JP2006307658A - 2ストロークエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】電気的に、吸気バルブ、排気バルブの開閉のタイミング、最大リフトを制御する手段を有する2ストロークエンジンにおいて、広い運転範囲にわたり、燃焼、エミッション、動力性能を改善すること。
【解決手段】エンジン一回転に一回吸気バルブ4および排気バルブ5の一方あるいは両方のリフトおよび開閉のタイミングの一方あるいは両方を電気的に制御できるアクチュエータ7,8を具備し、空気流量センサ9、回転センサ11の信号をコントロールユニット13に入力し、空気流量、回転速度から吸気バルブ4と排気バルブ5の動作を確認し、燃料噴射インジェクタ6の燃料量を、吸気バルブ4と排気バルブ5の動作と協調制御することによって、課題を解決する。
【選択図】図1
【解決手段】エンジン一回転に一回吸気バルブ4および排気バルブ5の一方あるいは両方のリフトおよび開閉のタイミングの一方あるいは両方を電気的に制御できるアクチュエータ7,8を具備し、空気流量センサ9、回転センサ11の信号をコントロールユニット13に入力し、空気流量、回転速度から吸気バルブ4と排気バルブ5の動作を確認し、燃料噴射インジェクタ6の燃料量を、吸気バルブ4と排気バルブ5の動作と協調制御することによって、課題を解決する。
【選択図】図1
Description
本発明は2ストロークエンジンに関するものであり、とくに吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両者の開閉タイミングまたはリフト量を制御しうる2ストロークエンジンに関するものである。
吸気バルブ、排気バルブが設けられていない掃気ポート式の2ストロークエンジンの他に、従来からバルブ付きの2ストロークエンジンが利用されている。この例として、特許文献1や非特許文献1に開示されているものがある。また、2ストローク、4ストロークエンジンのバルブの電気的制御手段としての具体例が非特許文献2に開示されている。
特許文献2では、2ストロークのディーゼルエンジンにおいて、エンジン始動時と判断されたときに、電動式の可変動弁装置(カムひねりタイプ)により、吸気弁閉時期(IVC)を下死点(BDC)に近づけて、有効圧縮比を高めることで始動時の自着火を確保し、通常運転時は、IVCを遅らせて、有効圧縮比を低下させて、燃費を低減させる技術が開示されている。
これら従来技術においは、エンジンの運転状態によって、あらかじめ定められた目標値になるように、吸気バルブ、排気バルブの動作を制御することが行われている。一方、エンジンの運転状態に応じて、燃料の噴射タイミング、噴射量を制御することも行われている。噴射量、噴射タイミングは、アクセルペダルの踏み込み量と、エンジンの回転速度から決定されている。
特許文献2では、2ストロークのディーゼルエンジンにおいて、エンジン始動時と判断されたときに、電動式の可変動弁装置(カムひねりタイプ)により、吸気弁閉時期(IVC)を下死点(BDC)に近づけて、有効圧縮比を高めることで始動時の自着火を確保し、通常運転時は、IVCを遅らせて、有効圧縮比を低下させて、燃費を低減させる技術が開示されている。
これら従来技術においは、エンジンの運転状態によって、あらかじめ定められた目標値になるように、吸気バルブ、排気バルブの動作を制御することが行われている。一方、エンジンの運転状態に応じて、燃料の噴射タイミング、噴射量を制御することも行われている。噴射量、噴射タイミングは、アクセルペダルの踏み込み量と、エンジンの回転速度から決定されている。
しかし、従来のシリンダに、吸気バルブ、排気バルブを具備した2ストロークエンジンでは、バルブはクランク軸によって機械的に駆動されるカム軸によって動かされるので、バルブの動きが固定され、広い回転速度範囲おいて、ガス交換を最適に制御することが期待できない。
