(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、可変スワール装置を備えた内燃機関において、加速性能の向上や加速時のスモーク低減を図ることを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、低スワールモードと高スワールモードとに切り替え可能な可変スワール装置と、吸気弁開き時期を可変とする吸気可変動弁装置と、所定運転領域において定常運転する場合に、可変スワール装置を高スワールモードとする定常運転制御手段と、上記所定運転領域より負荷の低い領域から上記所定運転領域へ移行する過渡運転時に、吸気弁開き時期を上記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ可変スワール装置を低スワールモードとした状態を経由させる過渡運転制御手段と、を備える。【選択図】図５
2009299623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低スワールモードと、内燃機関の筒内に形成されるスワールを前記低スワールモードに比して強くする高スワールモードとに切り替え可能な可変スワール装置と、
吸気弁開き時期を可変とする吸気可変動弁装置と、
所定運転領域において定常運転する場合に、前記可変スワール装置を前記高スワールモードとする定常運転制御手段と、
前記所定運転領域より負荷の低い領域から前記所定運転領域へ移行する過渡運転時に、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記低スワールモードとした状態を経由させる過渡運転制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記過渡運転制御手段は、前記状態に次いで、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記高スワールモードとした状態を経由させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気弁閉じ時期を可変とする排気可変動弁装置と、
急加速要求を検知する急加速要求検知手段と、
前記急加速要求が検知された場合に、前記吸気弁開き時期を通常時より早くし、且つ前記排気弁閉じ時期を通常時より遅くすることにより、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とのオーバーラップを拡大させるバルブオーバーラップ拡大手段と、
を備え、
前記バルブオーバーラップ拡大手段は、まず前記吸気弁開き時期を早くし、その後、前記排気弁閉じ時期を遅くすることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の筒内に形成されるスワールの強さを可変とする可変スワール装置が知られている。例えば、特開２００４−１００５５５号公報には、第一吸気バルブと第二吸気バルブのリフト量を同一とする場合と、第一吸気バルブと第二吸気バルブのリフト量を相違させる場合とを選択的に実行可能な可変動弁機構が開示されている。この機構によれば、第一吸気バルブと第二吸気バルブとのリフト量を相違させることによって、各バルブからの吸入流量を相違させ、筒内に強いスワールを発生させることが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１００５５５号公報
【特許文献２】特開２００４−３６５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可変スワール装置を備えた内燃機関においては、スモークの出易い中高負荷運転時に、スワールを強くすることにより、燃料と空気との混合を促進し、スモークを抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、低負荷領域から中高負荷領域へ移行する加速時において、可変スワール装置によってスワールを強くした場合、次のような問題がある。加速時には、過給の応答遅れ（いわゆるターボラグ）や、ＥＧＲガスの切り遅れが原因となって、新気が不足し易い。このような状態においてスワールを強くすると、流量係数が低下するため、新気量が更に減少する。その結果、加速不良やスモークの増大が生じ易い。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、可変スワール装置を備えた内燃機関において、加速性能の向上や加速時のスモーク低減を図ることのできる内燃機関の制御装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
低スワールモードと、内燃機関の筒内に形成されるスワールを前記低スワールモードに比して強くする高スワールモードとに切り替え可能な可変スワール装置と、
吸気弁開き時期を可変とする吸気可変動弁装置と、
所定運転領域において定常運転する場合に、前記可変スワール装置を前記高スワールモードとする定常運転制御手段と、
