは係数)であるのに対し、他に比べ相対的に大きく形成されたボア内壁面部分１２ＡＢの表面粗さRa＝６Xとしている。この場合、図１０のグラフに示されるように、表面粗さRa＝１．４Xのときの速度を１とすると、表面粗さRa＝６Xのときの速度は０．６であり、約４０％流速が低減することが確認されている。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態の構成をその概要を示す図５及び図６を用いて説明する。
【００４１】
図５の透視的平面図及び図６の透視的斜視図において、１２Ａは燃焼室１２を画定するボア内壁面である。そして、１３Ａ，１３Ｂは吸気ポート、１４Ａ、１４Ｂは吸気ポート１３Ａ、１３Ｂの端部開口を開閉する吸気バルブ１４のバルブヘッド、１５Ａ、１５Ｂは不図示の排気ポートの端部開口を開閉する排気バルブ１５のバルブヘッドである。さらに、４３は、燃焼室１２に流入する吸気のスワール比を調整可能なスワール比調整機構の第２の実施形態を構成するスワール比調整機構であり、一方の吸気ポート１３Ａ内に配置され、吸気ポート１３Ａの流量を制御可能なスワール制御弁４３Ａと、そのアクチュエータ４３Ｂとを備えている。スワール制御弁４３Ａは吸気ポート１３Ａの全閉位置から全開位置まで回転可能である。なお、当該アクチュエータ４３Ｂは、ＥＣＵ１７からの制御信号により駆動制御される。
【００４２】
さらに、図６において、破線Ｘは前述のように燃焼室１２内においてピストンが上死点に位置するとき、ピストンのトップリングが到達する位置を示している。すなわち、前述したように、この破線Ｘより下側のボア内壁面１２Ａがピストンとの摺動面を構成している。本実施の形態では、このピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分のボア内壁面１２ＡＢ１及び１２ＡＢ２（図６にハッチングで示す）の表面粗さＲaが他のボア内壁面部分１２Ａよりも相対的に大きな表面粗さに形成されている。
【００４３】
なお、本第２の実施形態では、相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢ１は、本実施の形態において、ボアの中心Ｂ0と、排気ポート入口の排気バルブ１５のバルブヘッド１５Ａの最外径部とを結ぶ線Ｙ１に挟まれた、ボア中心Ｂ0から見て排気バルブ１５の裏側の領域に存する。同様に、相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分１２ＡＢ２は、ボアの中心Ｂ0と、排気ポート入口の排気バルブ１５のバルブヘッド１５Ｂの最外径部とを結ぶ線Ｙ２に挟まれた、ボア中心Ｂ0から見て排気バルブ１５の裏側の領域に存する。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施形態の構成を、第２の実施形態の説明で用いた図５、及び概要を示す図６を用いて説明する。
【００４５】
本発明の第３の実施形態は、２つの吸気ポート１３Ａ，１３Ｂが臨む燃焼室１２を備え、ピストンとの摺動面より上側で且つ排気側部分のボア内壁面１２ＡＢ1及び１２ＡＢ２の表面粗さＲaが他のボア内壁面部分１２Ａよりも相対的に大きな表面粗さに形成されている点において、上述の第２の実施形態と同じである。異なる点は、スワール比調整機構が、例えば図５に示した２つの吸気ポート１３Ａ，１３Ｂの出口に配置された吸気バルブ１４Ａ，１４Ｂと、当該吸気バルブ１４Ａ，１４Ｂのバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構と、当該バルブタイミング変更機構を制御する制御手段とから構成されていることである。
【００４６】
そこで、この第３の実施形態を図８及び図９を用いて簡単に説明する。図８においては、手前側の吸気ポート１３Ａ及び第１の吸気バルブ１４Ａのみが示されているが、実際には奥側に吸気ポート１３Ｂ及び第２の吸気バルブ１４Ｂが存している。そして、図９に２つの吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構の一例が示されている。
【００４７】