また、従来用いられてきた、電気的にバルブの動きを制御する手段は、もっぱら4ストロークエンジン用であるので、エンジン2回転に一回動作するように造られており、エンジン一回転に一回動作する2ストロークエンジンには適用することができない。
この際、吸気バルブ、排気バルブの動作は、アクチュエータの応答遅れなどによって、一般に燃料噴射の制御よりも目標値に達するのが遅れる傾向がある。吸気バルブ、排気バルブの動作が遅れると、目標の空気量に達する前に、燃料噴射量が目標値に達し、一時的に混合気が濃くなり、燃焼が悪化し、一酸化炭素、すす(スート)などの排出量が増大する恐れがある。
本発明は、2ストロークエンジンにおいて、電気的に吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方の動作を制御することができるようにし、ガス交換を改善し、燃料噴射と協調を図ることにより、燃焼、エミッション、動力性能を改善することを課題とする。
また、従来用いられてきた、電気的にバルブの動きを制御する手段は、もっぱら4ストロークエンジン用であるので、エンジン2回転に一回動作するように造られており、エンジン一回転に一回動作する2ストロークエンジンには適用することができない。
この際、吸気バルブ、排気バルブの動作は、アクチュエータの応答遅れなどによって、一般に燃料噴射の制御よりも目標値に達するのが遅れる傾向がある。吸気バルブ、排気バルブの動作が遅れると、目標の空気量に達する前に、燃料噴射量が目標値に達し、一時的に混合気が濃くなり、燃焼が悪化し、一酸化炭素、すす(スート)などの排出量が増大する恐れがある。
本発明は、2ストロークエンジンにおいて、電気的に吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方の動作を制御することができるようにし、ガス交換を改善し、燃料噴射と協調を図ることにより、燃焼、エミッション、動力性能を改善することを課題とする。
(1)この課題を解決するために、本発明の一実施の形態においては、負荷と回転速度の情報によって、エンジン一回転に一回吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方の動作を電気的に制御できるアクチュエータと、そのアクチュエータと協調制御される燃料噴射インジェクタを具備したことを特徴とする2ストロークエンジンを提供するものである。これによって、回転速度の広い範囲において、ガス交換を確実なものとなし、吸気バルブ、排気バルブの応答性の遅れに伴う、空気量の目標値からのずれを補償するように、燃料噴射量と協調制御することによって、空燃比の目標値からのずれを低減し、燃焼を最適にし、エミッション、動力性能を改善することができるものである。
(2)本発明の他の実施の形態においては、クランク軸タイミングプーリとそれと連動するカム軸タイミングプーリを設け、位相を電気的に可変できる機構を介してカム軸を駆動し、エンジン一回転に一回、吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方の開閉タイミングを電気的に制御できるようにしたことを特徴とする2ストロークエンジンを提供するものである。これによって、簡単な機構で、ガス交換を最適にすることができる。
(3)本発明の他の実施の形態においては、吸気バルブの代わりに、エンジンのシリンダの一部に掃気ポート設け、電気的に制御可能な排気バルブの動作と協調して、燃料噴射を制御することを特徴とする2ストロークエンジンを提供するものである。これによって、簡単な排気バルブの制御機構で、ガス交換と、燃焼を改善することができる。
(4)本発明の他の実施の形態においては、上記実施の形態に加えて、吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方を電気的に制御できるアクチュエータと協調制御される燃料噴射インジェクタの噴射量を、空気量センサの信号をもとに決定することを特徴とする2ストロークエンジンを提供するものである。これによって、吸気バルブ、排気バルブの応答遅れに見合って、実際の噴射量が適切に制御されるので、過渡運転時の混合気の目標値からのずれが低減され、過渡運転時のエミッション、動力性能が改善される。