前記所定運転領域より負荷の低い領域から前記所定運転領域へ移行する過渡運転時に、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記低スワールモードとした状態を経由させる過渡運転制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記過渡運転制御手段は、前記状態に次いで、前記吸気弁開き時期を前記所定運転領域での吸気弁開き時期より早くし、且つ前記可変スワール装置を前記高スワールモードとした状態を経由させることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
排気弁閉じ時期を可変とする排気可変動弁装置と、
急加速要求を検知する急加速要求検知手段と、
前記急加速要求が検知された場合に、前記吸気弁開き時期を通常時より早くし、且つ前記排気弁閉じ時期を通常時より遅くすることにより、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とのオーバーラップを拡大させるバルブオーバーラップ拡大手段と、
を備え、
前記バルブオーバーラップ拡大手段は、まず前記吸気弁開き時期を早くし、その後、前記排気弁閉じ時期を遅くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、加速時に低スワールモードから高スワールモードに切り替える場合に、低スワールモードのままで吸気弁開き時期を一時的に早くした状態を経由させることができる。これにより、加速途中の新気量およびスワール比を増大させることができ、加速性能の向上やスモークの抑制を図ることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、加速時に低スワールモードから高スワールモードに切り替える場合に、低スワールモードのままで吸気弁開き時期を一時的に早くした状態に続き、吸気弁開き時期を早くした状態のままで高スワールモードとした状態を経由させることができる。これにより、加速途中において、十分な新気量を確保しつつ、スワール比を更に高めることができる。このため、スモークの発生をより確実に抑制することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、急加速時に排気脈動を利用するためにバルブオーバーラップを設ける際に、まず吸気弁開き時期を早くすることができる。これにより、新気量およびスワール比を増大させることができるので、加速性能向上およびスモーク抑制を図ることができる。また、この段階では、バルブオーバーラップ期間が小さく、バルブオーバーラップ期間における吸気弁および排気弁のリフトも小さい。よって、過給の応答遅れのために吸気圧力が排気圧力より低くなっていても、排気ポートから吸気ポートへの排気ガスの吹き戻しを確実に抑制することができる。そして、その後に、排気弁閉じ時期を遅くすることにより、十分なバルブオーバーラップ期間を設け、排気脈動を利用して体積効率を向上させることができる。このため、優れた急加速性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００１４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼルエンジン（内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示のディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼルエンジンの気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。
【００１５】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１４内から、各インジェクタ１２へ、燃料が供給される。
【００１６】
ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０を介して、各気筒の排気ポート２２に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。
【００１７】
排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２６が設けられている。排気浄化装置２６としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。
【００１８】
ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５に分配される。
【００１９】
吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００２０】
吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまりＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
【００２１】
ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を調節することにより、ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を制御することができる。
【００２２】
そして、本実施形態のシステムは、過給圧を検出する過給圧センサ４６と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動することにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００２３】