図９において、１００は、第１の吸気バルブ１４Ａ及び第２の吸気バルブ１４Ｂを駆動する吸気カムシャフトである。吸気カムシャフト１００は、内部シャフト１０１が外部シャフト１０２内に回転自在に嵌め込まれた二重構造となっている。内部シャフト１０１には第１カム１０３が固定ピン１０４により固定されている。第１カム１０３は、外部シャフト１０２に設けられた溝１０２aから外部に露出した状態となっている。第１カム１０３は、内部シャフト１０１が外部シャフト１０２に対して回転することにより、位相変化することができる。外部シャフト１０２には、第２カム１０５が圧入により固定されている。第１カム１０３は第１の吸気バルブ１４Ａを駆動する。第２カム１０５は第２の吸気バルブ１４Ｂを駆動する。
【００４８】
なお、図１３は、ＥＣＵ１７からの指令により、内部シャフト１０１が外部シャフト１０２に対して回転され、その結果、第１カム１０３と第２カム１０５との位相がずれて、第１の吸気バルブ１４Ａと第２の吸気バルブ１４Ｂのバルブタイミングが変更されたバルブ位相差を示すグラフである。
【００４９】
ここで、上述した第１乃至第３の実施形態におけるディーゼルエンジンの作用を説明する。
【００５０】
第１の実施形態においては、図２に示したように、スワール比調整機構４１の流路制御弁４１Ａが吸気ポート１３Ａの壁に沿う位置であり、１つの吸気ポート１３Ａ内に配置され、吸気ポート内壁の片側に沿った吸気の流れを生じさせることが可能な流路制御弁４１Ａと、そのアクチュエータ４１Ｂとを備えている。流路制御弁４１Ａは吸気ポート１３Ａの壁に沿う位置から壁に直立する位置まで回転可能である。このように、流路制御弁４１Ａが直立位置にまで回転されると、その回転角に対応して吸気ポート１３Ａを流れる吸気の流路が制限されて、図４に白抜きの矢印で示すように、吸気ポート１３Ａ内壁の片側に沿った偏向流れが発生される。この偏向流れは燃焼室１２内のボア中心Ｂ0から偏心した方向に流入するので、燃焼室１２内でボア内壁面１２Ａに沿った大きなスワール比の空気の旋回流（図４では反時計回りに太い黒塗り矢印で示されている）を発生させる。この旋回流において、相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分１２ＡＢに接触した流れ部分は、その接触部位での流速が低下する。これによりボア周方向の流れに速度差が生じ、流速が低下した部分の燃料は拡散が抑制され、濃い分布部分が高温の排気側に位置される。このため、流速が低下した部分では燃料の着火性が向上される。また、旋回流で相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分に接触しない流速の低下しない部分は、燃焼速度に寄与する燃焼室全体におけるスワール（空気の流動）が抑制されないので、燃焼が促進される。
【００５１】
次に、第２の実施形態においては、図５に示したように、スワール比調整機構を構成するスワール比調整機構４３であって、一方の吸気ポート１３Ａ内に配置され、吸気ポート１３Ａの流量を制御可能なスワール制御弁４３Ａと、そのアクチュエータ４３Ｂとを備えている。スワール制御弁４３Ａは吸気ポート１３Ａの全閉位置から全開位置の間で回転可能である。ここで、スワール制御弁４３Ａが全閉されると吸気ポート１３Ａの流れは遮断され、図７に白抜きの矢印で示すように、片側の吸気ポート１３Ｂのみから吸気が流入される。この片側のみからの流れは燃焼室１２内のボア中心Ｂ0から偏心した方向に流入するので、燃焼室１２内でボア内壁面１２Ａに沿った大きなスワール比の空気の旋回流（図７では時計回りに太い黒塗り矢印で示されている）を発生させる。この旋回流において、相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分１２ＡＢ１及び１２ＡＢ２に接触した流れ部分は、その接触部位での流速が低下する。これによりボア周方向の流れに速度差が生じ、流速が低下した部分の燃料は拡散が抑制され、濃い分布部分が高温の排気側に位置される。このため、流速が低下した部分では燃料の着火性が向上される。また、旋回流で相対的に大きな表面粗さのボア内壁面部分に接触しない流速の低下しない部分は、燃焼速度に寄与する空気の流動が抑制されないので燃焼が促進される。
【００５２】
さらに、第３の実施形態においては、スワール比調整機構が、例えば図５に示した２つの吸気ポート１３Ａ，１３Ｂの出口に配置された吸気バルブ１４Ａ，１４Ｂと、当該吸気バルブ１４Ａ，１４Ｂのバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構１００を備えている。ここで、バルブタイミング変更機構１００がＥＣＵ１７からの制御信号により駆動制御されると、第１の吸気バルブ１４Ａと第２の吸気バルブ１４Ｂのバルブタイミングが、図１３に示されるようなバルブ位相差を有して駆動される。この結果、燃焼室１２には第１の吸気バルブ１４Ａよりも遅く閉じる第２の吸気バルブ１４Ｂ側から最後に強い吸気が流入される。したがって、上記第２の実施形態につき図７を用いて説明したのと同様に、高いスワール比の旋回流を発生させ、同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