(5)本発明の他の実施の形態においては、回転数と負荷の関数として、吸気バルブおよび排気バルブの一方あるいは両方のリフト特性と開閉のタイミング特性をコントロールユニットに格納し、それらの特性に応じて、吸気バルブおよび排気バルブ一方又は両方を電気的に制御できるアクチュエータを具備したことを特徴とする2ストロークエンジンを提供するものである。これによって、軽負荷運転時の予混合圧縮着火燃焼による低燃費、低エミッション運転と高負荷時の、ディーゼル、或いは火花点火燃焼による高出力運転、始動時の安定な燃焼を同時に達成することができる。
本発明の上述した実施の形態により次に述べるいずれか一つまたはそれらを組み合わせた効果を達成することが出来る。
吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射の協調制御が広い運転範囲にわたって可能になり、2ストロークエンジンのガス交換、燃焼、エミッションを改善することができる。
回転速度の広い範囲でガス交換を確実なものにし、吸気バルブ、排気バルブの応答性の遅れに伴う、空気量の目標値からのずれを補償するように燃料噴射量を協調制御することによって、空燃比の目標値からのずれを低減し、燃焼を最適にし、エミッション、動力性能を改善することができる。
吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射の協調制御が広い運転範囲にわたって可能になり、2ストロークエンジンのガス交換、燃焼、エミッションを改善することができる。
回転速度の広い範囲でガス交換を確実なものにし、吸気バルブ、排気バルブの応答性の遅れに伴う、空気量の目標値からのずれを補償するように燃料噴射量を協調制御することによって、空燃比の目標値からのずれを低減し、燃焼を最適にし、エミッション、動力性能を改善することができる。
さらに、簡単な吸気バルブと排気バルブの制御機構で、ガス交換と、燃焼を改善することができる。
吸気バルブ、排気バルブの応答遅れに見合って、実際の噴射量が適切に制御されるので、過渡運転時の混合気の目標値からのずれが低減され、過渡運転時のエミッション、動力性能が改善される。
軽負荷運転時の予混合圧縮着火燃焼による低燃費、低エミッション運転と高負荷時の、ディーゼル、或いは火花点火燃焼による高出力運転、始動時の安定な燃焼を同時に達成することができる。
吸気バルブ、排気バルブの応答遅れに見合って、実際の噴射量が適切に制御されるので、過渡運転時の混合気の目標値からのずれが低減され、過渡運転時のエミッション、動力性能が改善される。
軽負荷運転時の予混合圧縮着火燃焼による低燃費、低エミッション運転と高負荷時の、ディーゼル、或いは火花点火燃焼による高出力運転、始動時の安定な燃焼を同時に達成することができる。
図1は、吸気バルブ、排気バルブの片方、或いは両方の動きを電気的に制御できる手段を具備した2ストロークエンジンの構成図である。エンジン1のピストン2はクランク軸3の回転に応じて上下する。吸気バルブ4、排気バルブ5、燃料噴射インジェクタ6はエンジン1の上部に配置される。吸気バルブ4、排気バルブ5は、それぞれ、電気的に制御できるアクチュエータ7、アクチュエータ8によって動かされる。
エンジン1に吸入される空気は、空気流量センサ9によって計量され、過給機10によって加圧され、吸気バルブ4を通ってエンジン1に流入する。排気バルブ5から流出した排気は触媒コンバータ11を通って、大気に放出される。クランク角度の回転、角度の情報を取得する回転センサ12、空気流量センサ9の信号は、コントロールユニット13に入力される。コントロールユニット13は、組み込まれた制御アルゴリズムによって、適切な吸気バルブ4及び排気バルブ5の片方、或いは両方の動作を行わせる制御信号を生成し、アクチュエータ7、アクチュエータ8に出力する。また、適切な燃料噴射量を噴射するための制御信号を、燃料噴射インジェクタ6に出力する。