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６２の信号に基づいて、エンジン回転数を算出することができる。また、ＥＣＵ５０は、アクセルポジションセンサ４８の信号、エンジン回転数、吸入空気量、過給圧等に基づいて、エンジン負荷（燃料噴射量または要求トルク等）を算出する。
【００２４】
ディーゼルエンジン１０は、更に、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置５４と、排気弁５６の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置５８とを備えている。吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８は、それぞれ、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている。なお、排気可変動弁装置５８は、後述する実施の形態３においては必須の構成であるが、実施の形態１および２においては、なくてもよい。すなわち、実施の形態１および２においては、排気弁５６のバルブタイミングが固定されていてもよい。
【００２５】
図３は、ディーゼルエンジン１０の一つの気筒に設けられた二つの吸気ポート３５を示す模式的な平面図である。同図に示すように、ディーゼルエンジン１０は、１気筒当たり二つの吸気ポート３５を備えている。以下の説明において、その二つの吸気ポート３５を区別して述べる必要のある場合には、第１吸気ポート３５ａおよび第２吸気ポート３５ｂと呼ぶ。本実施形態では、第１吸気ポート３５ａが主流ポートであり、第２吸気ポート３５ｂが副流ポートになっている。
【００２６】
また、ディーゼルエンジン１０の各気筒には、第１吸気ポート３５ａを開閉する吸気弁５２と、第２吸気ポート３５ｂを開閉する吸気弁５２とが設けられている。以下の説明において、その二つの吸気弁５２を区別して述べる必要のある場合には、前者を第１吸気弁５２ａと呼び、後者を第２吸気弁５２ｂと呼ぶ。
【００２７】
本実施形態の吸気可変動弁装置５４は、次の二つの機能を有している。
（１）第１吸気弁５２ａおよび第２吸気弁５２ｂの開き時期を、連続的または段階的に変化させる。
（２）第１吸気弁５２ａおよび第２吸気弁５２ｂの閉じ時期を同時とする第１の動作モードと、第２吸気弁５２ｂを第１吸気弁５２ａより早く閉じる第２の動作モードとに切り替えることができる。すなわち、第１の動作モードでは、第２吸気弁５２ｂの作用角（開弁期間）が第１吸気弁５２ａと同じになり、第２の動作モードでは、第２吸気弁５２ｂおよび第１吸気弁５２ａの開き時期が同じで、且つ、第２吸気弁５２ｂの作用角が第１吸気弁５２ａより短くなる。
【００２８】
上記（１）の機能は、例えば、両吸気弁５２を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角を一定としつつそれらの開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角させる公知の位相可変機構によって実現することができる。また、上記（２）の機能は、第２吸気弁５２ｂの作用角を連続的または段階的に可変とする公知の作用角可変機構によって実現することができる。
【００２９】
なお、吸気可変動弁装置５４の具体的構成は、上記に限定されるものではなく、上記（１）および（２）の機能を発揮し得るものであれば如何なる構成でもよい。例えば、吸気弁５２を駆動するカムシャフトを電気モータによって回転駆動し、吸気弁５２を任意の時期に開閉可能とする装置や、吸気弁５２を電磁駆動とすることにより任意の時期に開閉可能とする装置などを用いてもよい。
【００３０】
本実施形態のディーゼルエンジン１０では、上記のような吸気可変動弁装置５４が、筒内に形成されるスワール（旋回流）の強さを可変とする可変スワール装置としても機能する。第１吸気弁５２ａおよび第２吸気弁５２ｂの閉じ時期を同時とする第１の動作モードにおいては、主流ポートである第１吸気ポート３５ａから筒内に流入するガスが作る強いスワールが、副流ポートである第２吸気ポート３５ｂからのガスの流れによって弱められる。これに対し、第２吸気弁５２ｂを第１吸気弁５２ａより早く閉じる第２の動作モードにおいては、第２吸気ポート３５ｂからのガス流入が少なくなるので、第１吸気ポート３５ａからのガス流が作る強いスワールがそのまま残る。このようにして、吸気可変動弁装置５４を第１の動作モードとすると低スワールとなり、第２の動作モードとすると高スワールとなる。そこで、以下では、第１の動作モードを「低スワールモード」と称し、第２の動作モードを「高スワールモード」と称する。
【００３１】
なお、吸気可変動弁装置５４が、第２吸気弁５２ｂの作用角を連続的または多段階に可変とする機能を備えている場合には、高スワールモードにおいて、第２吸気弁５２ｂの作用角を小さくするほど、スワール比をより大きくすることができる。
【００３２】
図４は、ディーゼルエンジン１０の運転領域と要求スワール比との関係を示すマップである。本実施形態では、図４に示すように、エンジン回転数およびエンジン負荷が高くなるほど、大きなスワール比を要求することとしている。中・高負荷領域においては、スワール比を大きくすることにより、空気と燃料との混合を促進し、もってスモークの発生を抑制することができる。
【００３３】