次に、本発明のディーゼルエンジンによる制御ルーチンの一例を図１１のフローチャートを参照して説明する。この制御ルーチンは、一定周期の割り込みによって実行される。
【００５４】
まず、ステップＳ１１１において、クランク角センサー２３の出力に基づいてエンジン回転数(速度)が検出されると共に、アクセルペダル１６の踏み込み量を検出するアクセル開度センサー１８の出力に基づいてエンジン負荷が検出される。次いで、ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で検出されたエンジン回転数(速度)及びエンジン負荷から、図１２に示すような制御マップに基づいて、エンジンの運転状態はスワール比調整機構が稼動されるのを必要とする領域Ａにあるか否かが判別される。
【００５５】
この制御マップは１つのみが代表的に示されているが、本発明の上述の第１乃至第３の実施形態の各々について、予め実験または計算により求められ、ＥＣＵ１７のＲＯＭに保管されている。図１２に示す制御マップは、横軸にエンジン回転数(速度)、縦軸にエンジン負荷(燃料噴射量)を取り、相対的に低負荷低回転側の運転領域Ａと相対的に高負荷高回転側の運転領域Ｂとに分けられている。この相対的に低負荷低回転側の運転領域Ａは、燃料の拡散による微粒化を促進させるべくスワール比を高める(スワールを強くする)ことが好ましい運転領域である。
【００５６】
そこで、ステップＳ１１２において、エンジンの運転状態が、スワール比調整機構が稼動されるのを必要とする領域Ａにあると判別された場合には、ステップＳ１１３へと進む。一方、ステップＳ１１２において、エンジンの運転状態が、スワール比調整機構が稼動されるのを必要としない領域、すなわち、領域Ｂにあると判別された場合には、ステップＳ１１４へと進む。ステップＳ１１３ではスワール比調整機構が稼動され、ステップＳ１１４ではスワール比調整機構が非稼動とされる。
【００５７】
以下、このステップＳ１１３で実行される領域Ａでのスワール比調整機構の稼動制御について、上述の第１乃至第３の実施形態毎に説明する。
【００５８】
すなわち、第１の実施形態においては、ＥＣＵ１７からの指令によりアクチュエータ４１Ｂが駆動され、流路制御弁４１Ａが吸気ポート１３Ａの壁に沿う位置から壁にほぼ直立する位置まで回転される（図２参照）。この結果、前述のように、燃焼室１２内でボア内壁面１２Ａに沿った大きなスワール比の空気の旋回流が発生される（図４参照）。
【００５９】
また、第２の実施形態においては、ＥＣＵ１７からの指令によりアクチュエータ４３Ｂが駆動され、スワール制御弁４３Ａが吸気ポート１３Ａの全開位置から全閉位置の間で回転される（図５参照）。この結果、全閉位置に回転された場合には、前述のように、燃焼室１２内でボア内壁面１２Ａに沿った大きなスワール比の空気の旋回流が発生される（図７参照）。
【００６０】
さらに、第３の実施形態においては、ＥＣＵ１７からの制御信号によりバルブタイミング変更機構１００が駆動制御される。すると、第１の吸気バルブ１４Ａに対する第２の吸気バルブ１４Ｂのバルブタイミングが遅れたバルブ位相差（図１３参照）でもってバルブが駆動される。この結果、第２の実施形態と同様に、燃焼室１２内でボア内壁面１２Ａに沿った大きなスワール比の空気の旋回流が発生される（図７参照）。
【００６１】
なお、エンジンの運転状態が、スワール比調整機構が稼動されるのを必要としない領域Ｂにあると判別された場合に、ステップＳ１１４で実行されるスワール比調整機構の非稼動制御では、上述の第１乃至第３の実施形態において、それぞれ、流路制御弁４１Ａ、スワール制御弁４３Ａ及びバルブタイミング変更機構１００が元の状態に戻される。
【符号の説明】
【００６２】
１２      燃焼室
１２Ａ    ボア内壁面
１２ＡＢ  他のボア内壁面部分よりも相対的に大きな表面粗さに形成されたボア内壁面部分
１３Ａ    吸気ポート
【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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