エンジン1に吸入される空気は、空気流量センサ9によって計量され、過給機10によって加圧され、吸気バルブ4を通ってエンジン1に流入する。排気バルブ5から流出した排気は触媒コンバータ11を通って、大気に放出される。クランク角度の回転、角度の情報を取得する回転センサ12、空気流量センサ9の信号は、コントロールユニット13に入力される。コントロールユニット13は、組み込まれた制御アルゴリズムによって、適切な吸気バルブ4及び排気バルブ5の片方、或いは両方の動作を行わせる制御信号を生成し、アクチュエータ7、アクチュエータ8に出力する。また、適切な燃料噴射量を噴射するための制御信号を、燃料噴射インジェクタ6に出力する。
図2にクランク角度に対する、排気バルブ5の開タイミングEVO,閉じタイミングEVC、吸気バルブ4の開タイミングIVO,閉じタイミングIVCの一例を示す。TDCは、上死点、BDCは下死点である。爆発によってピストンが下降すると、130度で排気バルブ5が開き、既燃ガスがエンジンから放出され始まる。このガスは、触媒11によって浄化される。クランク角度180度で、ピストンはBDCに達し、その後ピストンは上昇する。エンジン1のシリンダの既燃ガスは、排気バルブ5を通ってシリンダの外に排出される。クランク角度306度で、吸気バルブ4が開き、過給機10によって加圧された吸気が、吸気バルブ4を通って、エンジン1に流入する。シリンダの中の既燃ガスは、この空気によって掃気され、EVCまでには、完全に、既燃ガスは、空気と置換される。その後、クランク角度334度まで、空気の流入が続き、その後、吸気バルブ4が閉じられ、シリンダ内のガスは圧縮され燃焼に至る。
このガス交換のプロセスにおけるEVO,EVC,IVO,IVCの具体的な値は、それぞれ異なるけれども、圧縮着火燃焼(例えば、ディーゼルエンジン)、火花点火燃焼(例えば、ガソリンエンジン)、予混合圧縮着火燃焼(あらかじめ燃料と空気、既燃ガスを混合し、圧縮して自着火させる)においてもほぼ同じような値となろう。
このガス交換のプロセスにおけるEVO,EVC,IVO,IVCの具体的な値は、それぞれ異なるけれども、圧縮着火燃焼(例えば、ディーゼルエンジン)、火花点火燃焼(例えば、ガソリンエンジン)、予混合圧縮着火燃焼(あらかじめ燃料と空気、既燃ガスを混合し、圧縮して自着火させる)においてもほぼ同じような値となろう。
排気の窒素酸化物の濃度を低減するため、混合気中の不活性ガスの濃度を高めて、或いは、混合気の量に対して燃料量を少なくして燃焼温度を低減することが行われる。このため、EVCを制御して、運転状態に応じて、不活性ガス(残留ガス)の割合を加減する。図3に示すように、EVCが大きくなる(遅くする)と、不活性ガスの割合が小さくなる。高負荷運転においては、不活性ガスの割合が多いとエンジンのパワーが低下するので、EVCを大きくする(遅らせる)。図4は、IVOに対する空気質量の変化を示す。IVOが大きくなる(遅らせる)と空気質量が小さくなる。空気質量が少なくなると、燃料量が同じ場合、混合気が濃くなり、一酸化炭素、すす(スート、粒子状物質)が発生しやすくなる。燃焼を最良に保つためには、空気質量、不活性ガスの割合を運転状態に応じて、最適に制御し、かつ、燃料噴射量と協調制御する必要がある。ここで、燃料噴射は、排気システムへの燃料の流出を防止するため、EVCの後で実行される。
図1に示したような構成において、アクチュエータ7で吸気バルブ4を、アクチュエータ8で、排気バルブ5を制御し、EVO,EVC,IVO,IVCは運転状態に応じて最適に維持、制御される。また、これと同時に、燃料噴射インジェクタ5の燃料量を最適に制御する。これらの制御動作は、コントロールユニット13に組み込まれている制御アルゴリズムによって実行される。