図４に示すような要求スワール比を実現するため、ＥＣＵ５０は、図４中のラインＣより低回転低負荷側で定常運転状態にあるときには吸気可変動弁装置５４を低スワールモードとし、そのラインＣより高回転高負荷側で定常運転状態にあるときには、吸気可変動弁装置５４を高スワールモードとする制御を実行する。
【００３４】
図４中のラインＣを跨ぐような加速が行われる場合、例えば、図４中の点Ａから点Ｂへの加速要求が生じた場合には、吸気可変動弁装置５４を低スワールモードから高スワールモードへと切り替える必要がある。しかしながら、点Ａから点Ｂへの加速時に低スワールモードから高スワールモードへの切り替えを行った場合、ディーゼルエンジン１０の筒内に供給される新気量が不足し易いという問題がある。
【００３５】
吸気可変動弁装置５４を低スワールモードから高スワールモードへ切り替えると、第２吸気ポート３５ｂからの流入ガス量が減少するため、流量係数が低下する。また、加速時には、過給の応答遅れ（いわゆるターボラグ）や、ＥＧＲガスの切り遅れが生ずる。なお、ＥＧＲガスの切り遅れとは、ＥＧＲ弁４４を閉じた後も、吸気マニホールド３４の内部などに存在するＥＧＲガスが筒内に流入し続けるために、ＥＧＲ率が急には低下しない現象のことである。加速時には、過給の応答遅れやＥＧＲガスの切り遅れのために、元々新気量が不足し易い。このため、低スワールモードから高スワールモードへの切り替えによって流量係数が低下すると、新気量が更に不足し易くなる。その結果、スモークが増加したり、加速性能が低下したりするという弊害がある。
【００３６】
上述したような加速時（過渡運転時）の新気量の不足を回避するため、本実施形態では、加速中に両吸気弁５２の開き時期を早くする制御を行うこととした。図５は、本発明の実施の形態１における加速時の吸気弁５２の制御を説明するための図である。図５中の下段は、加速時の過給圧の経時変化を示す図であり、上段は第１吸気弁５２ａ（「ＩＮ１」で示す）、第２吸気弁５２ｂ（「ＩＮ２」で示す）、および排気弁５６（「ＥＸ」で示す）の開弁期間をクランク角で表した図である。
【００３７】
加速開始前（低負荷領域）においては、図５の（１）に示すように、吸気可変動弁装置５４は低スワールモードとされており、両吸気弁５２の開き時期は上死点（ＴＤＣ）より少し前とされている。アクセルポジションセンサ４８の信号等に基づいて加速要求が検知されると、加速が開始される。加速中は、図５の（２）に示すように、低スワールモードのままで、両吸気弁５２が上死点より十分に前のタイミングで開くように、両吸気弁５２の開き時期を早める制御が実行される。
【００３８】
そして、過給圧センサ４６によって検出される過給圧が十分に上昇したことが認められたら、図５の（３）に示すように、両吸気弁５２の開き時期を元に戻すとともに、第２吸気弁５２ｂを第１吸気弁５２ａより早く閉じる高スワールモードに切り替える制御が実行される。
【００３９】
図６は、吸気弁５２のリフトカーブを模式的に示す図である。図６中の細線で示すリフトカーブは通常の開き時期の場合（図５の（１））のものであり、図６中の太線で示すリフトカーブは開き時期を早くした場合（図５の（２））のものである。図６に示すように、吸気弁５２の開き時期を早くすると、吸気行程の初期におけるバルブリフト（開弁量）を大きくすることができる。吸気行程の初期は、吸気行程の中でも吸入ガスの流量が大きい期間である。よって、吸気行程の初期におけるバルブリフトの大小は、筒内に吸入されるガス量に大きく影響する。このため、吸気行程の初期において吸気弁５２のリフトが大きくなることにより、筒内に吸入されるガス量を十分に増大させることができる。更に、吸気行程の初期において吸気弁５２のリフトが大きくなることにより、吸気行程初期における吸入ガス流速が速くなるので、スワール比を高めることもできる。
【００４０】
図７は、吸気弁５２の開き時期を早くする制御がスワール比および流量係数に与える影響を示す図である。図７中の黒い点は、低スワールモードにおいて吸気弁５２の開き時期を通常のタイミングとした場合である。この黒い点から右上方に伸びる実線は、低スワールモードのままで吸気弁５２の開き時期を早くした場合を示している。一方、黒い点から右下方に伸びる破線は、高スワールモードに切り替えた場合を示している。
【００４１】
図７に示すように、高スワールモードとした場合には、スワール比を高めることができる一方で、流量係数は低下する。これに対し、低スワールモードのままで吸気弁５２の開き時期を早くした場合には、流量係数をアップすることができるとともに、高スワールモードほどではないがスワール比をアップすることもできる。
【００４２】
図８は、加速時のスワール比、筒内空気量、およびＥＧＲ率の変化を示す図である。図８中の（１）は、高スワールモードで加速を行った場合を示す。高スワールモードで加速を行うと、流量係数の低下と過給遅れにより、空気量が大幅に不足する。このため、スモークが増大するとともに、十分な加速性能が得られない。図８中の（２）は、吸気弁５２の開き時期を通常にしたままで低スワールモードで加速した場合を示す。この場合には、上記（１）よりは空気量が多くなるが、スワール比が大幅に低くなるため、空気と燃料との混合が不足し、スモークが増大する。
【００４３】
図８中の（３）は、吸気弁５２の開き時期を早くして、低スワールモードで加速した場合、つまり図５に示す本実施形態の制御を行った場合を示す。この図に示すように、本実施形態によれば、上記（１）や（２）の場合と比べて、加速中の空気量（新気量）を最も多くすることができる。また、上記（１）ほどではないが、スワール比も十分に高くすることができる。このため、スモークの発生を十分に抑制することができる。また、空気量を多くすることができ、それに応じて燃料噴射量も多くすることができるので、加速性能を向上することもできる。また、空気量の増加およびそれに伴う燃料噴射量の増加により、排気エネルギを増大させることができるので、ターボ過給機２４の応答性も改善される。すなわち、過給遅れが少なくなるので、加速性能を更に向上することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、吸気可変動弁装置５４が可変スワール装置としての機能を併有する場合について説明したが、本発明では、吸気可変動弁装置５４と可変スワール装置とが別個のものであってもよい。例えば、吸気ポートの途中にスワール制御弁を設け、そのスワール制御弁を開閉することによってスワール比を変化させる装置を可変スワール装置として使用してもよい。
【００４５】
上述した実施の形態１においては、図４に示すマップにおいてラインＣよりも高回転高負荷側の領域が前記第１の発明における「所定運転領域」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、定常運転時に図４に示すマップに従って吸気可変動弁装置５４の低スワールモードと高スワールモードとを切り替えることにより前記第１の発明における「定常運転制御手段」が、低スワールモード領域から高スワールモード領域への加速時（過渡運転時）に図５の（２）に示す状態を経由するように吸気可変動弁装置５４を制御することにより前記第１の発明における「過渡運転制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００４６】
実施の形態２．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。実施の形態２は、加速時の吸気弁５２の制御が異なること以外は、前述した実施の形態１と同様である。図９は、本発明の実施の形態２における加速時の吸気弁５２の制御を説明するための図である。
【００４７】
本実施形態では、図９の（２）に示すように、加速が開始されると、低スワールモードのままで、両吸気弁５２が上死点より十分に前のタイミングで開くように、両吸気弁５２の開き時期を早める制御が実行される。この点は、前述した実施の形態１と同様である。
【００４８】
本実施形態では、図９の（２）に示す開弁特性を実現した後、加速途中からは、図９の（３）に示すように、両吸気弁５２の開き時期を早くした状態のままで、第２吸気弁５２ｂを第１吸気弁５２ａよりも早く閉じる高スワールモードへと切り替える。これにより、両吸気弁５２の開き時期を早くしたことによる高い流量係数（空気量）を維持したままで、スワール比をより高くすることができる。このため、スモークの発生をより確実に抑制することができる。
【００４９】
そして、過給圧センサ４６によって検出される過給圧が十分に上昇したことが認められたら、図９の（４）に示すように、両吸気弁５２の開き時期を元に戻す。この加速完了時の状態は、実施の形態１と同様である。
【００５０】
圧縮行程において、筒内のガスが実際に圧縮され始めるのは、吸気弁５２が閉じた位置からである。このため、実質的な圧縮比（以下「実圧縮比」と称する）は、吸気弁５２の閉じ時期に応じて変化する。図９の（３）の状態では、第１吸気弁５２ａの閉じ時期が下死点（ＢＤＣ）の近傍となっているため、実圧縮比は大きい。このため、図９の（３）の状態を維持し続けると、筒内温度が上昇し、スモークが発生し易くなる。
【００５１】
これに対し、本実施形態では、上述したように、加速の完了に伴って図９の（４）の状態に切り替える。この状態では、第１吸気弁５２ａの閉じ時期が図９の（３）の状態より遅いため、実圧縮比は図９の（３）の状態より小さい。よって、筒内温度の上昇を抑制することができ、スモークの発生を確実に抑制することができる。
【００５２】
上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、低スワールモード領域から高スワールモード領域への加速時（過渡運転時）に図９の（２）および（３）に示す状態を順次経由するように吸気可変動弁装置５４を制御することにより、前記第２の発明における「過渡運転制御手段」が実現されている。
【００５３】
実施の形態３．
次に、図１０乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５４】
本実施形態において、ディーゼルエンジン１０は、排気弁５６の開き時期および閉じ時期を可変とする排気可変動弁装置５８を備えている。以下の説明では、排気可変動弁装置５８は、排気弁５６を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角（開弁期間）を一定としつつそれらの開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角させる公知の位相可変機構で構成されているものとする。
【００５５】
ただし、排気可変動弁装置５８の構成は上記に限定されるものではなく、排気弁５６を駆動するカムシャフトを電気モータによって回転駆動し、排気弁５６を任意の時期に開閉可能とする装置や、排気弁５６を電磁駆動とすることにより任意の時期に開閉可能とする装置などを用いてもよい。