図5に示すごとく、アクセルペダルの踏み込み量の増大に応じて、燃料噴射量を増大させ、エンジン1のパワーを増大させる。これと同時に、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、EVCを遅らせ,IVOを減少させる(早める)。EVC,IVOによって、シリンダの空気量が増加し、不活性ガス量が減少する。EVCの後に、燃料噴射が行われるので、EVC,IVCの制御と、燃料噴射インジェクタ6の制御を協調させないと、シリンダ内の空気量/燃料量比、すなわち空燃比が最適状態からずれて、燃焼が劣化し、すすが発生する。
2ストロークエンジンでは、吸気、排気が1回転の内に行われるので、空気がシリンダに充填される時間が短く、充填空気量が不足する場合がある。このときは、過給機10によって、充填空気量を増す。したがって、過給器の動作も、空燃比に影響を及ぼすので、吸気バルブ4、排気バルブ5、燃料噴射インジェクタ6、過給機10の協調制御が行われることも望ましい。
図3、4、5に示した関係は、アクチュエータ7、アクチュエータ8の実機差によって、ある幅内で変動する場合がある。このため、コントロールユニット13内のアルゴリズムによって決定される空気質量と、空気流量センサ9で測定された実際の空気量を比較し、図3,4,5の関係を校正して、制御アルゴリズムのパラメータを更新する(学習制御)。これによって、アクチュエータ7、アクチュエータ8、燃料噴射インジェクタ6の協調制御は、長期にわたって最適に維持される。
図6において、ブロック301で、空気流量センサ9の測定を行う。その測定値をブロック302で、制御アルゴリズムに組み込まれている図3,4,5の関係と比較する。測定値とずれている場合は、校正し、パラメータを更新する。更新されたパラメータを用いて、ブロック303でEVC,EVO,IVC,IVOを決定し、アクチュエータ7、アクチュエータ8に信号を送り、定められたタイミングで、排気バルブ5、吸気バルブ4を動かす。次に、ブロック304で、燃料噴射量を決定し、定められたタイミングで、燃料噴射インジェクタ6を制御する。その後、ブロック305で、排気の空燃比を空燃比センサ(ジルコニア固体電解質を使った酸素センサなど)で測定する。空燃比センサで、制御アルゴリズムが決定した空燃比と実際の空燃比を比較し、協調制御アルゴリズムの妥当性を診断する。
ここで、吸気バルブ、排気バルブの作動状態を直接検出し、作動状態に応じて燃料噴射量を補正してもよい。これによって、吸気バルブ、排気バルブの応答遅れを補償することができる。
ここで、吸気バルブ、排気バルブの作動状態を直接検出し、作動状態に応じて燃料噴射量を補正してもよい。これによって、吸気バルブ、排気バルブの応答遅れを補償することができる。
図7は、他の実施例の構成図である。図1と同一符号は同一物または類似物を示す。クランク軸3にクランクタイミングプーリ13が取り付けられている。また、エンジン1のカム16、17を有するカム軸20は、位相制御器19を介して、カム軸タイミングプーリ15に接続されている。カム軸タイミングプーリ15は、タイミングチェーン14を介して、クランク軸タイミングプーリ13に接続されている。クランク軸タイミングプーリ13とカム軸タイミングチェーン15の半径は同じである。したがって、クランク軸3が一回転すると、カム軸20も一回転する。位相制御器19は、回転ベーンが内蔵された油圧機構からなり、油圧を電磁バルブにより加減することによって、カム軸タイミングプーリ15とカム軸20の位相を制御することができる。また、コントロールユニット13によって電気的に制御することもできる。
図8に位相制御器19の構成例を示す。カム軸タイミングプーリ15は、油圧ユニット106に接続されている。油圧ユニット106は、タイミングチェーン131を介して、クランク軸タイミングプーリ132によって駆動される。油圧ユニット106の中には、ベーン本体105が配置されている。ベーン本体105の片側には、進角油圧室104が、反対の側には、遅角油圧室107が設けられている。進角油圧室104には、油供給孔102を介して、遅角油圧室107には、油供給孔101を介して、油が供給される。