【００５６】
本実施形態のディーゼルエンジン１０では、急加速（全開加速またはそれに近い加速）を行う場合に、排気脈動を利用することによって体積効率（充填効率）を向上させる制御（以下「体積効率向上制御」と称する）を実行する。図１０は、体積効率向上制御を説明するための図である。体積効率向上制御においては、排気弁５６の開弁期間と吸気弁５２の開弁期間との間にオーバーラップ（以下「バルブオーバーラップ」と称する）を設ける。すなわち、吸気弁５２の開き時期（ＩＶＯ）を通常より早くするとともに、排気弁５６の閉じ時期（ＥＶＣ）を通常より遅くする。そして、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップの期間に一致させることにより、掃気効果を発揮させる。これにより、体積効率の向上を図ることができる。
【００５７】
以下、より詳細に説明する。排気圧力（排気マニホールド圧力）は、各気筒の排気弁５６から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動（変動）する。図１０中の破線の波形は、排気弁５６の開き時期（ＥＶＯ）が通常の時期となるように排気可変動弁装置５８が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。この波形に示すように、排気弁５６の開き時期が通常の時期となるように制御されている場合には、排気圧力の脈動の谷のタイミングは、吸気弁５２の開き時期よりも前の時期になっている。
【００５８】
これに対し、図１０中の実線の波形は、排気弁５６の開き時期が通常の時期よりも遅い時期となるように排気可変動弁装置５８が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。排気弁５６の開き時期を遅くするほど、排気ガスが排気ポート２２へ放出されるタイミングが遅くなるので、排気圧力の波形（位相）は、図１０中で右側にシフトする。よって、排気弁５６の開き時期を遅らせる量を適度に設定することにより、図１０に示すように、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。体積効率向上制御においては、上記のように、排気弁５６の開き時期を通常より遅くすることにより、排気圧力の脈動の谷のタイミングがバルブオーバーラップ期間に一致するように制御される。
【００５９】
一方、図１０中の一点鎖線は、吸気圧力（吸気マニホールド圧力）を示している。図１０に示すように、吸気圧力はクランク角によらずほぼ一定である。このため、体積効率向上制御の実行によって排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させると、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力を排気圧力より高くすることができる。このため、吸気弁５２が開いたとき、吸気弁５２から筒内に流入する新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出すことができる。すなわち、高い掃気効果が得られ、筒内の既燃ガスを円滑かつ確実に新気に置換することができる。その結果、残留ガスを十分に低減することができ、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、体積効率を増大させることができ、ディーゼルエンジン１０のトルクを増大することができる。
【００６０】
しかしながら、ターボ過給には応答遅れがある。このため、急加速の開始初期においては、吸気圧力が十分に上昇しない。その結果、バルブオーバーラップのときに、吸気圧力が排気圧力より低くなる場合がある。そうすると、排気ポート２２から吸気ポート３５へ排気ガスが吹き戻されるため、かえって体積効率が低下してしまう。
【００６１】
この問題を解決するため、本実施形態では、体積効率向上制御を開始する際、排気弁５６の閉じ時期は変えずに、まず、吸気弁５２の開き時期を早くすることとした。そして、吸気圧力（過給圧）が十分に上昇したと判定されるのを待って、排気弁５６の閉じ時期を遅くすることとした。
【００６２】
［実施の形態３における具体的処理］
図１１は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンによれば、まず、急加速の要求があるかどうかが、アクセルポジションセンサ４８の信号に基づいて判定される（ステップ１００）。
【００６３】
上記ステップ１００において、急加速が要求されていると判定された場合には、吸気弁５２の開き時期が通常より早くなるように、吸気可変動弁装置５４が制御される（ステップ１０２）。図１２は、このステップ１０２の処理を終えたときの吸気弁５２および排気弁５６の開弁特性を示す図である。図１２に示す開弁特性においては、バルブオーバーラップ期間は小さい。また、バルブオーバーラップ期間において、吸気弁５２は開いた直後であり、排気弁５６は閉じる直前である。従って、吸気弁５２および排気弁５６のリフトは共に小さい。このため、吸気圧力が排気圧力より低くても、排気ポート２２から吸気ポート３５への排気ガスの吹き戻しは生じにくい。よって、体積効率の低下を確実に抑制することができる。
【００６４】