ベーン本体104はカム軸20に接続されている。油供給孔102から、進角油圧室104に油が供給されると、ベーン本体105は、油圧ユニット106に対して、総体的に矢印の方に移動する。カム軸20は、クランク軸タイミングプーリ132に対して、位相が進む。これによって、排気バルブ5のEVCは早まる。また、油供給孔101から、遅角油圧室107に油が供給されると、ベーン本体105は、油圧ユニット106に対して、総体的に矢印とは反対の方向に移動する。カム軸20は、クランク軸タイミングプーリ132に対して、位相が遅れる。これによって、排気バルブ5のEVCは遅くなる。
ベーン本体104はカム軸20に接続されている。油供給孔102から、進角油圧室104に油が供給されると、ベーン本体105は、油圧ユニット106に対して、総体的に矢印の方に移動する。カム軸20は、クランク軸タイミングプーリ132に対して、位相が進む。これによって、排気バルブ5のEVCは早まる。また、油供給孔101から、遅角油圧室107に油が供給されると、ベーン本体105は、油圧ユニット106に対して、総体的に矢印とは反対の方向に移動する。カム軸20は、クランク軸タイミングプーリ132に対して、位相が遅れる。これによって、排気バルブ5のEVCは遅くなる。
付勢スプリング103によって、エンジン1の始動時など、油圧が充分でないときは、ベーン本体105を進角側に、強制的に位置決めし、動作を安定にすることもできる。クランク軸タイミングプーリ132と、カム軸20の位相を変更する手段としては、特許文献2において開示されているような、2ストロークのディーゼルエンジンにおいて利用されているエンジン電動式の可変動弁装置(カムひねりタイプ)を利用することもできる。
図9に、4ストロークエンジン、2ストロークエンジンの場合の、クランク角度に対する吸気バルブ4のリフトの一例を示す。2ストロークエンジンの場合は、図9(ロ)のように、クランク角度360度(一回転)ごと一回、吸気バルブ4のリフトが変化する。クランク角度に対する、IVO、IVCのタイミングは、位相制御器29によって制御される。従来の4ストロークの場合は、図の9(イ)に示すごとく、2回転に一回、リフトが変化する。これに対して、2ストロークの場合は、一回転に、一回リフトが変化する。これは、クランク軸タイミングプーリ13とカム軸タイミングチェーン15の半径を同じくすることによって実現することができる。
図9に、4ストロークエンジン、2ストロークエンジンの場合の、クランク角度に対する吸気バルブ4のリフトの一例を示す。2ストロークエンジンの場合は、図9(ロ)のように、クランク角度360度(一回転)ごと一回、吸気バルブ4のリフトが変化する。クランク角度に対する、IVO、IVCのタイミングは、位相制御器29によって制御される。従来の4ストロークの場合は、図の9(イ)に示すごとく、2回転に一回、リフトが変化する。これに対して、2ストロークの場合は、一回転に、一回リフトが変化する。これは、クランク軸タイミングプーリ13とカム軸タイミングチェーン15の半径を同じくすることによって実現することができる。
従来の4ストロークの位相制御器に比べ、2ストロークの位相制御器19に作用するトルクは、カム16,17のプロフィルの変化が急峻になるので2倍以上になる。したがって、図8の油圧式の場合、油圧が低いと、位相制御が不安定になる。最初の始動のときは、油圧が低いので、位相制御器19の動きは、ピンでロックされている。油圧が高くなった状態で、ロックを解除し、位相制御に移行する。図7ではカム軸20は、吸気バルブ4、排気バルブ5と共用になっているが、カム軸を追加することによって、吸気バルブ4のIVO,IVCと排気バルブ5のEVO,EVCを独立に制御することもできる。
図10は、他の実施例の部分構成図を示すものである。吸気バルブ4は、油圧ピストン21によって動かされる。油圧ピストン22は、シリンダ22の中を往復運動する。シリンダ22の油圧は、切り替えバルブ23によって制御される。図9に示したごとく、2ストロークエンジンの場合、バルブリフトの立ち上がり、立下りが、4ストロークエンジンの場合に比べ急峻になるので、油圧ピストンには高速応答性が要求される。したがって、この実施例においては、圧電素子スタック24によって、切り換えバルブ23を駆動する。これによって、高速で油の流れを切り替えることができ、一回転一回、図9(ロ)に示すような急峻な特性のバルブリフトを実現することができる。
図10は、他の実施例の部分構成図を示すものである。吸気バルブ4は、油圧ピストン21によって動かされる。油圧ピストン22は、シリンダ22の中を往復運動する。シリンダ22の油圧は、切り替えバルブ23によって制御される。図9に示したごとく、2ストロークエンジンの場合、バルブリフトの立ち上がり、立下りが、4ストロークエンジンの場合に比べ急峻になるので、油圧ピストンには高速応答性が要求される。したがって、この実施例においては、圧電素子スタック24によって、切り換えバルブ23を駆動する。これによって、高速で油の流れを切り替えることができ、一回転一回、図9(ロ)に示すような急峻な特性のバルブリフトを実現することができる。
図11は、他の実施例の構成図である。図1と同一符号は同一物または類似物を示す。吸気バルブ4の代わりに、エンジン1のシリンダ側壁に設けられ掃気ポート25を介して、空気がエンジンに流入する。掃気ポート25は、シリンダの円周に多数個設け、エンジン1のシリンダ内の既燃ガスを効率よく掃気するように構成することも出来る。掃気ポート25から入る空気によって、既燃ガスは、排気バルブ5から流出する。このとき、EVC,EVOを回転速度、負荷によって最適に制御することによって、エンジン1のガス交換を最適に維持、制御することができる。既燃ガスが掃気された時点で、排気バルブ5を閉じると、空気の排気への吹き抜けを防止することができる。これによって、触媒コンバータ11の窒素酸化物の還元作用を維持することができる。また、掃気が完了していないときに排気バルブ5を閉じると、既燃ガスがシリンダに残り、これが混合気の温度を高め、低エミッションの予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。図11の構成は、吸気バルブが具備されている図1の構成に比べて構造が簡単になり、低コスト化を図ることができる。
図12は他の実施例の部分構成図を示すものである。吸気バルブ4は、ロッカーアーム27の揺動(振動)によって動作する。ロッカーアーム27とカム16の間に中間レバー26が配置されている。中間レバー26の支点28を移動することによって、中間レバー26とカム16の相対的な距離が変化し、中間レバー下部の揺動位置がかわることにより、クランク角度に対する吸気バルブ4のリフトの最大値を変えることができる。回転速度に対するリフトの最大値を図13のごとく制御することによって、低速運転時のシリンダ内混合気の乱れを促進し、燃焼、エミッションを改善することができる。これらの機構は複雑で、実機差の影響を受けやすいので、空気流量センサ9による空気流量の実測値と制御アルゴリズムの目標値(図3、図4、図5)とを比較して、制御アルゴリズムのパラメータを更新することが望ましい。
図14に、排気バルブ5のリフトを制御する実施例の構成を示す。2スロトークエンジンの場合、図9に示したごとく、1回転に一回、開閉動作を行う必要があるので、4ストロークエンジンの場合に比べて、高い応答性が要求される。したがって、図14では、多弁式で、シリンダに複数個のバルブを配置して、バルブの質量を低減し、応答性を向上している。カム軸202の回転は、偏心カム212、216を介して、ロッカーアーム203に伝わる。これによって、カム204を介してタペット213が上下に振動し、排気バルブ5の開閉動作を行う。また、コントロールユニット13の出力で、モータ210が駆動される。モータ210が回転すると、ネジ206、ナット214を介して、制御軸206が回転し、偏心カム211の作用で、ロッカーアーム203の振動の支点が変わり、排気バルブ5のリフトが調整される。