更に、図１２に示す開弁特性によれば、次のような利点がある。実施の形態１で説明したように、吸気弁５２の開き時期を早くすると、流量係数の増大によって空気量を増加させることができるとともに、スワール比を高めることもできる。このため、加速性能向上およびスモーク抑制を図ることができる。更に、空気量の増加およびそれに伴う燃料噴射量の増加により、排気エネルギを増大させることができるので、ターボ過給機２４の応答性も改善される。すなわち、過給遅れが少なくなるので、加速性能を更に向上することができる。
【００６５】
上記ステップ１０２の処理に続いて、吸気圧力（過給圧）が、脈動の谷における排気圧力より高い値にまで、上昇したか否かが判定される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、例えば、過給圧センサ４６で検出される過給圧と、ディーゼルエンジン１０の運転状態に基づいて算出される推定排気圧力とを比較することにより、上記の判定を行うことができる。
【００６６】
上記ステップ１０４で、吸気圧力（過給圧）が、脈動の谷における排気圧力より高くなったと判定された場合には、排気弁５６のバルブタイミングが通常より遅くなるように、排気可変動弁装置５８が制御される（ステップ１０６）。図１３は、このステップ１０６の処理を終えたときの吸気弁５２および排気弁５６の開弁特性を示す図である。図１３に示す開弁特性においては、排気弁５６の閉じ時期が通常より遅くされていることにより、バルブオーバーラップ期間が十分に確保されている。また、排気弁５６の開き時期が通常より遅くされていることにより、排気圧力の脈動の谷をバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。従って、上述した掃気効果が発揮され、体積効率を向上することができるので、高い急加速性能が得られる。
【００６７】
なお、図１２および図１３では、第２吸気弁５２ｂの作用角が第１吸気弁５２ａと同じとなる高スワールモードになっているが、第２吸気弁５２ｂを第１吸気弁５２ａより早く閉じる低スワールモードとしてもよい。
【００６８】
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第３の発明における「急加速要求検知手段」が、上記ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「バルブオーバーラップ拡大手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒に設けられた二つの吸気ポートを示す模式的な平面図である。
【図４】ディーゼルエンジンの運転領域と要求スワール比との関係を示すマップである。
【図５】本発明の実施の形態１における加速時の吸気弁の制御を説明するための図である。
【図６】吸気弁のリフトカーブを模式的に示す図である。
【図７】吸気弁の開き時期を早くする制御がスワール比および流量係数に与える影響を示す図である。
【図８】加速時のスワール比、筒内空気量、およびＥＧＲ率の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における加速時の吸気弁の制御を説明するための図である。
【図１０】体積効率向上制御を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３における吸気弁および排気弁の制御を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における吸気弁および排気弁の制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ディーゼルエンジン
１２  インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２２  排気ポート
２４  ターボ過給機
２６  排気浄化装置
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３５  吸気ポート
３５ａ  第１吸気ポート
３５ｂ  第２吸気ポート
３６  吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ弁
４６  過給圧センサ
４８  アクセルポジションセンサ
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５２ａ  第１吸気弁
５２ｂ  第２吸気弁
５４  吸気可変動弁装置
５６  排気弁
５８  排気可変動弁装置
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【図１】
2009299623.tif 000003
【図２】
2009299623.tif 000004
【図３】
2009299623.tif 000005
【図４】
2009299623.tif 000006
【図５】
2009299623.tif 000007
【図６】
2009299623.tif 000008
【図７】
2009299623.tif 000009
【図８】
2009299623.tif 000010
【図９】
2009299623.tif 000011
【図１０】
2009299623.tif 000012
【図１１】
2009299623.tif 000013
【図１２】
2009299623.tif 000014
【図１３】
2009299623.tif 000015