制御軸206の回転を、位置センサ215で検出し、その信号をコントロールユニット13に入力し、制御軸206の動きを制御する。また、付勢スプリング201によって、モータ210の駆動力がない場合は、ピン208が、シリンダブロックに設けられたストッパ209にあたるまで制御軸206を動かし、安定性を維持する。ナット214が矢印の方向に動く場合は、排気バルブ9のリフトが小さい方向である。これによって、EVCが早くなり、シリンダの既燃ガスの量が増加し、混合気の温度を高め、安定した予混合圧縮着火燃焼を維持することができる。
図8の位相を変える機構と、図14のリフトを変える機構を併用することもできる。図15に、リフトとタイミングの制御の一例を示す。Aの領域は、始動運転で、IVCを300度と小さくして、有効圧縮比を高めて、始動時の燃焼を安定化させる。Bの領域は、通常運転領域で、EVCを早め、シリンダに残る既燃ガスの量を増して、予混合圧縮着火による、低燃費と低エミッションを実現する。このとき、吸気バルブ4のリフトIVLを小さくして、吸気バルブ4を通る混合気の速度を増して、燃焼を促進する。
予混合圧縮自着火燃焼は、混合気が濃くなると、熱発生率が大きくなりすぎ、ノックのような現象を伴う。これを避けるために、高負荷運転時には、部分予混合のディーゼル燃焼、或いは、均一混合気の火花点火燃焼、或いは、成層混合気の火花点火燃焼に切り換える。このとき、高速高負荷の領域Cでは、IVLを10mmに増し空気抵抗を減らし、EVCを190度と早め、かつ過給圧力を高め、IVOを190度より早めて、残留既燃ガスの量を減らし、吸入空気の量を増して、エンジンの出力を確保する。
また、高速で、低負荷の領域Dは、エンジンブレーキの領域であるので、IVCを早めて、シリンダの真空度を高めて、エンジンブレーキの効きを向上させる。エンジン1を低温で始動する場合は、EVCを早めて、エンジンの有効圧縮比を高めて、混合気の温度を高め、燃料の気化を促進する。ガス燃料の場合は、着火性を改善する。
1…エンジン、2…ピストン、3…クランク軸、4…吸気バルブ、5…排気バルブ、6…燃料噴射インジェクタ、7…吸気バルブを動かすアクチュエータ、8…排気バルブを動かすアクチュエータ、9…空気流量センサ、10…過給機、11…触媒コンバータ、12…回転センサ、13…コントロールユニット、19…位相制御器
Claims (5)
- 負荷と回転速度の情報に応じて、エンジンの一回転に一回吸気バルブおよび排気バルブの一方、あるいは両方の動作を電気的に制御しうるアクチュエータと、前記アクチュエータと協調制御されうる燃料噴射インジェクタを具備したことを特徴とする2ストロークエンジン。
- 請求項1に記載の2ストロークエンジンにおいて、クランク軸タイミングプーリとカム軸タイミングプーリを設け、位相を電気的に可変できる制御機構を介して前記吸気バルブおよび前記排気バルブの一方あるいは両方に作動的に連結されたカム軸を駆動し、エンジンの一回転に一回、前記吸気バルブおよび排気バルブの一方、あるいは両方の開閉タイミングを電気的に制御できるようにしたことを特徴とする2ストロークエンジン。
- 請求項1に記載の2ストロークエンジンにおいて、前記エンジンのシリンダの一部に掃気ポート設け、電気的に制御可能な排気バルブを具備したことを特徴とする2ストロークエンジン。
- 請求項1に記載の2ストロークエンジンにおいて、前記燃料噴射インジェクタの噴射量を空気量センサの信号に基づいて決定することを特徴とする2ストロークエンジン。
- 請求項1に記載の2ストロークエンジンにおいて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブの一方あるいは両方のリフト量と開閉のタイミングと回転数と負荷の関係を特性値としてコントロールユニットに格納し、前記特性値を利用して前記吸気バルブおよび前記排気バルブの一方あるいは両方を電気的に制御しうることを特徴とする2ストロークエンジン。
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